机械蒸汽再压缩系统在高浓度含盐废水处理中的应用研究

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高浓度含盐废水是工业中较常见的一类废水,这些废水直接排到环境会造成环境污染和生态破坏,而且某些高浓度含盐废水中的无机盐还具有回收和再利用的价值,因此如何通过合理的工艺技术路线和较低的成本对其进行回收处理,以减少高浓度含盐废水对环境的破坏,同时获得一定的经济效益,具有重要的研究价值。机械蒸汽再压缩蒸发系统(简称MVR)是通过机械压缩的方法,将蒸发的二次蒸汽再次压缩,提升二次蒸汽的温度与压力,热焓增加后再作为热源使用的一种技术。这种技术由于对原来要废弃的二次蒸汽再次回收利用其潜热,因而提升了系统的热效率。论文针对高浓度含盐废水处理中能耗高的特点,探索基于机械蒸汽再压缩蒸发技术的高浓度含盐废水处理工艺,通过流程模拟和实验研究的方法,探究了高浓度含盐废水MVR系统的工作特性及操作参数对能效比的影响,实现了高浓度含盐废水的低能耗和低成本处理。论文首先以水为介质,对MVR工艺过程进行了流程模拟,并通过中试实验验证了模拟的准确性,结果显示模拟结果与中试结果吻合良好。考察了MVR蒸发过程中能效比与压缩比、能效比与操作压力、压缩比与二次蒸汽温升、压缩机的出口温度与压缩比、补充水量与压缩比、单位能耗的蒸发水量与压缩比、单位能耗的蒸发水量与操作压力、电动机功率与压缩比及蒸汽冷凝放热量与压缩比之间的关系,为后续MVR技术处理废水过程的操作参数优化奠定了基础。由于实际所处理废水为高浓度含盐废水,与普通水存在性质上的差异,且其浓度及沸点等性质直接影响模拟的精确性,因此论文通过小试对所处理的硫酸铵和硫酸钠废水进行了基础数据测定。基于所测定的基础数据,对硫酸铵废水处理过程进行了流程模拟计算,经中试实验验证,模拟结果与中试结果吻合良好。在此基础上,对处理量为3500 kg·h-1,硫酸铵含量为40.5%(wt%)的废水进行了单级机械蒸汽再压缩系统的工艺设计,设计沸点升高值为13℃,压缩机的蒸汽流量为2200 kg·h-1。运行实际结果显示压缩机蒸发吨水的电耗为40.1 kW·h,与原来汽提和精馏方案相比,成本减少68%,产品质量达到一等品的要求。此外根据参数优化结果,在压缩比小于2时,随着压缩比的减小,能效比快速增大的特性,再搭建了硫酸铵的分级压缩MVR模型,并进行了模拟,结果显示压缩机能耗比单级压缩减少23.4%。另外对流量为11500 kg·h-1,质量分数为16%的硫酸钠废水进行了分级压缩MVR蒸发系统的设计,采用了降膜蒸发和强制循环蒸发组合的分级压缩MVR系统,经实际运行后压缩机蒸发吨水的电耗为25.1 kW·h,产品质量达到了Ⅱ类合格品的要求。论文通过对高浓度含盐废水的MVR蒸发节能工艺研究,实现了低成本回收目标,具有一定的经济效益。通过高浓度含盐废水的盐回收,废水排放达到了进入下游园区污水处理厂的指标要求,研究结果对于相似高浓度含盐废水处理具有参考价值。
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