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新能源锂电池硫酸锂溶液蒸发浓缩工艺与设备浅谈

新能源锂电池硫酸锂溶液蒸发浓缩工艺与设备浅谈

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环境部部长：把新污染物治理作为国家基础研究和科技创新的重点

环境部部长：把新污染物治理作为国家基础研究和科技创新的重点

“新污染物来源广泛，涉及行业众多，产业链长，治理技术的研发难度大，需要多部门跨领域协同治理。我国新污染物治理工作仍处于起步阶段，还存在工作基础薄弱、资源配备不足、治理能力严重不足等缺陷。”   近日，在国新办举行的新闻发布会上，生态环境部部长黄润秋表示，下一步，生态环境部将会同有关部门加强科技支撑，把新污染物治理作为国家基础研究和科技创新的重点领域，抓好关键核心技术攻关。   据了解，新污染物通常是指具有环境持久性、生物累积性和生物毒性的化学物质。这类物质环境与健康风险比较隐蔽，即使以低剂量进入环境，也可能对人民的身体健康、环境健康、环境安全带来风险和隐患。2022年5月，国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》，对新污染物治理工作进行系统安排部署。     黄润秋介绍，生态环境部会同有关部门全面推动落实新污染物治理工作，取得了积极成效。   一是摸清家底。我们筛选4000余种具有高危害、高环境检出物的化学物质，开展生产使用情况摸底调查，逐步掌握分布情况。   二是评估环境风险。将国际上已经禁止和限制使用，且在我国仍有生产使用的化学物质优先纳入评估计划，对其开展全生命周期的环境风险评估。   三是严守风险底线。会同有关部门印发了《重点管控新污染物清单（2023年版）》，对14种具有突出环境风险的新污染物，实施禁止、限制、限排等管控措施。   比如，用于生产学生书包、塑胶跑道、儿童玩具等的短链氯化石蜡，将在今年年底淘汰。今年还将淘汰国际上关注的全氟化合物中的两大类，并对全氟辛酸类实施用途限制，禁止用于防水防油的服装、烘焙纸、胃镜管等。   四是强化监管执法。联合市场监管部门开展执法检查，去年查处了15起违法生产用于建筑保温材料的持久性有机污染物。   五是加强指导帮扶。目前，全国31个省份和新疆生产建设兵团已经印发了省级新污染物治理工作方案。       黄润秋谈到，下一步，生态环境部将会同有关部门一方面，加强科技支撑，把新污染物治理作为国家基础研究和科技创新的重点领域，抓好关键核心技术攻关。   另一方面，有效防范新污染物环境与健康风险，遵循全生命周期环境风险管理理念，加强新污染物治理体系和治理能力现代化建设，以最大力度保障生态环境安全和人民群众身体健康。   01 新污染物到底指什么   目前，国际国内尚无关于新污染物的权威定义。   从环境管理角度来看，新污染物一般是指新近发现或被关注，对生态环境或人体健康存在风险，尚未纳入管理或者现有管理措施不足以有效防控其风险的污染物。   根据《新污染物治理行动方案》，国内外广泛关注的新污染物主要包括国际公约管控的持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素等。   新污染物的主要来源是有毒有害化学物质的生产和使用。   相对管理体系较为完善的“常规污染物”而言，“新污染物”主要指尚无法律法规和标准予以规定或规定不完善的物质。   现阶段国际上主要关注的新污染物包括：内分泌干扰物（EDCs）、药品与个人护理用品（PPCPs））、全氟化合物（PFCs）、溴代阻燃剂（BFRs）、饮用水消毒副产物抗生素和微塑料等。   日常生活中，这些物质对于我们来说并不陌生：   内分泌干扰物类典型物质有：邻苯二甲酸酯、双酚A、多溴二苯醚等。   抗生素类典型物质有：大类内酯、四环内酯、喹诺酮、磺酰亚胺、氯霉素等。   药品与个人护理用品（PPCPs）：在药箱里、女孩的化妆台上、以及卫生间里就十分常见，包含药物、诊断剂、麝香、遮光剂等在内的5000多种物质。   全氟化合物：具有代表性产物有全氟辛烷磺酸和全氟辛酸，大量应用于纺织、涂料、皮革、合成洗涤剂、炊具制造、纸制食品包装材料等产业。   微塑料：微塑料指直径小于5毫米的塑料碎片和颗粒。牙膏中的一些微珠、沐浴磨砂膏、防晒霜等都有微塑料的使用。难降解塑料丢弃进入自然环境中，经过长时间的降解破碎，就产生了“无处不在”的微塑料。     02 新污染物的特点   新污染物具有的五大特征，即危害比较严重、风险比较隐蔽、环境持久性、来源广泛性和治理复杂性。   另外，新污染物还具有“不易降解、减排替代难度大、涉及领域多范围广”等特点。   危害比较严重：新污染物具有多种生物毒性，体现在器官毒性、神经毒性、生殖和发育毒性、免疫毒性、内分泌干扰效应、遗传毒性等多个方面。   虽然如此，我们既要充分认识其危害性，也不必过分恐慌。   风险比较隐蔽：多数新污染物的短期危害不明显，可能在环境中存在或已使用多年并未视为有害物质，但发现其危害性时已经通过各种途径进入环境介质中。   以抗生素为例，在河水和土壤等环境介质中，以及人体中长期存在的低浓度抗生素会导致一些微生物产生耐药性，它们可能通过呼吸、食品、饮水、排泄、农业灌溉等途径在环境中进行传播，进而威胁人类健康。   环境持久性：指的是在于环境中，具有很长的半衰期，且能通过食物网积聚，并对人类健康及环境造成不利影响。 判断一种物质是否是POPs应当建立科学的判断基准，ICCA（化学品协会国际理事会）推荐的判断基准包括： 持久性基准：用半衰期（t1/2）来判断，在水体中为180d，在底泥和土壤中为360d； 生物蓄积性基准：用生物富集系数来判断，BCF>5000; 关于远距离迁移并返回到地球上的基准：半衰期2d（空气中）以及蒸汽压在0.01~1kpa； 判断在偏远的极低地区一种物质是否存在的基准：该物质在水体中质量浓度大于10ng/L。   来源广泛性：新污染物种类繁多、涉及行业广泛，涵盖工业生产、生活消费、军事消防等众多领域和医药、化工、农业种植、水产养殖、纺织、建筑、塑料加工、汽车、航空航天、电子电气、消防泡沫、垃圾焚烧等众多行业。   治理复杂性：对于具有持久性和生物累积性的新污染物，即使以低剂量排放到环境，也可能危害环境、生物和人体健康，对治理程度要求高。   新污染物涉及行业众多，产业链长，替代品和替代技术研发较难，需多部门跨领域协同治理，实施全生命周期环境风险管控。     03 动态开展对新污染物的“筛—评—控”   今年6月，生态环境部公布《关于多氯萘等5种类持久性有机污染物环境风险管控要求的公告》，对5种类持久性有机污染物（POPs）作出了淘汰或限制的规定。   截至目前，我国已全面淘汰23种类《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》管控的持久性有机污染物，全国主要行业二噁英排放强度大幅下降。我国对新污染物的治理步入“快车道”。   新污染物排放到环境中具有生物毒性、环境持久性、生物累积性等特征，对生态环境或人体健康存在较大风险，但尚未被纳入管理或现有管理措施不足以有效防控其风险的有毒有害化学物质。   据了解，新污染物大多具有器官毒性、神经毒性、生殖和发育毒性、免疫毒性、内分泌干扰效应、致癌性、致畸性等多种生物毒性。同时，新污染物还可以随着空气、水流实现长距离迁移，并经食物链富集后，长期蓄积在生物体内。   生态环境部固体废物与化学品管理技术中心主任刘国正说，与常规污染防治不同，新污染物治理的复杂性在于有毒有害化学物质种类繁多、来源广泛、环境风险隐蔽。在确定每种新污染物治理措施时，需紧密结合环境风险的特异性，找到有针对性的环境管理对策。   2022年5月，国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》（国办发〔2022〕15号），对新污染物治理工作进行全面部署，明确了我国新污染物治理的总体思路。   《行动方案》以有效防范新污染物环境与健康风险为核心，以精准治污、科学治污、依法治污为工作方针，遵循全生命周期环境风险管理理念，统筹推进新污染物环境风险管理，实施调查评估、分类治理、全过程环境风险管控。   方案提出了构建有毒有害化学物质环境风险管理“筛、评、控”体系，以及“禁、减、治”的全过程管控体系。   即：通过开展化学物质环境风险筛查和评估，精准筛评出需要重点管控的新污染物，科学制定并依法实施全过程环境风险管控措施，包括对生产使用的源头禁限、过程减排、末端治理。   具体为： （1）开展调查监测，评估新污染物环境风险状况。 （2）严格源头管控，防范新污染物产生。 （3）强化过程控制，减少新污染物排放。 （4）深化末端治理，降低新污染物环境风险。   “筛—评—控”逐级识别与分类管理的新污染物治理体系，是指有关单位开展调查和监测，筛选出环境风险较大的新污染物，科学评估其环境风险，再对其实施源头禁限、过程减排、末端治理的全过程环境风险管控措施。刘国正说，由于人们对新污染物危害的认知是一个不断深入的过程，新污染物的筛查与环境风险评估还需要不断推进。     04 绿色替代品助力新污染物治理   多年来，我国大力研发新污染物绿色替代品、替代技术，有效支撑着新污染物治理工作。   以六溴环十二烷（HBCD）为例，HBCD是一种多溴代白色固体物质，可以作为阻燃剂添加到其他材料中使用。研究发现，HBCD本身具有毒性，容易进入生物体内，HBCD的大量长期累积还可能增加致癌风险。   “经过专家们的反复研究、试验认证，发现甲基八溴醚和溴化SBS（溴化苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物）能有效替代HBCD，并且具备工业化生产条件、环境风险低。原来使用HBCD生产保温板材的企业，仅需要简单调整工艺参数就能使用替代品进行生产，并使产品质量满足国家要求。如今这两类替代品的产能正在不断扩大，产销两旺。”山东省固体废物和危险化学品污染防治中心主任刘强说。     05 建立新污染物治理科技支撑体系   据不完全统计，《新污染物治理行动方案》发布后，全国约30个地区发布地方新污染物治理工作方案。新污染物治理工作正在全国范围内加速推进。   但不容否认的是，我国新污染物治理仍处于起步阶段，面临着治理难度大、技术复杂程度高、科学认知不足等困难和挑战。   “面对新挑战以及新的防控需求，应以有效防范新污染物环境与健康风险为核心，以构建新污染物的风险评价与控制技术体系、建立完善风险评价方法学、识别重点风险源为目标，开展一系列基础理论研究和关键技术研发。”中国工程院院士侯立安强调，应大力发展高效、灵敏的新污染物检测技术，实现新污染物识别、重点管控新污染物清单研究，开展新污染物生物毒性和健康风险评价体系研究，发展绿色、高效的新污染物实用去除技术，研发、构建大数据技术支持下的、涵盖新污染物转化迁移体系的智慧化水网等。   中国科学院院士、中国科学院生态环境研究中心研究员江桂斌则表示，面对更为繁复的新污染物环境问题，我国需要建立一套较为完善的科技创新机制，促进新污染物治理技术的研发和应用，提高新污染物治理效果，保障生态环境的持续改善。例如，通过区块链、深度学习等技术研发绿色替代品；通过人工智能与自动化技术相结合，开发针对新污染物的毒性测试和优先化筛选体系等。  

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2023

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【梳理】多效蒸发、MVR、多级闪蒸

【梳理】多效蒸发、MVR、多级闪蒸

从减排到限排再到零排，废水排放标准逐步攀升。而要想达到“零排放”，重点是要实现高含盐废水的全回收，本质是要实现废水中水和盐类的分离。 目前，浓缩技术、结晶技术，以及2种技术耦合协同后的技术较多地用于实现高盐废水回收零排放。当然，有时根据高盐废水的实际情况，还需要在技术之前增加预处理技术，以便为后续工艺提供更好的处理条件。 浓缩作为高盐废水资源化处理的核心工艺，根据不同的处理对象和适用范围分为热浓缩和膜浓缩。 其中，热浓缩技术适于处理高TDS和COD高达数百克每升的废水，通过加热使高盐废水中的离子高倍浓缩，主要包括多级闪蒸MSF、多效蒸发MED以及机械蒸汽再压缩蒸发MVR。 多级闪蒸（MSF） 多级闪蒸技术起步于上世纪50年代，通过加热至一定温度的高含盐废水依次在一系列压力逐渐降低的容器中实现闪蒸气化，然后再将蒸汽冷凝后得到淡水的过程。 多级闪蒸MSF作为最早得到应用的蒸馏技术，工艺成熟，运行可靠，适用于大型化，但热力学效率相对较低，能耗较高，并且存在设备结垢和腐蚀的现象限制MSF首效蒸汽温度，影响运行成本。 此技术在本文中不做过多叙述，咱们重点来聊一聊多效蒸发MED和机械蒸汽再压缩蒸发MVR 多效蒸发（MED） 一、基本原理： 多效蒸发（以下简称MED）的原理是将多个蒸发器串联起来，前一个蒸发器的二次蒸汽作为下一个蒸发器的加热蒸汽，下一个蒸发器的加热室便是前一个蒸发器的冷凝器。 三效蒸发器工艺流程 在多效蒸发系统中，只需要在第一效处加入新鲜蒸汽，在之后的前面一效蒸发塔顶产生的二次蒸汽，直接用作后续一效蒸发塔再沸器的加热介质，一效之后的蒸发塔就无需再引入新鲜的蒸汽，最后一效塔顶蒸汽可以用作低压力等级热源。 因此，其最大的优点是多次利用二次蒸汽的汽化和冷凝，可以显著减少新鲜蒸汽消耗量。 二、MED蒸发器类型 MED蒸发器类型很多、按照蒸发压力、蒸发器类型、蒸发效数和物料流动方向分类，共四大类十五种： 按蒸汽压力分为：常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发； 按蒸发器类型分为：管式蒸发、板式蒸发和管板结合蒸发； 按效数分为：二效、三效、四效、五效和六效蒸发； 按物料流动分为：并流、逆流、混流和平流。  那么，MED蒸发器到底该如何比选？3个原则： 1、逆流和混流效果均优于并流系统。逆流多效蒸发能耗最小，并流多效蒸发能耗最大；混流多效蒸发系统的特性相对并流多效蒸发系统较好。 2、蒸发效数不是越多越好。当效数增多时，热量利用的效率也随之有所降低，考虑到效数增加则设备的投资增大，故实际采用效数应该有一个最佳点。比如对于一些些高沸点物系，只能采用二效或三效蒸发器。 3、考虑物料特性、热量衡算和不凝气截留程度等因素选择蒸发压力。有研究表明，各效的压强除了与蒸发器的物料与热量衡算有关，还与物料的特性以及各效上下不凝气的节流程度的大小有关。 三、MED的优缺点 1、MED的优点主要体现在以下5方面： 预处理简单，化学药剂消耗较少，加入阻垢剂即可。 受热时间短，多采用管内冷凝和管外沸腾的双侧向变传热方法，传热面积小，传热系数高。 操作弹性大，系统可以提供设计值40%~110%的产品水，而多级闪蒸和反渗透都不具备这么大的操作弹性。 处理效果好，处理过程中盐分析出彻底，并且冷却后冷却液的盐分能被去除90%以上，使微生物很难再受盐分的抑制。 操作可靠性高，整过程使用全自动化运行，且在运行过程中管内压力大于管外压力，即使出现腐蚀换热管现象，冷却水也不会污染产品水。 2、MED的缺点主要体现在以下3方面： 管内易结垢，10d左右就要清理一次，需要及时除垢处理。 效数增加，蒸汽利用率低。当效数增加后，每一效的传热温差损失就增加，如每蒸发1t水所消耗的蒸汽量比率为一效1.1、两效0.57、三效0.4、四效0.3、五效0.27，设备生产能力下降。 四、多效蒸发MED常见的三个技术问题和对策 一般来说，多效蒸发MED常出现装置中起泡、蒸发器的结垢、含盐离子末效蒸汽腐蚀设备等三大问题。 1、针对装置中起泡问题，解决方法—— 物理消泡主要有高温和低温消泡法、声波消泡法、液体喷散消泡法以及机械振动法等。虽然物理消泡在处理量特别大的情况下效果明显，但其装置及其运行成本较高； 化学消泡法主要是指使用消泡剂，但使用受消泡剂价格昂贵、生产成本高、生产工艺复杂影响； 机械消泡法主要利用旋转来改变作用在气泡处的压力和剪切力来达到除泡，因其成本低、消泡效果好，目前更受欢迎。 2、针对蒸发器的结垢问题，解决方法—— 有研究者有对蒸发器外壁垢样（硫酸钠和碳酸钙）进行酸洗加中性清洗，对末效换热器内壁垢样（碳酸钙）酸洗，挂片分析发现各效挂片平均腐蚀速率都小于1g/m2·h，总腐蚀量都小于10g/m2。 值得一提的是，该方法要优于《工业设备化学清洗质量标准》（HG/T2387-2007）及《腐蚀试样的制备、清洗和评定标准》。 3、针对含盐离子末效蒸汽腐蚀设备的问题，解决方法—— 可以用低氯离子含量冷凝水进行低温、定时、定量的置换和补充，并在循环水中加入高效缓蚀剂。 机械蒸汽再压缩蒸发（MVR） 一、基本原理 机械式蒸汽再压缩技术（以下简称MVR）是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。 MVR工艺流程 在该系统中，预热阶段的热源由蒸汽发生器提供，直至物料开始蒸发产生蒸汽。 物料经过加热产生的二次蒸汽，通过压缩机压缩成为高温高压的蒸汽，在此产生的高温高压蒸汽作为加热的热源，蒸发腔内的物料经加热不断蒸发，而经过压缩机的高温高压蒸汽通过不断的换热，冷却变成冷凝水，即处理后的水。 压缩机作为整个系统的热源，实现了电能向热能的转换，避免了整个系统对外界生蒸汽的依赖与摄取。  二、MVR系统设备组成 从MVR蒸发工艺流程不难看出，MVR蒸发系统是由各个设备串联在一起所组成，各设备之间要在热力学和传热学方面巧妙地匹配，以使整个系统达到最佳效果。系统中的主要设备有以下4个： 1、压缩机。MVR压缩机的选型主要有罗茨压缩机和离心压缩机两种。 罗茨鼓风机常被用来压缩小流量的蒸汽，属于是容积型压缩机，其提供风量小，温升大，适用于蒸发量小，沸点升高大的物料。 离心式压缩机为压差式风机，提供的压差小，流量大，温升小，排气均匀，气流无脉冲，适合蒸发量较大，沸点升高较小的物料。 综合来看，离心式压缩机的稳定性要优于罗茨压缩机，但离心式压缩机有时会发生喘振现象，会导致压缩机不稳定。 2、蒸发器。蒸发处理装置的型式一般分为升膜蒸发和降膜蒸发两种。 其主要根据处理物的特性、能耗进行选择。目前，国内主要采用降膜蒸发方式。 3、热交换器。在MVR热泵蒸发工艺过程中，所使用的换热器多为间壁式换热器。 在这类换热器内，冷热流体不直接接触，而是通过间壁进行换热。生产中常用的间壁式换热器类型有：列管式换热器、波纹式换热器和螺旋式换热器。 4、气液分离器。气液分离器是提供物料和二次蒸汽分离的场所。 其作用主要为将雾沫中的溶液聚集成液滴，把液滴与二次蒸汽分离。值得一提的是，分离器的设计要充分考虑蒸发量、蒸发温度、物料粘度、分离器液位等因素。 三、MVR的技术优势 1、对比传统的蒸发系统，MVR 系统只需要在启动时，通入生蒸汽作为热源，而当二次蒸汽产生，系统稳定运行，将不需要外部的热源，系统的能耗就压缩机和各类泵的能耗，所以节能效果相当显著。 2、MVR 蒸发器系统能耗主要是压缩机的电耗，运行费用大幅下降，运维成本低，由于系统不需要工业蒸汽，其安全方面的隐患较低，操作简单。 3、在同样的蒸发处理量下，MVR蒸发器所需的占地面积是远远小于传统多效的蒸发设备。 四、MVR处理高盐废水中常见的技术问题 尽管MVR技术在高盐废水处理中发挥了很好的效果，但是运行中仍有一些技术问题对运行效果有所影响。 1、系统结垢问题 换热器器壁结垢是系统蒸发效率降低的主要原因之一，这主要是由于加热热源是利用二次蒸汽，结垢结焦会使传热效果下降，单位时间内的蒸发量降低,这使得可利用的压缩二次蒸汽量减少，对生产能力影响会更加明显。 由于MVR蒸发器的特殊性，不能按时清洗设备比较常见，这是造成生产能力不稳定的原因之一。 2、温升问题问题 MVR系统中的温升问题是影响其在含盐废水处理应用中的一个重要因素。 当采用MVR技术处理高浓度含盐废水时，由于其浓度高、沸点升较大，相应的蒸汽压缩机需要提高较高的温度来克服沸点升高的影响，对压缩机提出了较高的要求，且系统能耗显著增加。 研究表明，使用MVR蒸发技术，合理的温升范围为8℃～20℃。如果沸点升高超过18℃，MVR技术将失去优势。 3、物料物性对MVR的选择匹配问题      由于工业废水来源不同，需根据不同物料的物性对MVR进行选择。 物料特性分析主要包括：物料所含的成分；物料在蒸发过程中是否伴有结晶析出；物料的黏度、比热、密度和沸点升等。 单一物料可通过查阅相关表格获取参数，但工业高盐废水多为混合型的料液，其相关数据只能通过模拟估算，因此，准确地对物料物性进行分析计算，是确保MVR装置正常运行的关键因素。一般来说， 对沸点温度升高较大的物料，一般采用MVR单效蒸发； 高浓度物料需要使用强制循环以防止物料流速太慢而结焦； 热敏性物料要求停留在蒸发器内的时间尽量短等。 综上所述，当前蒸发技术使用普遍，但同时也存在着能耗大、运行成本高、易结垢堵塞等问题，所以必须重点考虑高效节能，而多效蒸发MED和机械蒸汽再压缩蒸发MVR是推荐的高效节能技术。   其中，MVR蒸发装置的一次投资比较大，能耗较低，但随着国产蒸汽压缩机不断改进技术和生产工艺，价格也在不断地下降；多效蒸发装置的效数增多，那么多效蒸发装置投资也会增大，但能耗也能在一定程度内降低。 因此，不论是MVR蒸发装置还是多效蒸发装置，都有一定的相对优势，要根据适用性、投资、运行、消耗、人工、占地进行多方位的比选。

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2023

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高含盐废水处理之三效蒸发器组成原理及应用

高含盐废水处理之三效蒸发器组成原理及应用

蒸发是现代化工单元操作之一，即用加热的方法使溶液中的部分溶剂汽化并去除，以提高溶液的浓度，或为溶质析出创造条件。三效蒸发器脱盐法是利用浓缩结晶系统将废液中的无机盐通过蒸发的方式加以去除的方法。 三效蒸发器是由相互串联的三个蒸发器组成，低温（90℃左右）加热蒸气被引入第一效，加热其中的废液，产生的蒸气被引入第二效作为加热蒸气，使第二效的废液以比第一效更低的温度蒸发，这个过程一直重复到最后一效。第一效凝水返回热源处，其它各效凝水汇集后作为淡化水输出，一份的蒸气投入，可以蒸发出多倍的水出来。 同时，高盐废水经过由第一效到最末效的依次浓缩，在最末效达到过饱和而结晶析出，由此实现盐分与废水的固液分离。 在含盐废水的处理过程中，含盐废水进入三效浓缩结晶装置，经过三效蒸发冷凝的浓缩结晶过程，分离为淡化水（淡化水可能含有微量低沸点有机物）和浓缩晶浆废液；无机盐和部分有机物可结晶分离出来，焚烧处理为无机盐废渣；不能结晶的有机物浓缩废液可采用滚筒蒸发器，形成固态废渣，焚烧处理；淡化水可返回生产系统替代软化水加以利用。 三效蒸发器脱盐法具有技术成熟、可处理废水范围广、占地面积小、处理速度快、节能等优点，随着化工产业的发展，越来越多的高含盐废水需要处理，三效蒸发器脱盐法的应用将越来越广泛。 三效蒸发器 1.三效蒸发器应用范围 三效蒸发器可应用于处理化工生产、食品加工厂、医药生产、石油和天然气采集加工等企业在工艺生产过程中产生的高含盐废水，适宜处理的废水含盐量为3.5%～25%（质量百分比），COD浓度为2000～10,000ppm。 2.三效蒸发器组成及原理 三效蒸发器主要由相互串联的三组蒸发器、冷凝器、盐分离器和辅助设备等组成（如图所示）。三组蒸发器以串联的形式运行，组成三效蒸发器。整套蒸发系统采用连续进料、连续出料的生产方式。 高含盐废水首先进入一效强制循环结晶蒸发器，结晶蒸发器配有循环泵，将废水打入蒸发换热室，在蒸发换热室内，外接蒸气液化产生汽化潜热，对废水进行加热。由于蒸发换热室内压力较大，废水在蒸发换热室中在高于正常液体沸点压力下加热至过热。 加热后的液体进入结晶蒸发室后，废水的压力迅速下降导致部分废水闪蒸，或迅速沸腾。废水蒸发后的蒸气进入二效强制循环蒸发器作为动力蒸气对二效蒸发器进行加热，未蒸发废水和盐分暂存在结晶蒸发室。 一效、二效、三效强制循环蒸发器之间通过平衡管相通，在负压的作用下，高含盐废水由一效向二效、三效依次流动，废水不断地被蒸发，废水中盐的浓度越来越高，当废水中的盐分超过饱和状态时，水中盐分就会不断地析出，进入蒸发结晶室的下部的集盐室。 吸盐泵不断将含盐的废水送至旋涡盐分离器，在旋涡盐分离器内，固态的盐被分离进入储盐池，分离后的废水进入二效强制循环蒸发器加热，整个过程周而复始，实现水与盐的最终分离。 冷凝器连接有真空系统，真空系统抽掉蒸发系统内产生的未冷凝气体，使冷凝器和蒸发器保持负压状态，提高蒸发系统的蒸发效率。在负压的作用下，三效强制循环蒸发器中的废水产生的二次蒸气自动进入冷凝器，在循环冷却水的冷却下，废水产生的二次蒸气迅速转变成冷凝水。冷凝水可采用连续出水的方式，回收至回用水池。 三效蒸发器应用实例 1.处理对象及处理工艺 高含盐废水的主要成分为15%氯化钠溶液，废水pH值为6～8，废水COD为50,000ppm。处理量为3t/h。根据高含盐废水的特性，工艺设计按照三效蒸发器进行设计，根据计算，确定的三效蒸发器的主要技术参数如下： 蒸发量Q=3000kg/h（每小时蒸发水分3000kg）；实际蒸气耗量Q=120 0kg/h（进气压力0.3～0.4MPa）；一效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.03MPa；二效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.06MPa；三效蒸发器换热面积S=80m2，真空度P=-0.085MPa；循环冷却水耗量Q=40t/h；冷凝冷却面积A=240m2；机组总功率P=25kW；机组占地面积为长10m×宽5m×高4m。根据工艺，充分考虑废水对设备的腐蚀性，且本着在满足使用性的前提下尽量节约成本的原则，系统设备选材如下： 1）蒸发器本体选择碳钢重防腐，可耐120℃以内酸、碱、盐溶液的腐蚀； 2）加热器选择Ta1钛管； 3）冷凝冷却器列管选用316L不锈钢； 4）出料螺杆泵选用316L不锈钢材质； 5）回收水罐及闪蒸罐选用碳钢喷涂防腐涂料； 6）工艺管道、管件、阀门选用316L不锈钢+PPR材质； 7）结晶罐选用碳钢重防腐。 2.处理结果及存在的问题 高含盐废水经三效蒸发器处理后，产生了结晶盐、有机物浓缩废液和淡化水，结晶盐和有机物浓缩废液送到危险废物处置中心集中焚烧处置，淡化水回用到生产中进一步利用。 通过本系统的运行发现，尽管三效蒸发器可以有效处理高含盐废水，但是还存在一些问题需要进一步克服，主要表现在： a.废水处理成本高。由于被处理的废水多有腐蚀性，所以设备的选材需要考虑抗腐蚀性，成本较高。 b.整套设备运行过程中腐蚀严重，寿命短。在三效蒸发器的设计中，虽然尽量选用抗腐蚀的材料，但是并不能避免腐蚀，尚存在设备使用寿命较短的问题，需要及时更换。 c.三效蒸发器处理高含盐废水需要大量的蒸气，很多地方不具备条件。 d.通过三效蒸发器处理后的高含盐废水还需要送人危险废物处置中心做进一步处理。 结论 高含盐废水必须经过适当处理后才能回归环境。实践证明，传统的废水处理方法并不适宜处理高含盐废水。在众多的高含盐废水处理技术中，三效蒸发器脱盐法具有技术成熟、可处理废水范围广、占地面积小、处理速度快、节能等优点，在国内具有较大的发展前景。虽然，三效蒸发器存在着处理成本高、设备使用寿命短、需要蒸气量大等缺点，但是随着技术的进一步发展，该技术在高含盐废水处理领域中的应用会进一步扩大。  

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2023

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污水处理领域新风口：光伏废水处理

污水处理领域新风口：光伏废水处理

导  读   作为国家战略性新兴产业之一，我国光伏产业实现了从追赶到超越，现已逐步成为全球光伏行业的领跑者。可以预见，在政策扶持以及技术创新变革双轮驱动下，光伏行业将在逐步成熟中行稳致远。 8月3日，工信部发布2023年上半年全国光伏行业运行情况。2023年上半年，我国光伏产业总体保持平稳向好发展态势，产业链主要环节产量均实现高速增长。根据光伏行业规范公告企业信息和行业协会测算，全国多晶硅、硅片、电池、组件产量再创新高，同比增长均超过65%。光伏产品出口总额达到289.2亿美元，同比增长11.6%。   具体来看，多晶硅环节，1—6月全国产量超过60.6万吨，同比增长66.1%；硅片环节，1—6月全国产量超过253.4GW，同比增长65.8%；电池环节，1—6月全国晶硅电池产量超过224.5GW，同比增长65.7%；组件环节，1—6月全国晶硅组件产量超过204GW，同比增长65%；出口达到108GW，同比增长37.3%。   光伏产业向着平稳的态势发展，而行业的发展必须也要顺应人们对环保的新期待、新要求。因此，光伏行业也将成为工业废水处理领域的新风口。   01 中国光伏产业发展历程 目前我国光伏产业在制造规模、产业化技术水平、应用市场拓展、产业体系建设等方面均位居全球前列，已形成了从高纯度硅材料、硅锭/硅棒/硅片、电池片/组件、光伏辅材辅料、光伏生产设备到系统集成和光伏产品应用等完整的产业链，并具备向智能光伏迈进的坚实基础。   02 光伏产业竞争格局 2.1区域竞争 国家能源局2021年上半年各省市光伏累计装机量数据显示，截至2021年上半年，山东、河北和江苏名列全国光伏装机量前三，其中山东省累计装机量达到26.06GW排名第一。 2.2企业竞争 隆基股份在2020年中国光伏企业10强榜单中拔得头筹。 由365光伏统计的2020年中国光伏企业10强榜单已出炉。其中，隆基绿能科技股份有限公司排名第一，2019年营业收入达到328.97亿元。此外，协鑫(集团)控股有限公司、晶科能源有限公司、天合光能股份有限公司、阿特斯阳光电力有限公司分列第二、第三、第四、第五位。   03 光伏产业发展前景及趋势预测 3.1 中国能源转型战略 “十四五”规划纲要提出要构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。“十四五”期间非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。政策持续推动行业发展。 3.2 分布式光伏发展目标 分布式光伏发电是光伏发电产业发展与推进的必然趋势。浙江、山东、吉林、广东等省份将分布式光伏发展作为推动能源转型的重要部分，写进“十四五”规划之中。 3.3 2026年光伏累计装机容量或超700GW 在政策推动和光伏发电成本下降的利好之下，光伏装机容量将持续攀升。根据中国光伏行业协会的预测，在“十四五”期间，我国光伏年均新增光伏装机或将在70-90GW之间，为达成2030年碳达峰，2060年前实现碳中和，光伏行业将成为长期处于高速发展的新能源行业之一，据此预测2026年我国光伏发电行业累计装机量可能在673-793GW之间。   04 光伏产业链概述 05 光伏产业生产工艺 5.1    硅料 → 硅片 5.2  硅片 → 电池片 1、制绒：让硅片表面粗糙，降低反射率 2、扩散：刷上一层磷，形成PN结 3、刻蚀&边绝缘：去除侧表面PN结，防止短路 4、背部钝化：减小光的透射，提高光电转化率。 5、镀膜：氮化硅薄膜，减少反射，保护电池不被腐蚀等。 6、丝网印刷：印刷金属电极 7、烧结：烧结电极与硅片 8、分选：分选不同效率的电池 5.3  电池片 → 组件   06 光伏产业废水处理 随着人们对资源利用的重视，太阳能应用的普及，各行各业中涉及到太阳能，太阳能电池发展使得光伏行业逐渐占领市场。光伏行业已成为工业废水处理领域的新风口。 光伏行业废水主要包括酸洗废水、碱洗废水、含氟废水、有机废水等。 6.1 酸&碱洗废水 废水来源：制绒工艺用碱腐蚀硅片表面形成金字塔形貌，过程中用铬酸、硝酸、氢氟酸、硫酸等强氧化性溶液清洗 6.2 含氟废水 废水来源：主要包括氢氟酸、硅类的含氟冲洗废水 6.3 有机废水 废水来源：有机污染成分主要来自于制绒槽使用的异丙醇 水质特征：有机物浓度高，难降解。 大量废水的存在将对生态环境造成严重的污染，同时也制约了行业企业的持续快速发展。光伏工业废水的特点是酸碱腐蚀性强、水中固体悬浮物含量高。pH 值低可小于2，呈现出较高的酸性；高可大于12，呈现出较高的碱性；并且水体中含有大量的固体悬浮物其水中固体悬浮物含量即 SS 值高达 6000 mg/L以上。 同时该工业废水水体中因富含高分子聚合物聚乙二醇，造成废水化学需氧量COD含量高，其水中COD 值高达 10 000～20 000 mg/L，呈现出水体受到有机物高度污染。 对各类废水按照各自特点进行分类预处理与 pH 值调节处理，通过处理去除工业废水中的固体悬浮物、消除废水酸碱腐蚀性、降低废水的 COD 含量， 使得废水的 pH 值及固体悬浮物含量和 COD 值等指标符合废水后继生化系统处理要求。 综合水质特点，对酸性废水、碱性废水等进行预处理，采用自然沉降与板框压滤分离相结合的预处理工艺，并采用废水混配 pH 值调节技术，净化水体并调节水体 pH 值，消除因废水水质差别对废水处理的影响。 针对不同种类的废水根据需要进行混合均匀改善废水的水质，使得废水水质稳定，降低废水的酸碱腐蚀性。又因废水中盐分较高且有机物含量较高，同时考虑废水中高聚物的难降解性，选用曝气气浮及絮凝沉淀处理工艺对废水进入生化系统前进行前置处理，废水与其他废水混合后进行物化絮凝沉淀作为进入生化系统前的预处理措施。 废水经预处理和絮凝沉淀处理后，SS 值和盐分大为减少，但废水中有机物浓度仍然很高，且高聚物较难降解，加之废水营养不均衡，利用活性污泥中的厌氧菌与好氧菌降解与除去废水中的有机物，采用多级生化处理工艺，将光伏废水前处理组合蒸发浓缩工艺，可以较好地体现了技术的可靠性及经济性。

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含盐废水处理之盐资源化

含盐废水处理之盐资源化

摘要 中国的环保市场发展这么多年一直以来基本都是“重水轻泥”，据不完全统计，中国固废市场处置率不到40%（数据的准确性有待考究）。对于废水处理过程中产生的固体物质的去向，目前基本是按减量化、无害化的思路进行处理的，固废的资源化率很低，但固废资源化才是固废处理领域最终的发展方向。   中国的环保市场发展这么多年一直以来基本都是“重水轻泥”，据不完全统计，中国固废市场处置率不到40%（数据的准确性有待考究）。对于废水处理过程中产生的固体物质的去向，目前基本是按减量化、无害化的思路进行处理的，固废的资源化率很低，但固废资源化才是固废处理领域最终的发展方向。   近年随着来各地和各行业做了很多废水零排放项目，随之而来的就是零排放过程中产生的盐的去向问题是一个很大的焦点，去固废场不但处置费用高（＞3000元/吨），而且存在二次环境污染的风险。不同的行业产生的盐的种类不同，本文主要针对废水处理过程中产生的氯化钠和硫酸钠的资源化做简单的介绍。结合查阅的资料和自己的认知做出以下归纳：   1）硫酸钠资源化方向   2）氯化钠资源化方向   对于已经实施了零排放并按照《煤化工 副产工业氯化钠》（T/CCT002-2019）或《工业盐》（GB/T5462-2015），《煤化工 副产工业硫酸钠》（ T/CCT001-2019 ）标准形成副产品盐的，可按照上表给出的资源化方向需求资源化方向。   对于今后的新建废水零排放项目，大家重点研究的方向会是在废水处理过程中即实现盐的资源化，如下图所示： 废水零排放处理过程中盐资源化工艺路线   1）对于纳滤分盐后产生的氯化钠溶液，浓度在3%-5%范围内时，可直接采用次氯酸钠发生器来制取次氯酸钠（浓度0.5%-0.8%），次氯酸钠发生器的规模可以以整个废水零排放系统次氯酸钠的用量为依据进行核算（盐耗4.5kg盐/kg次氯酸钠），来实现系统次氯酸钠的自足；   2）对于纳滤分盐产生的氯化钠和硫酸钠溶液（二价及二价以上阳离子总量＜1ppm，难度较大），经浓缩后盐溶液浓度在10%-15%时，采用双极膜来制取酸碱，产生的酸间的浓度大约为10%-15%，双极膜的处理规模可按照整个水处理系统对酸碱的消耗量来计算确定。吨水能耗120-180kwh之间，吨水投资预计在300-500万之间。   3）以上两种方法难以规模化使系统产生的盐能够完全实现资源化，要全部使系统产生的盐实现资源化的途径是基于基于索尔维与联合制碱法的原理来生产碳酸钠和硫酸铵，而碳酸钠的市场价格在3500元/吨以上，硫酸铵在1000元/吨左右。该方法目前国内已有运行案例，极大的提高了副产盐的附加值。但该方法是基于项目周边有便利的二氧化碳资源，如工业炉窑排放的烟气（二氧化碳浓度在15%-35%之间），否则二氧化碳的来源将很大程度的影响项目的投资和运行成本。   工业废盐实现资源化的意义是大的，主要为两个方面，一是可以解决填埋占地，避免二次污染；二是实现盐的资源化，减少了矿物资源开采。相信随着工业废盐资源化技术、设备的不断改进和完善，未来对工业废盐的资源化将越来越成熟和稳定。  

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