1、第第1111章章 其它物理和物理化学法其它物理和物理化学法10/23/20221 前面各章已经介绍了废水处理过程中常用的物理前面各章已经介绍了废水处理过程中常用的物理和物化处理技术，在本章中主要介绍的技术有气和物化处理技术，在本章中主要介绍的技术有气提与吹脱、热过程处理和磁分离等技术。废水中提与吹脱、热过程处理和磁分离等技术。废水中的溶解态污染物（可以是气态、液态和固态物质）的溶解态污染物（可以是气态、液态和固态物质）常常采用这些方法进行有效处理。常常采用这些方法进行有效处理。10/23/20222第第1111章章 其它物理和物理化学法其它物理和物理化学法 11.111.1吹脱与汽提吹脱与汽提
2、 11.1.111.1.1吹脱法处理原理吹脱法处理原理与工艺与工艺 11.1.211.1.2汽提法处理原理汽提法处理原理与工艺与工艺 11.211.2热过程法热过程法 11.2.111.2.1蒸发处理与应用蒸发处理与应用 11.2.211.2.2结晶处理与工艺结晶处理与工艺 11.311.3磁分离技术磁分离技术 11.3.111.3.1磁分离原理磁分离原理 11.3.211.3.2磁分离设备磁分离设备 11.3.311.3.3磁分离法应用案磁分离法应用案例例10/23/2022311.111.1吹脱与汽提吹脱与汽提p吹脱法和汽提法是让废水与气体充分接触，吹脱法和汽提法是让废水与气体充分接触，使
3、废水中的溶解气体和易挥发的溶质穿过使废水中的溶解气体和易挥发的溶质穿过气液界面，向气相扩散，从而达到脱除污气液界面，向气相扩散，从而达到脱除污染物的目的。染物的目的。10/23/2022411.1.111.1.1吹脱法处理原理与工艺吹脱法处理原理与工艺n 吹脱法是用来脱除废水中的溶解气体和某些易挥吹脱法是用来脱除废水中的溶解气体和某些易挥发溶质的，如硫化氢、氰化氢、二氧化碳、二硫发溶质的，如硫化氢、氰化氢、二氧化碳、二硫化碳、丙烯腈等，都可以用吹脱法脱除。化碳、丙烯腈等，都可以用吹脱法脱除。n 该过程中一般采用空气作为介质，有化学氧化作该过程中一般采用空气作为介质，有化学氧化作用和吹脱作用，既
4、可以脱除原存于废水中的溶解用和吹脱作用，既可以脱除原存于废水中的溶解气体，也可以脱除经化学转化而形成的溶解气体，气体，也可以脱除经化学转化而形成的溶解气体，因此在有机废水处理中占有重要地位因此在有机废水处理中占有重要地位。10/23/20225n 用吹脱法处理废水的过程中，污染物不断地由液用吹脱法处理废水的过程中，污染物不断地由液相转入气相，从而可能引起二次污染。相转入气相，从而可能引起二次污染。n 对吹脱过程中产生的气体进行最终处置、防止二对吹脱过程中产生的气体进行最终处置、防止二次污染的原则是：次污染的原则是：当符合排放标准时，向大气排放；当符合排放标准时，向大气排放；对中等浓度的有害气体
5、，可以导入炉内燃烧；对中等浓度的有害气体，可以导入炉内燃烧；对高浓度的有害气体，应考虑回收利用。对高浓度的有害气体，应考虑回收利用。10/23/20226n 为了使吹脱过程能顺利进行，原废水往往要进行为了使吹脱过程能顺利进行，原废水往往要进行一定的预处理，如调整一定的预处理，如调整pH值；除去能引起传质设值；除去能引起传质设备阻塞的各种悬浮物；除去能包裹在液滴外面，备阻塞的各种悬浮物；除去能包裹在液滴外面，而严重影响传质过程的油类污染物等。而严重影响传质过程的油类污染物等。n 此外，由于气体的溶解度随温度的升高而降低，此外，由于气体的溶解度随温度的升高而降低，如果要获得高的去除率，往往要对废水
6、进行预加如果要获得高的去除率，往往要对废水进行预加热。热。n 例如，常压下，二氧化硫在例如，常压下，二氧化硫在20时在水中的溶解时在水中的溶解度为度为11g/100g，而温度升至，而温度升至50时，溶解度降至时，溶解度降至4g/100g；又如氰化氢在；又如氰化氢在40以下吹脱去除率极以下吹脱去除率极低，而高于低，而高于40时，吹脱去除率随温度的升高而时，吹脱去除率随温度的升高而迅速增加。迅速增加。10/23/20227n吹脱处理中主要的构筑物有自然吹脱池、吹脱处理中主要的构筑物有自然吹脱池、强化式吹脱池（也叫曝气池）和吹脱塔强化式吹脱池（也叫曝气池）和吹脱塔（主要有填料塔和板式塔两类）。（主要
7、有填料塔和板式塔两类）。n吹脱法工艺流程如图吹脱法工艺流程如图11-1所示。所示。n为了增加去除率，可以多塔串联工作。据为了增加去除率，可以多塔串联工作。据某厂实验资料，采用吹脱法脱除有机氰，某厂实验资料，采用吹脱法脱除有机氰，填料采用填料采用15152mm的瓷环，装填高度的瓷环，装填高度1350mm，淋水密度为，淋水密度为5.1m3/(m2h)，气液，气液比比163:1，废水温度为，废水温度为80，丙烯腈的去除，丙烯腈的去除率为率为96%，乙腈为，乙腈为60%，氰化氢为，氰化氢为80%。10/23/20228图图11-1 11-1 吹脱法流程示意图吹脱法流程示意图鼓风机鼓风机板式塔板式塔旋流
8、板旋流板气液旋流气液旋流分离器分离器集水槽集水槽10/23/2022911.1.211.1.2汽提法处理原理与工艺汽提法处理原理与工艺n 汽提法的作用实质是将废水与水蒸气直接接触，汽提法的作用实质是将废水与水蒸气直接接触，使废水中的挥发性溶解物质扩散到气相中去，从使废水中的挥发性溶解物质扩散到气相中去，从而达到从废水中分离污染物的目的。而达到从废水中分离污染物的目的。n 如用汽提法处理含酚废水时，可将液相（水）中如用汽提法处理含酚废水时，可将液相（水）中的酚转移到气相中，这种过程称为传质过程。的酚转移到气相中，这种过程称为传质过程。n 汽提法在处理含有挥发性有机物的有机废水中发汽提法在处理含有
9、挥发性有机物的有机废水中发挥了重要作用。挥了重要作用。10/23/202210u与吹脱法采用空气不断吹走和降低废水中挥发性与吹脱法采用空气不断吹走和降低废水中挥发性溶解物质不同，汽提法是利用溶解物质在两相中溶解物质不同，汽提法是利用溶解物质在两相中的浓度不平衡，通过产生并强化传质过程来进行的浓度不平衡，通过产生并强化传质过程来进行溶质与废水的分离。溶质与废水的分离。u偏离平衡状态的浓度越大，传质的推动力越大。偏离平衡状态的浓度越大，传质的推动力越大。u在传质过程中，物质的传递速度和相的接触面积在传质过程中，物质的传递速度和相的接触面积成正比，两相的接触面积越大，传质速度越快。成正比，两相的接触
10、面积越大，传质速度越快。u因此汽提法分离污染物的原理视污染物的性质而因此汽提法分离污染物的原理视污染物的性质而异，一般可分为简单蒸馏和蒸汽蒸馏。异，一般可分为简单蒸馏和蒸汽蒸馏。10/23/202211n 简单蒸馏适用于去除与水互溶的挥发性物质，利简单蒸馏适用于去除与水互溶的挥发性物质，利用其在气液平衡条件下，在气相的浓度大于在液用其在气液平衡条件下，在气相的浓度大于在液相的浓度这一特性，通过蒸汽直接加热，使这类相的浓度这一特性，通过蒸汽直接加热，使这类挥发物质在沸点（水与挥发物两沸点间的某一温挥发物质在沸点（水与挥发物两沸点间的某一温度）下按一定比例富集于气相。度）下按一定比例富集于气相。n
11、 蒸汽蒸馏适用于去除与水不互溶或微溶于水的挥蒸汽蒸馏适用于去除与水不互溶或微溶于水的挥发性污染物质，利用混合液的沸点低于水，也低发性污染物质，利用混合液的沸点低于水，也低于溶质的这一特性，可将高沸点挥发物在混合液于溶质的这一特性，可将高沸点挥发物在混合液沸点下加以分离除去。沸点下加以分离除去。n 例如，废水中的松节油、苯胺、酚、硝基苯等物例如，废水中的松节油、苯胺、酚、硝基苯等物质，在低于质，在低于100的条件下，应用蒸汽蒸馏法可的条件下，应用蒸汽蒸馏法可以有效脱除。以有效脱除。10/23/202212n 对于与水完全（或几乎）互不相溶的高沸点挥发性污染物，对于与水完全（或几乎）互不相溶的高沸
12、点挥发性污染物，汽提的主要作用是降低溶液沸点，在较低温度下使其沸腾汽提的主要作用是降低溶液沸点，在较低温度下使其沸腾逸出。逸出。n 互不相溶的物质在受热气化时，其中各组分的蒸汽压仅由互不相溶的物质在受热气化时，其中各组分的蒸汽压仅由溶液的温度确定，而与其组成无关，理论上分别等于该温溶液的温度确定，而与其组成无关，理论上分别等于该温度下各纯组分的饱和蒸汽压。度下各纯组分的饱和蒸汽压。n 若外压为大气压，则只要混合液面上方的蒸汽总压达到若外压为大气压，则只要混合液面上方的蒸汽总压达到0.1MPa，混合液即可沸腾。，混合液即可沸腾。n 此时的沸点较任一组分的沸点都低。此时的沸点较任一组分的沸点都低。
13、n 若为溶液，尽管另一挥发物的沸点很高（如酚为若为溶液，尽管另一挥发物的沸点很高（如酚为182），），亦可在低于亦可在低于100下使其挥发逸出。下使其挥发逸出。10/23/202213n 汽提通常都在封闭而保温的塔内进行。汽提通常都在封闭而保温的塔内进行。n 汽提操作使用的汽提塔主要有填料塔和板式塔两类。汽提操作使用的汽提塔主要有填料塔和板式塔两类。n 板式塔是一种传质效率比填料塔更高的设备。这种塔的关板式塔是一种传质效率比填料塔更高的设备。这种塔的关键部件是塔板，根据塔板结构的不同，又可分为泡罩塔、键部件是塔板，根据塔板结构的不同，又可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、舌形塔和浮动喷射塔等，其中前
14、三种应浮阀塔、筛板塔、舌形塔和浮动喷射塔等，其中前三种应用较广，它们的共同特点是塔内均设多层固定塔板。用较广，它们的共同特点是塔内均设多层固定塔板。n 筛板塔的优点是结构简单，制造方便，成本低，造价约为筛板塔的优点是结构简单，制造方便，成本低，造价约为泡罩塔的泡罩塔的60%，为浮阀塔的，为浮阀塔的80%左右。此外，筛板塔压降左右。此外，筛板塔压降小，处理量比泡罩塔大小，处理量比泡罩塔大20%左右，效率高左右，效率高15%左右。筛板左右。筛板塔的主要缺点是弹性小，筛孔易阻塞。塔的主要缺点是弹性小，筛孔易阻塞。n 工业废水在用传质法回收利用时，一般都需要先进行预处工业废水在用传质法回收利用时，一般
15、都需要先进行预处理尽量去除废水中的悬浮物、油类、有害气体等杂质、理尽量去除废水中的悬浮物、油类、有害气体等杂质、以及调整废水的温度或以及调整废水的温度或pH值等，以便提高回收利用率，减值等，以便提高回收利用率，减少损失。少损失。10/23/202214n 汽提法最早用于从含酚废水中回收挥发性酚，采用两段塔汽提法最早用于从含酚废水中回收挥发性酚，采用两段塔逆流回收，塔体分上下两段，上段叫汽提段，通过逆流方逆流回收，塔体分上下两段，上段叫汽提段，通过逆流方式用蒸汽脱除废水中的酚；下段叫再生段，同样通过逆流式用蒸汽脱除废水中的酚；下段叫再生段，同样通过逆流方式，用碱液从蒸汽中吸收酚。为了维持塔内的热
16、量平衡，方式，用碱液从蒸汽中吸收酚。为了维持塔内的热量平衡，进水应预热到进水应预热到100，废水由汽提塔的顶部淋下，与上升，废水由汽提塔的顶部淋下，与上升的蒸汽流相遇，在填料层中或塔板上进行传质。净化后的的蒸汽流相遇，在填料层中或塔板上进行传质。净化后的废水由集水槽排走。废水由集水槽排走。n 蒸汽和酚的混合气体从塔顶排出，由鼓风机压入再生段回蒸汽和酚的混合气体从塔顶排出，由鼓风机压入再生段回收酚。含酚蒸汽由再生段的底部送入，先与淋下的循环碱收酚。含酚蒸汽由再生段的底部送入，先与淋下的循环碱液逆流相遇，再与补充的新碱液（浓度液逆流相遇，再与补充的新碱液（浓度10%）相遇，经化）相遇，经化学吸收而
17、脱酚，净化后的蒸汽进入汽提段循环使用。碱液学吸收而脱酚，净化后的蒸汽进入汽提段循环使用。碱液与酚起化学反应，生成酚钠盐。碱液循环使用的目的是增与酚起化学反应，生成酚钠盐。碱液循环使用的目的是增加其中酚钠盐浓度，待饱和后用离心法分离酚钠盐晶体并加其中酚钠盐浓度，待饱和后用离心法分离酚钠盐晶体并加以回收。加以回收。10/23/202215n 汽提法回收废水中的酚，主要用于以下两种情况：汽提法回收废水中的酚，主要用于以下两种情况：废水中的酚主要是挥发性的苯酚和甲酚（如煤气废水中的酚主要是挥发性的苯酚和甲酚（如煤气站），否则，不宜采用汽提法，而应该用萃取法站），否则，不宜采用汽提法，而应该用萃取法（如
18、焦化厂含酚废水）；（如焦化厂含酚废水）；含酚浓度在含酚浓度在1g/L以上时，才可以在经济上达到收以上时，才可以在经济上达到收支平衡，因而汽提法不适于处理含酚浓度小于支平衡，因而汽提法不适于处理含酚浓度小于1g/L的废水。的废水。n 汽提法处理高浓度含酚废水的优点在于可以回收酚，汽提法处理高浓度含酚废水的优点在于可以回收酚，经济上合算，工序简单，不产生二次污染。经济上合算，工序简单，不产生二次污染。n 但是，经汽提法处理后的废水中仍有较高浓度（约但是，经汽提法处理后的废水中仍有较高浓度（约400mg/L）的残余酚，必须进一步处理以达到排放）的残余酚，必须进一步处理以达到排放标准。标准。10/23
19、/202216n 含氰废水经汽提和碱液吸收后，可以回收含氰废水经汽提和碱液吸收后，可以回收NaCN和黄血盐和黄血盐钠（钠（Na4Fe(CN)6）。）。例如某焦化厂终冷器排出的废水中含氰达例如某焦化厂终冷器排出的废水中含氰达150200mg/L，废水经预热后在汽提塔内与蒸汽逆流相遇。废水经预热后在汽提塔内与蒸汽逆流相遇。塔内装有塔内装有1215块浮阀塔板，借以强化传质过程，使氰化块浮阀塔板，借以强化传质过程，使氰化氢迅速解吸出来。由塔底排出的废水中仍含有氢迅速解吸出来。由塔底排出的废水中仍含有30mg/L的氰的氰化氢化氢,需进一步处理。需进一步处理。塔顶排出的蒸汽中含氰化氢达塔顶排出的蒸汽中含氰
20、化氢达5g/L左右，加热后送入吸收左右，加热后送入吸收塔，与浓度为塔，与浓度为810%的热碱液（的热碱液（Na2CO3）逆流相遇，进行）逆流相遇，进行吸收。吸收。吸收塔内装有吸收塔内装有4m高的铁刨花，既作为传质填料，又参与化高的铁刨花，既作为传质填料，又参与化学反应，生成黄血盐钠。当碱液浓度降至学反应，生成黄血盐钠。当碱液浓度降至6%以下，黄血以下，黄血盐浓度增至盐浓度增至200300g/L时，将其抽出，依次通过过滤器、时，将其抽出，依次通过过滤器、结晶罐和离心机制得黄血盐钠。结晶罐和离心机制得黄血盐钠。10/23/202217第第1111章章 其它物理和物理化学法其它物理和物理化学法 11
21、.111.1吹脱与汽提吹脱与汽提 11.1.111.1.1吹脱法处理原理吹脱法处理原理与工艺与工艺 11.1.211.1.2汽提法处理原理汽提法处理原理与工艺与工艺 11.211.2热过程法热过程法 11.2.111.2.1蒸发处理与应用蒸发处理与应用 11.2.211.2.2结晶处理与工艺结晶处理与工艺 11.311.3磁分离技术磁分离技术 11.3.111.3.1磁分离原理磁分离原理 11.3.211.3.2磁分离设备磁分离设备 11.3.311.3.3磁分离法应用案磁分离法应用案例例10/23/20221811.211.2热过程法热过程法p 废水处理中靠热量转移来实现处理目的方法称为热过
22、程法。废水处理中靠热量转移来实现处理目的方法称为热过程法。p 热过程法主要有以下几种：热过程法主要有以下几种：蒸发，加热废水（有时还兼以施压），使水分子汽化逸蒸发，加热废水（有时还兼以施压），使水分子汽化逸出，从而达到制取纯水的目的；出，从而达到制取纯水的目的；冷冻，将水温降到冰点以下，使水分子结成冰晶，然后冷冻，将水温降到冰点以下，使水分子结成冰晶，然后分离冰晶和浓溶液，同样可以达到制取纯水以及浓缩废水分离冰晶和浓溶液，同样可以达到制取纯水以及浓缩废水中污染物的目的；中污染物的目的；结晶，通过蒸发浓缩或降温，使废水中具有结晶性能的结晶，通过蒸发浓缩或降温，使废水中具有结晶性能的污染物达到过饱
23、和状态，从而将多余的溶质结晶出来。蒸污染物达到过饱和状态，从而将多余的溶质结晶出来。蒸发、冷冻和结晶都兼有分离和回收有用物质的目的。发、冷冻和结晶都兼有分离和回收有用物质的目的。p 特别是减压薄膜蒸发法常常用于有机废水处理中，并可回特别是减压薄膜蒸发法常常用于有机废水处理中，并可回收废水中的有用成分。收废水中的有用成分。10/23/20221911.2.111.2.1蒸发处理与应用蒸发处理与应用 1.1.原理与设备原理与设备u蒸发法是依靠加热使废水中的水发生汽化，从而蒸发法是依靠加热使废水中的水发生汽化，从而使废水得到浓缩的过程。使废水得到浓缩的过程。u在沸点温度以下进行的表面汽化叫做蒸发汽化
24、；在沸点温度以下进行的表面汽化叫做蒸发汽化；在沸点温度时发生的内部汽化叫做沸腾汽化。在沸点温度时发生的内部汽化叫做沸腾汽化。u工业上都采用沸腾汽化，以期获得尽可能大的生工业上都采用沸腾汽化，以期获得尽可能大的生产率。产率。u沸腾过程既有传热过程，又有传质过程。沸腾过程既有传热过程，又有传质过程。u蒸发法用于废水处理既是一种浓缩、分离净化过蒸发法用于废水处理既是一种浓缩、分离净化过程，也是一种换热过程。程，也是一种换热过程。10/23/202220n 蒸发过程包括处理和换热两个过程：蒸发过程包括处理和换热两个过程：处理过程，由于废水被加热沸腾，废水中挥发性的水与处理过程，由于废水被加热沸腾，废水
25、中挥发性的水与非挥发性的溶解固体（如盐、碱和一些酸类物质）得到了非挥发性的溶解固体（如盐、碱和一些酸类物质）得到了分离，同时汽化生成的水蒸汽再凝结成水，废水即得到了分离，同时汽化生成的水蒸汽再凝结成水，废水即得到了净化，而废水中非挥发性污染物的数量不变，浓度有所增净化，而废水中非挥发性污染物的数量不变，浓度有所增加，从而得到了浓缩；加，从而得到了浓缩；换热过程，蒸发所用的热源通常是饱和水蒸汽，加热方换热过程，蒸发所用的热源通常是饱和水蒸汽，加热方法一般是间壁加热。蒸发处理过程一直伴随着换热过程。法一般是间壁加热。蒸发处理过程一直伴随着换热过程。水在蒸发过程中汽化也会生成水蒸汽，为了与加热废水所
26、水在蒸发过程中汽化也会生成水蒸汽，为了与加热废水所用的加热蒸汽（又称一次蒸汽）相区别，废水被加热后汽用的加热蒸汽（又称一次蒸汽）相区别，废水被加热后汽化生成的蒸汽称之为二次蒸汽。化生成的蒸汽称之为二次蒸汽。n 为了利用二次蒸汽，可将二次蒸汽经冷凝器冷凝成水，循为了利用二次蒸汽，可将二次蒸汽经冷凝器冷凝成水，循环使用。环使用。10/23/202221n 供沸腾蒸发的设备叫做蒸发器。供沸腾蒸发的设备叫做蒸发器。n 在蒸发器内保持水不断汽化的条件有两点，一是不断供应在蒸发器内保持水不断汽化的条件有两点，一是不断供应热能，这样才能使废水达到沸点，供应溶剂汽化所需的潜热能，这样才能使废水达到沸点，供应溶
27、剂汽化所需的潜热；二是不断排除蒸发产生的蒸汽，否则所产生的蒸汽与热；二是不断排除蒸发产生的蒸汽，否则所产生的蒸汽与溶液之间将达到汽化与凝结的动平衡，而使蒸发操作无法溶液之间将达到汽化与凝结的动平衡，而使蒸发操作无法继续进行。继续进行。n 废水处理中用到的蒸发器有以下几种。废水处理中用到的蒸发器有以下几种。1）列管式蒸发器）列管式蒸发器 列管式蒸发器由加热室和蒸发室构成。根据废水循环流列管式蒸发器由加热室和蒸发室构成。根据废水循环流动时作用水头的不同，又分为自然循环式和强制循环式两动时作用水头的不同，又分为自然循环式和强制循环式两种。种。自然循环竖管式蒸发器是在加热室内有一组加热管，管自然循环竖
28、管式蒸发器是在加热室内有一组加热管，管内为废水，管外为加热蒸汽。内为废水，管外为加热蒸汽。10/23/202222 经加热沸腾的水汽混合液，上升到蒸发室后便进行水汽经加热沸腾的水汽混合液，上升到蒸发室后便进行水汽分离。蒸汽经分液器将挟带的液滴截留后，从蒸发室的顶分离。蒸汽经分液器将挟带的液滴截留后，从蒸发室的顶部引出。废水则从设于加热室中部的中心循环管流下，形部引出。废水则从设于加热室中部的中心循环管流下，形成沿加热管上升、从中心管下降的循环流动。成沿加热管上升、从中心管下降的循环流动。废水所以沿中心管下降，原因有二：废水所以沿中心管下降，原因有二：u中心管较粗，单位受热面小，加热管较细，单位
29、受热面中心管较粗，单位受热面小，加热管较细，单位受热面大，从而使前者的废水温度低于后者，后者的废水密度大大，从而使前者的废水温度低于后者，后者的废水密度大于前者；于前者；u加热管内产生的蒸发在上升时造成抽吸作用，携带废水加热管内产生的蒸发在上升时造成抽吸作用，携带废水上升。如把循环管放于加热室外，更能强化循环过程。上升。如把循环管放于加热室外，更能强化循环过程。废水在循环流动过程中，不断沸腾蒸发，污染物浓度愈废水在循环流动过程中，不断沸腾蒸发，污染物浓度愈来愈高，待达到要求的浓度后，便从底部排出。自然循环来愈高，待达到要求的浓度后，便从底部排出。自然循环竖管式蒸发器的特点是比较紧凑，传热面较大
30、，清洗修理竖管式蒸发器的特点是比较紧凑，传热面较大，清洗修理较方便；不足之处是循环速度较小，生产率低。较方便；不足之处是循环速度较小，生产率低。10/23/202223 2）薄膜式蒸发器）薄膜式蒸发器 为了提高蒸发器的传热效率，常常采用耐腐蚀、传热为了提高蒸发器的传热效率，常常采用耐腐蚀、传热快的薄壁金属管或薄板制作，又叫薄膜式蒸发器，有长管快的薄壁金属管或薄板制作，又叫薄膜式蒸发器，有长管式、旋流式和旋片式三种式、旋流式和旋片式三种。长管式薄膜蒸发器基本结构如图长管式薄膜蒸发器基本结构如图11-2所示。所示。10/23/202224图图11-2 11-2 薄膜蒸发器薄膜蒸发器a)a)强制循环
31、式薄膜蒸发器强制循环式薄膜蒸发器 b)b)单程长管式薄膜蒸发器单程长管式薄膜蒸发器 加热管加热管 蒸发器蒸发器 气液分离室气液分离室 过滤器过滤器 循环管循环管 循环泵循环泵10/23/202225 单程长管式薄膜蒸发器的结构如图单程长管式薄膜蒸发器的结构如图11-2b所示。所示。加热室内有一组很长的加热管，管长加热室内有一组很长的加热管，管长58m，管径，管径3850mm。管长与管径之比等于管长与管径之比等于100150。加热管的液位仅为管长的。加热管的液位仅为管长的1/41/5。废水预加热到沸点后，由加热室底部送入，在加热管底段受热废水预加热到沸点后，由加热室底部送入，在加热管底段受热而沸
32、腾汽化。在液体内形成的蒸汽泡，汇集成大气泡后，冲破而沸腾汽化。在液体内形成的蒸汽泡，汇集成大气泡后，冲破液层，以很高的速度向管顶升腾。液层，以很高的速度向管顶升腾。在此过程中，抽吸和卷带的废水，使其在加热管的中上段内表在此过程中，抽吸和卷带的废水，使其在加热管的中上段内表面上，形成一层很薄的水膜，并立即沸腾汽化掉。薄膜蒸发的面上，形成一层很薄的水膜，并立即沸腾汽化掉。薄膜蒸发的特点是传热系数和蒸发面都很大，所以蒸发速度快、蒸发量大；特点是传热系数和蒸发面都很大，所以蒸发速度快、蒸发量大；因废水在管内的高度很小，所以由于液柱高造成的沸点升高值因废水在管内的高度很小，所以由于液柱高造成的沸点升高值
33、较小；又由于在蒸发过程中稠液在下，稀液在上，两者不相混较小；又由于在蒸发过程中稠液在下，稀液在上，两者不相混合，因此由溶质造成的沸点升高值比较小。合，因此由溶质造成的沸点升高值比较小。这种蒸发器可用于蒸发中等黏度（这种蒸发器可用于蒸发中等黏度（510-2Ns/m2）的料液；但）的料液；但是不适于蒸发有结晶析出的浓稠液。是不适于蒸发有结晶析出的浓稠液。10/23/202226 3）浸没燃烧式蒸发器）浸没燃烧式蒸发器 它属于直接接触式蒸发器，热源为高温烟气。燃料它属于直接接触式蒸发器，热源为高温烟气。燃料（煤气或油）和空气混合后，进入燃烧室燃烧，产生的高（煤气或油）和空气混合后，进入燃烧室燃烧，产
34、生的高温烟气（约为温烟气（约为1200oC）从浸没于废水中的喷嘴排出。由）从浸没于废水中的喷嘴排出。由于气液两相的温度差很大，加之气液翻腾鼓泡，接触充分，于气液两相的温度差很大，加之气液翻腾鼓泡，接触充分，因而传热效率极高。蒸汽和燃烧尾气由废气口排出，蒸发因而传热效率极高。蒸汽和燃烧尾气由废气口排出，蒸发浓缩液由蒸发器底的空气喷射泵抽出。浓缩液由蒸发器底的空气喷射泵抽出。浸没式燃烧蒸发器的优点是：浸没式燃烧蒸发器的优点是：u 传热效率高（传热效率高（90%95%90%95%），热损失小；），热损失小；u 蒸发室内的气体压力由蒸汽分压和废气分压共同组成，由于蒸汽分蒸发室内的气体压力由蒸汽分压和废
35、气分压共同组成，由于蒸汽分压较低从而降低了废水的沸点；压较低从而降低了废水的沸点；u 设备简单紧凑，钢材耗量少；设备简单紧凑，钢材耗量少；u 受腐蚀部件较少，适于蒸发酸性废液。受腐蚀部件较少，适于蒸发酸性废液。缺点是烟气与废水直接接触，残液受到一定程度的污染，缺点是烟气与废水直接接触，残液受到一定程度的污染，此外，排出的废烟气还会污染空气。此外，排出的废烟气还会污染空气。10/23/2022272.2.应用案例应用案例n 蒸发系统多在负压下运行，其优点为：蒸发系统多在负压下运行，其优点为：废水沸点降低，从而增大了温度差，提高了传热效率；废水沸点降低，从而增大了温度差，提高了传热效率；可采用低压
36、蒸汽或废蒸汽作为热源，降低了设备费用；可采用低压蒸汽或废蒸汽作为热源，降低了设备费用；操作温度低，热损失小，而且设备腐蚀问题容易解决。操作温度低，热损失小，而且设备腐蚀问题容易解决。n 但其缺点是：但其缺点是：需设置真空泵和冷凝器；需设置真空泵和冷凝器；由于在负压下操作，浓缩液的排出较困难，往往需要将由于在负压下操作，浓缩液的排出较困难，往往需要将蒸发室安装于高处。蒸发室安装于高处。10/23/202228n 多效蒸发就是多次利用二次蒸汽进行蒸发的工艺，多效蒸多效蒸发就是多次利用二次蒸汽进行蒸发的工艺，多效蒸发工艺系统由若干级组成。发工艺系统由若干级组成。n 例如，将几个蒸发器串联起来，第一级
37、的二次蒸汽通入第例如，将几个蒸发器串联起来，第一级的二次蒸汽通入第二级蒸发器，作为热源；第二级的二次蒸汽又通入第三级二级蒸发器，作为热源；第二级的二次蒸汽又通入第三级作为热源，依次类推。作为热源，依次类推。n 通常把第一蒸发器称为第一效，第二个蒸发器称为第二效，通常把第一蒸发器称为第一效，第二个蒸发器称为第二效，第第n n个蒸发器称为第个蒸发器称为第n n效。效。n 由于前一效的二次蒸汽用来加热后一效的废水，因而前一由于前一效的二次蒸汽用来加热后一效的废水，因而前一效的二次蒸汽温度必须高于后一效的沸腾温度。效的二次蒸汽温度必须高于后一效的沸腾温度。n 或者前一效的蒸汽压强必须高于后一效的蒸汽压
38、强（沸点或者前一效的蒸汽压强必须高于后一效的蒸汽压强（沸点与压强相适应）；否则，后一效的沸腾蒸发就无法实现。与压强相适应）；否则，后一效的沸腾蒸发就无法实现。为此，工程上大多采用真空操作系统，即最后一效与真空为此，工程上大多采用真空操作系统，即最后一效与真空源连接，使各效的真空度由后到前逐级减小，或者压强由源连接，使各效的真空度由后到前逐级减小，或者压强由后到前逐级增大。后到前逐级增大。n 在真空操作系统中，由于第一效的压强通常并不很大，故在真空操作系统中，由于第一效的压强通常并不很大，故还可采用低压蒸汽作为一次蒸汽。还可采用低压蒸汽作为一次蒸汽。10/23/202229n 多效蒸发系统中，由
39、于热量多次重复使用，所以大大降低多效蒸发系统中，由于热量多次重复使用，所以大大降低了蒸汽耗量，见表了蒸汽耗量，见表11-111-1。效数愈多，单位蒸汽耗量愈小，。效数愈多，单位蒸汽耗量愈小，而设备费用却随之增多，经济效果愈来愈不明显。因此，而设备费用却随之增多，经济效果愈来愈不明显。因此，工程上最常采用双效或三效蒸发系统。工程上最常采用双效或三效蒸发系统。表表11-1 11-1 蒸发蒸发1kg1kg水所需的加热蒸汽量水所需的加热蒸汽量效数效数单位蒸汽耗量（单位蒸汽耗量（kg/kg蒸汽水）蒸汽水）单效单效双效双效三效三效四效四效五效五效1.10.570.400.300.2710/23/20223
40、0n 在废水处理中，蒸发法主要是用来浓缩污染物质，其应用在废水处理中，蒸发法主要是用来浓缩污染物质，其应用举例如下：举例如下：1 1）浓缩放射性废水）浓缩放射性废水 p 放射性废水的常用处理方法是采用蒸发法浓缩，然后将浓放射性废水的常用处理方法是采用蒸发法浓缩，然后将浓缩液密闭固封，让其自然衰变。缩液密闭固封，让其自然衰变。p 例如，反应堆燃料要定期排出进行提纯处理。核燃料排出例如，反应堆燃料要定期排出进行提纯处理。核燃料排出后，一般在贮存池内冷却数月，使短寿命裂变产物衰变殆后，一般在贮存池内冷却数月，使短寿命裂变产物衰变殆尽，然后再进行脱除包壳、酸溶燃料芯、洗涤纯化等化学尽，然后再进行脱除包
41、壳、酸溶燃料芯、洗涤纯化等化学加工。加工。p 某处理流程采用列管式蒸发器（安装在脱脂塔内）。废液某处理流程采用列管式蒸发器（安装在脱脂塔内）。废液量为量为50m50m3 3/d/d，放射性污染物量为，放射性污染物量为1000010000居里居里/d/d，硝酸浓度，硝酸浓度为为2N2N，磷酸三丁脂为，磷酸三丁脂为25000mg/L25000mg/L。10/23/202231n 废液先在脱脂塔内脱除磷酸三丁脂，塔内所需热量由第一废液先在脱脂塔内脱除磷酸三丁脂，塔内所需热量由第一效蒸发器供给。效蒸发器供给。n 废液接着进入第二效蒸发器，在低压低温下使硝酸全部挥废液接着进入第二效蒸发器，在低压低温下使
42、硝酸全部挥发。发。n 硝酸蒸发通过分离器后进入酸回收蒸馏塔中进行回收，而硝酸蒸发通过分离器后进入酸回收蒸馏塔中进行回收，而含裂变产物的残液进入贮存池，然后进行核燃料的萃取提含裂变产物的残液进入贮存池，然后进行核燃料的萃取提纯，将铀、钚、和钍等回收利用，其它裂变产物则固封弃纯，将铀、钚、和钍等回收利用，其它裂变产物则固封弃置。置。n 固封外壳可采用有屏蔽的不锈钢罐，为了安全，有时在罐固封外壳可采用有屏蔽的不锈钢罐，为了安全，有时在罐外再加套管。第一效蒸发器的浓缩倍数为外再加套管。第一效蒸发器的浓缩倍数为2 2，第二效蒸发器，第二效蒸发器的浓缩倍数为的浓缩倍数为5050，总浓缩倍数为，总浓缩倍数为
43、100100，从而使废水体积大，从而使废水体积大大减少。大减少。10/23/202232 2 2）浓缩高浓度有机废水）浓缩高浓度有机废水 国外常采用蒸发法浓缩高浓度有机废水，然后综合利国外常采用蒸发法浓缩高浓度有机废水，然后综合利用浓缩液或将其焚化处理用浓缩液或将其焚化处理。例如例如，制造威士忌酒的酒精工业中，发酵的麦芽汁的蒸馏，制造威士忌酒的酒精工业中，发酵的麦芽汁的蒸馏残液中含有浓度很高的有机物。这种废水经过蒸发浓缩，残液中含有浓度很高的有机物。这种废水经过蒸发浓缩，并且用烟道气干燥后得到的固体物质可做牲畜饲料。对高并且用烟道气干燥后得到的固体物质可做牲畜饲料。对高浓度味精废水可以采用蒸发
44、法浓缩将废水中的有机物、菌浓度味精废水可以采用蒸发法浓缩将废水中的有机物、菌体蛋白等制成动物和水生养殖的营养饲料，也可以采用蒸体蛋白等制成动物和水生养殖的营养饲料，也可以采用蒸发法浓缩和喷雾干燥法将高浓度味精废水制造成有机复合发法浓缩和喷雾干燥法将高浓度味精废水制造成有机复合肥料，工艺流程如图肥料，工艺流程如图11-311-3所示。所示。图图11-3 11-3 味精废水离子交换尾液浓缩生产有机肥料工艺流程图味精废水离子交换尾液浓缩生产有机肥料工艺流程图10/23/20223311.2.211.2.2结晶处理与工艺结晶处理与工艺 1.1.原理与设备原理与设备n 结晶是溶液中的溶质以晶状固体析出的
45、过程，结晶的必要结晶是溶液中的溶质以晶状固体析出的过程，结晶的必要条件是溶液达到饱和，因此确定不同条件下溶质的溶解度，条件是溶液达到饱和，因此确定不同条件下溶质的溶解度，是实现结晶分离的前提。是实现结晶分离的前提。n 溶质的溶解度与其本身的化学性质和溶剂的化学性质密切溶质的溶解度与其本身的化学性质和溶剂的化学性质密切相关，同时又随着温度的不同而变化。相关，同时又随着温度的不同而变化。n 各种物质的溶解度与温度的关系可以通过实验方法求得。各种物质的溶解度与温度的关系可以通过实验方法求得。n 水溶液中，溶质的溶解度与温度有密切关系，它是进行结水溶液中，溶质的溶解度与温度有密切关系，它是进行结晶分离
46、的主要控制条件。晶分离的主要控制条件。n 多种盐在水中的溶解度与温度关系曲线如图多种盐在水中的溶解度与温度关系曲线如图11-4所示。所示。10/23/202234图11-4 盐的溶解度与温度关系曲线1KI 2AL2(SO4)3 3KNO3 4KBr 5K4Fe(CN)63H2O 6Na4Fe(CN)610H2O 7KCl 8FeSO4 9NaCl 10KClO4 11Na2SO410H2O10/23/202235n 溶解度与温度的关系大致分为三种类型。溶解度与温度的关系大致分为三种类型。在图在图11-4中，中，17的几种溶质，总的趋势是温度的几种溶质，总的趋势是温度愈高，溶解度也愈大，对这几种
47、溶质，可先用蒸愈高，溶解度也愈大，对这几种溶质，可先用蒸发浓缩法以达到饱和，然后再降温使其结晶；发浓缩法以达到饱和，然后再降温使其结晶；9、10两种溶质的溶解度随温度变化很小，对这两种溶质的溶解度随温度变化很小，对这两种溶质，主要依靠蒸发浓缩使其结晶；两种溶质，主要依靠蒸发浓缩使其结晶；8、11两种溶质的情况比较复杂，在温度升高时，两种溶质的情况比较复杂，在温度升高时，溶解度先是随之上升，待到一定温度后反而下降，溶解度先是随之上升，待到一定温度后反而下降，对这两种溶质，除蒸发浓缩外，掌握结晶温度是对这两种溶质，除蒸发浓缩外，掌握结晶温度是非常重要的，因为随温度的不同，结晶析出的产非常重要的，因
48、为随温度的不同，结晶析出的产物（水合物）也不一样。物（水合物）也不一样。10/23/202236n 水合作用对结晶操作有很大影响，由于水合作用，物质水合作用对结晶操作有很大影响，由于水合作用，物质会在溶液中形成具有一定晶形的晶体水合物然后析出，会在溶液中形成具有一定晶形的晶体水合物然后析出，晶体水合物含有一定数量的水分子，称为结晶水。晶体水合物含有一定数量的水分子，称为结晶水。如味精为带有一个结晶水的棱柱形八面体晶体。如味精为带有一个结晶水的棱柱形八面体晶体。n 不同的晶体水合物，具有不同的晶格结构和颜色，并有不同的晶体水合物，具有不同的晶格结构和颜色，并有着不同的用途。着不同的用途。例如：例
49、如：32.4以下，硫酸钠为晶体水合物以下，硫酸钠为晶体水合物Na2SO410H2O；32.4以上时，则为以上时，则为Na2SO4。这也是硫。这也是硫酸钠以酸钠以32.4为转折点，有两段溶解度曲线的原因。为转折点，有两段溶解度曲线的原因。n 溶液中其它溶解物质的存在，也对溶解度有影响。溶液中其它溶解物质的存在，也对溶解度有影响。例如，硫酸的存在对硫酸亚铁的溶解度就有很大影响，例如，硫酸的存在对硫酸亚铁的溶解度就有很大影响，硫酸的浓度升高，硫酸亚铁的溶解度就增大。硫酸的浓度升高，硫酸亚铁的溶解度就增大。10/23/202237n 结晶法处理废水的目的是分离和回收有用的溶质。结晶法处理废水的目的是分
50、离和回收有用的溶质。n 晶粒的大小和纯度是影响经济效果的重要技术指标。晶粒的大小和纯度是影响经济效果的重要技术指标。n 除温度、物质溶解度、晶种数量等因素外，它们还受以除温度、物质溶解度、晶种数量等因素外，它们还受以下几方面因素的影响：下几方面因素的影响：u溶质的浓度，溶质的浓度，过饱和程度愈高，愈易形成众多的晶核，晶粒也就比过饱和程度愈高，愈易形成众多的晶核，晶粒也就比较小；较小；u溶液的冷却速度，溶液的冷却速度，冷却速度愈快，达到过饱和的时间就愈短，也就愈易冷却速度愈快，达到过饱和的时间就愈短，也就愈易形成晶核，晶体颗粒就小而多；形成晶核，晶体颗粒就小而多；u溶液搅拌速度，溶液搅拌速度，缓
