摘 要：開發設計氣液接觸蒸發高鹽廢水實驗裝置進行現場試驗，研究不同的影響因素對系統水量蒸發的影響，并對該技術進行能耗分析。實驗結果表明：初始水溫和循環流量能促進系統水量蒸發，水溫越高蒸發效率增速越大，循環流量過大時蒸發速率反而逐漸下降；系統電能耗量隨溫度的升高而降低，當初始水溫為45 ℃時，系統能節約2/3的電能耗量。

關鍵詞：高鹽廢水；污水濃縮；氣液接觸；能耗分析

 由于生產工藝、加工對象、生產管理水平的差異，造成含鹽廢水水質及水量具有多變性，且易造成設備結垢、腐蝕等問題，使得含鹽廢水的處理難度遠高于常規廢水[1]。胡朋飛等[2]將直接接觸傳熱蒸發過程引入蒸餾領域，研發了用于熱敏物料蒸餾的直接接觸傳熱蒸發釜；王少雄[3]設計不同開孔形式的雙相俱孔板作為氣液傳質傳熱的場所，探究了氣液接觸系統的影響因素和蒸發效率。本論文通過設計新的氣液接觸濃縮技術裝置，在較低的溫度條件下，綜合利用低品質熱能，降低能耗和成本，通過蒸發器內氣液直接接觸，廢水與空氣在介質表面進行劇烈的傳質和傳熱的過程，從而防止填料表面結垢，最終實現鹽水分離。該研究將極大提高含鹽廢水處理能效，具有重要的現實意義和應用推廣前景。

1實驗材料與裝置

1.1實驗材料

實驗用分析純NaCl溶液配制質量濃度為30 g/L的Nacl

溶液作為原水水樣。

1.2實驗裝置

 該裝置包括加熱系統、氣液接觸蒸發系統及水循環系統，試驗設備有：氣液接觸蒸發器，風機，循環泵，電加熱裝置，循環水箱。實驗裝置原理如圖1所示。

1.1實驗方法

1.1.1氣液接觸蒸發高鹽廢水濃縮技術的影響因素分析

 分析天平秤取分析純NaCl晶體，配置質量濃度為30 g/L 的NaCl溶液，將配置好的一定體積的NaCl溶液注入帶有刻度的水箱，讀取初始水位讀數，由電加熱裝置預熱至較低的恒定溫度，調節進水閥門設置循環流量，通過循環水泵抽取原水至氣液接觸蒸發裝置底部進水管，通過水的反沖壓力旋轉布水器，將原水均勻地噴灑在填料上進行充分的傳質傳熱，濃縮后的濃溶液再流入水箱繼續經過加熱器加熱，運行系統一個小時后，測量此時水箱水位，得出每一組實驗的水分蒸發濃縮量，通過控制變量來探究氣液蒸發濃縮系統中循環流量、初始溫度對含鹽廢水蒸發濃縮的影響。

1.1.2氣液接觸蒸發高鹽廢水濃縮技術能耗分析

 該系統運行過程中的能耗量由循環水泵和風機運轉產生。本實驗將循環水泵接線至單相導軌式電能表，通過電能表記錄系統運行過程中的功率，風機電機額定功率為0.12 kW，系統運行一小時后測量高含鹽原水的蒸發量，根據電能電耗量計算公式計算單位體積水分蒸發的能耗量。

其中單位體積水分蒸發電能能耗量計算公式可用式（1） 表示：

 式中：W0—在Δt時間內蒸發單位蒸餾水所消耗的外界電能（J/g）；P—功率（W）；ΔV—在單位時間內高鹽水蒸發體積（L）。

1實驗結果與分析

1.1循環流量對系統蒸發效率的影響

 實驗在平均室溫33.5 ℃，平均環境濕度為64.2%的條件下進行，配置質量濃度為30 g/L的NaCl溶液預熱至40 ℃，設置不同的循環流量，測定NaCl溶液的蒸發量，探究循環流量對系統蒸發量的影響。

 實驗結果如圖2所示，隨著流量的增大，蒸發量逐漸增大，實驗范圍內最大蒸發量是在循環流量為2 500 L/h時，蒸發量為17 L/h。1 800~2 000 L/h流量范圍增速最大，當流量超過2 000 L/h時，增速放緩且趨向于零增速，當增大到一定值時開始下降。在系統運行過程中，水會在氣液接觸填料間形成水膜，增大熱量和質交換面積，在回流空氣的作用下， 快速穿過水膜，在水膜破裂與形成的循環過程中，促進蒸發。當流量較小時，形成的水膜厚度較薄，容易被回流空氣吹散，隨著流量的增大，形成的水膜越成熟，傳熱傳質更充分，但當流量過大時，水膜厚度過厚，傳熱熱阻增加，無法進行充分的熱量和質的交換，因此，蒸發量逐漸減少。

2.2高鹽水初始溫度對系統蒸發效率的影響

 實驗在平均室溫33.5 ℃，平均環境濕度為64.2%的條件下進行，配置濃度為30 g/L的NaCl溶液預熱至不同的初始水溫，調節進水閥設置循環流量為1 400 L/h，測定不同的初始水溫條件下NaCl溶液的蒸發量，探究初始水溫對系統蒸發效率的影響。

 實驗結果如圖3所示，可以得出：蒸發量隨著溫度的升高而不斷增加，本組實驗最大值是當溫度為45 ℃時，蒸發量為

 18.2 L/h。水分蒸發的過程是水分子發生相變和進行熱交換的過程，熱量的傳遞交換需要不斷地消耗和補充熱量，本系統利用的是低品質熱能，熱消耗速度快，因此，熱量補充越充分就越能夠促進蒸發，所以當溫度不斷升高時，蒸發量也隨之不斷增加。

2.3 氣液接觸蒸發高鹽廢水濃縮技術能耗分析

 從表1實測數據可知，該氣液接觸蒸發高鹽廢水濃縮技術中初始水溫越高，蒸發速率越快；隨著溫度的升高，對應的單位體積蒸發水量電能耗量降低。當NaCl溶液質量濃度為30 g/L，水溫為45 ℃時，單位體積蒸發水量電能耗量為123 230.77 J，噸能電耗量約為34.23 kW·h.該技術應用到低溫多效蒸發技術中進行大試，噸水電能耗量低至15 kW·h， 相較于常用的蒸汽機械壓縮技術（MVR）（噸水電能耗量

 46.84 kW·h）[4]，氣液接觸蒸發技術的蒸發效率提高了約 3倍，且低溫多效蒸發技術多是利用70~50 ℃的低品熱蒸汽， 而本實驗最高利用蒸汽溫度是45 ℃，蒸汽溫度越高其能耗越低，因此，將該技術應用到實際工程中，能耗將更低。

3結語

 實驗表明氣液接觸蒸發濃縮實驗過程中：隨著流量的增大，蒸發量逐漸增大，實驗范圍內最大蒸發量是在循環流量為2 500 L/h時，蒸發量為17 L/h。1 800~2 000 L/h流量范圍增速最大，當流量超過2 000 L/h，增速放緩且趨向于零增速，當增大到一定值時開始下降；蒸發量隨著溫度的升高而不斷地增加，本組實驗最大值是當溫度為45 ℃時， 值為18.2 L/h。

 實驗表明當初始水溫為45 ℃時，氣液接觸蒸發濃縮高鹽廢水技術是其他蒸發技術效率的3倍，應用到現場大試中其噸能電耗量低至15 kW·h，并且蒸汽溫度越高其能耗越低，若將初始水溫提高到50~70 ℃，應用到實際工程中，能耗將更低。

 氣液接觸傳質傳熱技術，在暖通空調領域應用廣泛，常用于開式循環冷卻塔，氣液接觸傳熱降低了熱損耗，極大地降低了能耗成本。在工業企業或者其他外來熱源不足或供能較低的情況下，利用氣液直接接觸傳質和傳熱，對廢水循環濃縮，可以聯合采用多級多效的方式，也是盡量利用蒸汽余熱，可對廢水中鹽分進行回收，實現零排放，降低能量損耗的措施。對設備進行市場推廣應用，對設備進行全面的電氣自動化和機械加工實體設計，研發適用于不同氣候地區

（例如太陽能技術的聯用）或不同工業企業的工藝設備。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”

相關文章