机械雾化蒸发器在蒸发塘的应用docx.docx

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机械雾化蒸发器在蒸发塘的应用

合众高科（北京）环保技术股份有限公司技术总监

赵利鑫

蒸发塘是处理工业浓盐水的一种典型的自然蒸发技术，尤其针对西北地广人稀、土地资

源相对富裕，同时气候干燥、降雨较少的区域，当地的工业企业可将达标的高浓盐水直接排

放到蒸发塘，进行自然蒸发结晶。

这样，污水实现减量，而运行成本又十分低廉，企业负担

相对较少。

但是实际情况是很多蒸发塘的应用并没有解决企业的浓盐水排放问题，相反由于

各种原因导致很多蒸发塘处于满塘状态，随时有溢塘的风险。

因此操作维护简单，投资和运

行成本都相对较低的机械雾化蒸发器，成为了业主配合蒸发塘自然蒸发使用的新选择。

一、高浓盐水的产生

工业生产过程中，产生浓盐水的工艺段主要是：

脱盐水车间反渗透系统浓水、循环水系

统排污水、企业污水处理厂回用水系统中的反渗透系统浓排水，以及电厂脱硫废水。

这些工

艺产生的浓盐水通常情况会再次使用回用水装置进行回收和减量化处置，技术以膜法系统为

主，淡水回用，浓水侧水中的溶解盐再次被浓缩，水中总溶解盐从2000-3000mg/L，被浓缩

到7000-8000mg/L。

到这里，一部分拥有蒸发塘的企业会把浓水排放到蒸发塘，使用蒸发塘进行蒸发结晶；另一部分用户会将浓缩后的废水再次进行浓缩，将溶解盐浓缩到接近饱和，

再排放到蒸发塘或使用MVR或MEE进行蒸发结晶；其他用户会把这部分浓水排放到工业园区的污水处理系统，由园区污水处理厂进行处理。

图1伊犁新天煤制天热气项目生化废水回用流程

图2伊犁新天煤制天热气项目含盐废水回用流程

图3中煤图克项目浓盐水处理流程

二、蒸发塘满塘原因

蒸发塘是一种露天的处理设施，现阶段暂无进水水质的标准要求，为避免蒸发塘成为污

水池，进入蒸发塘的浓盐水水质应满足GB8978-1996《污水综合排放标准》中一级标准限值

的要求。

标准中并未对TDS（总溶解固体）给出限值，但出于节水减排的目的，鼓励企业提

高水的回收率，因此要求进入蒸发塘的浓盐水TDS的质量浓度不小于10000mg/L。

蒸发塘处理浓盐水是一种典型的充分利用太阳能自然蒸发的处理方法，具有处理成本低、

运营维护简单稳定、使用寿命长、抗冲击负荷好等优点。

因而在国内浓盐水处置工程中得到

广泛应用。

但由于国家没有现行的蒸发塘处理浓盐水设计规范，使得蒸发塘处理浓盐水的设

计和工程运行存在诸多问题。

通过现场多个蒸发塘的实地考察，目前在用蒸发塘多数处于满塘状态，分析原因主要有

以下几点：

一是在蒸发塘的实际设计和建造过程中，企业会综合考虑蒸发的土地成本以及建造成本，

所以蒸发塘的建造通常会偏小；二是蒸发塘进水量高于初始设计的进水量；三是由于自然条

件原因，如降雨增加，导致的蒸发效率下降；四是由于污水中有机物质的富集，在蒸发塘表

面形成油膜，阻碍蒸发，降低蒸发效率。

那么，如何才能在不增加蒸发塘面积的前提下，更

好的利用自然条件提高蒸发塘的整体蒸发率，以解决蒸发塘满塘的危险？

解决这个问题，需

要从蒸发塘的蒸发原理入手才能迎刃而解。

三、机械雾化蒸发器工作原理

1、工作原理

蒸发塘是利用自然因素实现蒸发，蒸发面积确定后，蒸发速度可以参考道尔顿公式，

ECeP，式中：

E为水面蒸发量；e为饱和水汽压差，即表面水温对应的饱和水汽压

e0与水面上空气实际水汽压（绝对湿度）e的差值，e=e0-e；P为水面上的气压；C为与风速有关的系数。

蒸发塘是典型的表面蒸发，充分利用自然界因素如光照、风速、空气相对湿度等，在蒸

发塘表面来实现的浓盐水蒸发。

如果要提高蒸发速度，理论上只能三种手段：

一是提高液体温度，温度越高，蒸发速度越快；二是加快水面上的空气流速；三是加大蒸发液体的表面积。

以上三种方式，第一种和第二种方式对于蒸发塘本身来说，通过人为方式加热或提高空气流速，投资和能耗都会极高，显然不现实，所以，只能通过日照的方式提高水温和依靠自然风

力，所有很难通过前两种手段提高蒸发塘的蒸发速度。

对于第三种方式，增加液体蒸发的表面积而言，蒸发塘是表面蒸发，面积越大自然蒸发速度就越快，但是蒸发塘建设面积与投资是成正比，蒸发塘不可能无限大。

通过对以上问题的分析，如果能通过其他方式提高蒸发塘

蒸发表面积，是目前可行的方式。

机械雾化蒸发器，其原理是将浓盐水雾化成细小的液滴，

将蒸发面从二维水平面，变为三维空间的立体蒸发，相同体积的浓盐水蒸发面积将增加数倍。

通过使用机械雾化蒸发器，可以大幅度增加蒸发塘中浓盐水与空气的接触面积，起到增加蒸发塘蒸发速度的作用。

图4机械雾化蒸发器

通过测试，1ml的液体，正常蒸发面积只有1cm2，破碎成不同粒径的小液滴，粒径100微米时，其扩散覆盖的表面积可以达到150cm2，即扩大了150倍。

同样蒸发条件的基础上，这种雾化蒸发的速度也会提高150倍。

考虑到蒸发后，蒸发塘上空的空气湿度会增加，同时因为浓盐水浓缩过程浓度提升，蒸发速度会折减，蒸发速度折减系数根据Martin.Laborde提供的实验数据，当浓盐水密度＜1.2g/cm3时，折算系数＞0.7；浓盐水密度＞1.2g/cm3时，折算3

3

免浓盐水浓度进一步提高时蒸发速率迅速下降的缺点，从而充分利用蒸发塘的蒸发能力。

如

将蒸发塘同时作为析盐场所，根据制盐业的经验系数，总体蒸发折算系数约0.6。

通过使用

雾化蒸发器，蒸发塘的理论蒸发速度可以提高约30-50倍。

机械雾化蒸发器的蒸发效率显而易见。

如何实现浓盐水的雾化，那种雾化形式更适合蒸

发塘使用，便成为提高蒸发塘蒸发速度的关键。

2、不同形式的机械雾化方式

1）风送式机械雾化蒸发器

图5风送式雾化蒸发器及喷嘴

雾化原理是液体通过高压泵增压后，从喷嘴喷出，高压水与空气摩擦，从而破碎成小液滴，

液滴粒径在100-200微米左右，雾化后的水滴，再被风机产生的高压风吹出，水雾在空中扩散，实现蒸发。

适用于清洁水喷射，用于农药喷洒或降尘使用。

表1

风送式雾化蒸发器优缺点

优点

缺点

水滴颗粒细小，100-200

微米

运行压力高，供水泵压力1.5-2.5MPa

水通量大

喷嘴容易结垢污堵，孔径

1mm左右

喷射距离远，60-80

米，蒸发率高

扩散大，易污染

结构复杂，备件多

2）离心式机械雾化蒸发器

图6离心雾化水滴

离心雾化是在离心力的作用下，将均匀分布到雾化装置边缘的液体在一定的速度下

（8000-10000r/min）高速进行离心运动并在离心力的作用下飞离雾化装置边缘，然后经空气的摩擦与剪切作用分散成为均匀的细小雾滴的过程。

离心雾化雾滴细、均匀，是低容量、

超低容量与静电喷雾法经常采用的雾化方式。

离心喷雾主要适用于农药喷洒，或应用在喷雾干燥机。

表2离心式机械雾化蒸发器优缺点

优点缺点

水滴颗粒细小，100微米水通量小，运行能耗高

扩散范围小喷嘴容易结垢污堵，

结构复杂，备件多

3）破碎式机械雾化蒸发器

图7破碎式机械雾化蒸汽器叶轮

破碎式机械雾化蒸汽器工作原理是使用特制的高速旋转的叶片，将水泵抽出的液体多次打碎，

水滴同时在叶轮的高速转动下抛向高空，水滴下落过程完成蒸发。

适用于水质较差，环境恶

劣的现场。

表3破碎式机械雾化蒸发器优缺点

优点缺点

结构紧凑简单，安装方便水通量偏小，10t/h和15t/h

运行压力低，0.3-0.4MPa雾化颗粒偏大，200-400微米

喷水孔大，5mm

水雾喷射距离短，7-8m

免维护，备件少

通过对几种雾化蒸发器的比较，针对蒸发塘的高盐废水，破碎式机械雾化蒸发器更适用，因为蒸发塘的浓盐水结垢倾向严重，而且蒸发塘都处在开放、多风的西北区域，蒸发塘中悬浮物含量较高，雾化蒸发器喷水孔径太小，容易造成结垢和污堵。

同时蒸发塘周围环境恶劣，现场应用的设备要求防护等级较高，而且要便于维护，因此需要设备结构简单且紧凑。

机械雾化蒸发器的应用，虽然提高了传统蒸发塘的蒸发速度，但是雾化过程中其水雾一定会漂移，因此漂移过程对周围的影响也需要确定。

四、水雾对周围环境的影响

蒸发塘浓盐水被破碎式机械雾化蒸发器破碎后抛向空中，水滴飘落过程水分蒸发，一些

大颗粒液滴会回落蒸发器周围，部分细小液滴会蒸发结晶成盐颗粒随风飘落，其飘落距离必须可控，且需要控制在指定范围内，防止影响周围环境。

因此我们对蒸发过程中水滴的漂移距离和对周围环境的影响，联合中国环科院进行了实际测量。

1、工作路线

该工作首先需要收集基础性资料，包括废水相关资料（待处理废水中无机盐类及有机物类物质的组成及含量，所排废水企业的生产原料、产品以及生产工艺，污水处理系统工艺流程等）、当地气象条件（包括年平均风速、风向玫瑰图、最大风速与月平均风速、年平均温

度、年平均相对湿度、年均降水量等）。

通过资料分析及现场踏勘，确定监测指标及监测点位，然后进行现场采样，在样品的有效保存和运输下，将样品送至实验室进行检测分析，最后对其检测数据进行分析整理，形成分析报告。

资料收集现场探勘

确定监测指标及监测点位

现场采样、样品保存与运输

样品检测分析

结果分析，编制报告

图8工作路线

2、监测布点方法

背景点：

在雾化蒸发器未运行时采集1个背景点，采样一次。

监测点：

在雾化蒸发器稳定运行时，以雾化蒸发器为圆心，拟在上风向布设采样点，垂

直于风向上布设采样点，下风向布设采样点，采样两次，平行试验。

3、监测指标

综合考虑待蒸发水体水质及《大气污染物综合排放标准》中涉及的污染物类别，初步确定监测指标如下：

无机类：

TSP、Pb、Hg、Cd

有机类：

苯、甲苯、二甲苯、苯并（a）比、氯苯类、硝基苯类、酚类、丙烯腈、丙烯醛、

HCN

本次测试过程选在内蒙古鄂尔多斯大路煤化工园区的园区污水处理厂蒸发塘，该园区污

水厂接收园区内所有煤化工企业的浓盐水，通过回用后，浓盐水排放到园区蒸发塘。

4、测评结论

1）根据《空气和废气监测分析方法》（第四版增补版）以及其他相关监测标准，对采集的样

本进行检测，监测结果如下。

2）结果分析与结论

五、结论

综合以上的情况，破碎式机械雾化蒸发器是目前提高蒸发塘高盐废水蒸发速度的有效手段，可以为企业节省大量费用，同时又解决了满塘、溢塘难题。

合众高科通过对设备的改进，以及在西北地区多个现场的成功运行经验，破碎式机械雾

化蒸发器在2015年被国家环保部收录进《2015年国家先进污染防治示范技术名录（水污染治理领域）》，这是对该技术的最大肯定。