一、零排放系統(tǒng)中蒸發(fā)母液與紫外高級(jí)氧化工藝概述與技術(shù)原理

零排放系統(tǒng)中的蒸發(fā)母液處理冷卻-紫外高級(jí)氧化法是一種針對(duì)高鹽高有機(jī)物廢水開(kāi)發(fā)的先進(jìn)處理技術(shù)組合。該工藝首先通過(guò)蒸發(fā)濃縮實(shí)現(xiàn)廢水減量化，隨后利用紫外高級(jí)氧化技術(shù)降解濃縮母液中的難降解有機(jī)物，最終實(shí)現(xiàn)廢水的零排放和資源化利用。這一技術(shù)路線特別適用于化工、制藥、煤化工等行業(yè)產(chǎn)生的高濃度難降解有機(jī)廢水處理。

蒸發(fā)母液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)過(guò)程后，濃縮倍率顯著提高，導(dǎo)致難降解有機(jī)物的濃度大幅上升。若直接將冷卻脫鹽后的母液回流至蒸發(fā)系統(tǒng)，極易造成系統(tǒng)結(jié)膠和結(jié)垢問(wèn)題。紫外高級(jí)氧化技術(shù)的引入有效解決了這一難題，它通過(guò)產(chǎn)生羥基自由基(·OH)等強(qiáng)氧化劑，將難降解的大分子有機(jī)物分解為小分子羧酸、醛酮類等易于進(jìn)一步處理的物質(zhì)。

紫外高級(jí)氧化系統(tǒng)的核心機(jī)理是在紫外光照射下，激發(fā)光催化劑或直接光解廢水中的污染物，同時(shí)可能加入氧化劑(如H?O?)產(chǎn)生·OH。這些高活性的·OH能夠無(wú)選擇性地攻擊有機(jī)物分子，通過(guò)電子轉(zhuǎn)移、氫提取或加成反應(yīng)將其逐步降解。值得注意的是，該工藝在高鹽環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能，這與傳統(tǒng)生物處理法形成鮮明對(duì)比。

二、蒸發(fā)冷卻子系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

蒸發(fā)作為零排放系統(tǒng)的前端核心環(huán)節(jié)，其技術(shù)選擇直接影響整體處理效果和能耗。機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)技術(shù)是目前最先進(jìn)的蒸發(fā)方案之一，其工作原理是通過(guò)壓縮機(jī)將蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽增壓升溫后作為熱源循環(huán)利用，僅需少量電能補(bǔ)償熱損失，能耗僅為傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)的1/3-1/2。

在蒸發(fā)母液處理系統(tǒng)中，MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器是關(guān)鍵設(shè)備。其工作過(guò)程為：經(jīng)過(guò)預(yù)處理的原料由大流量循環(huán)泵自下而上帶動(dòng)，沿加熱室管道向上方高速流動(dòng)，在加熱過(guò)程中形成蒸氣和液體泡沫的混合物，隨后進(jìn)入蒸發(fā)室實(shí)現(xiàn)氣液分離。這種設(shè)計(jì)特別適合處理易結(jié)垢和高粘度的液體，強(qiáng)制循環(huán)的高流速(通常2-3m/s)能有效防止鹽分在加熱管壁沉積，保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

蒸發(fā)后的冷卻環(huán)節(jié)也至關(guān)重要，它既關(guān)系到后續(xù)氧化處理的效率，也影響整個(gè)系統(tǒng)的能耗。冷卻過(guò)程中需要控制適當(dāng)?shù)臏囟冉捣退俾剩苑乐果}類過(guò)早結(jié)晶造成設(shè)備堵塞。同時(shí)，冷卻階段也可能伴隨部分鹽類的結(jié)晶析出，實(shí)現(xiàn)鹽分的初步分離。

對(duì)于含硫酸鈉和氯化鈉的混合濃鹽水，可采用蒸發(fā)+冷凍結(jié)晶組合工藝。該工藝?yán)玫蜏叵翹a?SO?·10H?O溶解度小的特點(diǎn)(如-5℃時(shí)，氯化鈉與硫酸鈉的兩鹽共飽點(diǎn)的硫酸鈉含量為0.71%，氯化鈉含量為25.06%)，在低溫下冷凍分離出硫酸鈉，冷凍母液(氯化鈉和硫酸鈉的質(zhì)量比達(dá)到35:1)再在高溫下蒸發(fā)結(jié)晶得到氯化鈉。這種組合工藝操作彈性大，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行費(fèi)用均較低。

三、紫外高級(jí)氧化子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

紫外高級(jí)氧化系統(tǒng)作為蒸發(fā)母液處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要功能是降解前段蒸發(fā)冷卻后母液中濃縮的難降解有機(jī)物。該系統(tǒng)通過(guò)紫外光激發(fā)氧化反應(yīng)，將復(fù)雜的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物或完全礦化為CO?和H?O。

紫外高級(jí)氧化的顯著優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：通過(guò)預(yù)處理將難降解的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子羧酸、醛酮類等易生物降解物質(zhì)，顯著提高BOD/COD比值，為后續(xù)可能的生物處理創(chuàng)造有利條件。同時(shí)，相比Fenton法等產(chǎn)生大量鐵泥的高級(jí)氧化技術(shù)，紫外催化氧化過(guò)程不引入額外金屬離子，避免了二次污染問(wèn)題，且使用的光催化劑可回收利用。

在實(shí)際應(yīng)用中，紫外氧化工藝表現(xiàn)出強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性：不受高鹽負(fù)荷影響，能夠在高鹽環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，適用于多種類型的工業(yè)廢水處理，特別是高含鹽廢水的處理。同時(shí)，該工藝占地面積小、處理成本低，在工業(yè)應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

然而，紫外高級(jí)氧化法在處理蒸發(fā)母液時(shí)也面臨一些挑戰(zhàn)。母液中的銨根離子、硝酸根離子、硫酸根離子、溴離子、氯離子等會(huì)與·OH發(fā)生反應(yīng)，消耗氧化劑，從而影響·OH對(duì)目標(biāo)有機(jī)物的氧化效率。針對(duì)這一問(wèn)題，可通過(guò)優(yōu)化氧化劑投加量、調(diào)節(jié)pH值或采用離子交換預(yù)處理等方法減輕干擾。

四、工藝組合與系統(tǒng)集成

零排放系統(tǒng)中的蒸發(fā)冷卻與紫外高級(jí)氧化的工藝組合不是簡(jiǎn)單的技術(shù)疊加，而是有機(jī)集成的協(xié)同處理系統(tǒng)。蒸發(fā)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了廢水的濃縮減量，紫外高級(jí)氧化則解決了蒸發(fā)母液中有機(jī)物累積的問(wèn)題，兩者相輔相成。

1、在煤化工、制藥等高難度廢水處理領(lǐng)域，技術(shù)組合更為復(fù)雜：前端采用三效蒸發(fā)或MVR預(yù)濃縮，后端接低溫蒸發(fā)處理高濃母液，紫外高級(jí)氧化則作為有機(jī)污染物降解的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)全流程減量化和零排放。例如，某MVR聯(lián)合低溫蒸發(fā)技術(shù)處理煤化工高鹽廢水的案例顯示，出水TDS可降至≤81mg/L，運(yùn)行成本約20元/噸。

2、低溫蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)的引入進(jìn)一步豐富了工藝選擇。該技術(shù)通過(guò)在較低溫度(通常50-80℃)下實(shí)現(xiàn)水分蒸發(fā)與鹽分結(jié)晶，既能降低能耗，又能減少污染物揮發(fā)與設(shè)備腐蝕，特別適用于高鹽、高COD、熱敏性廢水處理。低溫條件下，系統(tǒng)通過(guò)降低系統(tǒng)壓力來(lái)降低水的沸點(diǎn)，利用熱泵或機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)回收蒸汽潛熱，顯著提升了能量利用效率。

對(duì)于最終產(chǎn)生的濃縮母液，可采用母液干化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)真正的零排放。撬裝式高濃母液干化系統(tǒng)已在煤化工行業(yè)得到應(yīng)用，如某煤焦油加工粗酚高含鹽母液干化項(xiàng)目自2021年5月投運(yùn)以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定。該系統(tǒng)通過(guò)低溫MVR蒸發(fā)器將廢水中的水分蒸發(fā)，并利用母液干化系統(tǒng)將濃縮后的母液進(jìn)一步干化，最終實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。