內置蒸發器MVR系統處理高鹽廢水的應用

王 建， 徐 翔

(江蘇和誠制藥設備制造有限公司，江蘇 靖江 214500)

引 言

1 高鹽廢水處理現狀

1.1 處理工藝方法

目前，高鹽廢水主要采用生物法和非生物法兩種處理方式[2]。生物法主要包括普通活性污泥和生物膜等傳統方法，可去除廢水中有機物；但由于生物法處理系統與選用工況條件及含鹽水質特點有關。高鹽廢水環境下的微生物生物代謝處理功能喪失而易失效。非生物法包括蒸發、焚燒、膜分離、離子交換、電解法等方法。這些處理方法的缺點是運行費用高、易腐蝕、易堵塞、處理周期長及相關尾氣的處理，使得處理工藝在高鹽廢水中的運用存在局限性。

1.2 蒸發結晶技術

采用蒸發結晶技術是現在高鹽廢水的處理技術趨勢。蒸發是利用加熱方法使溶液中的部分溶劑汽化，從而增加溶液的鹽濃度，為溶質的析出創造條件[3]。對預處理廢水過程產生的高含鹽污水，可通過蒸發結晶技術最終實現液體零排放[4]。而蒸發機組由蒸發器、分離器、機泵、閥門儀表及控制系統組成。

2 內置蒸發器

2.1 內置蒸發器的構成及作用

內置蒸發器是一種新型節能蒸發器，整體為臥式結構[5]。內置蒸發器的換熱器由減速機傳動，并在蒸發室內部進行旋轉；蒸發器的上部分設置有汽液分離器。旋轉部件周向外側上裝有螺旋推料帶，可以進行物料的攪動，從而增加物料溶液對流傳熱。兩端用機械密封進行密封已保證操作工況下的獨立性。蒸發室筒體設置有循環噴淋蒸發嘴，可以利用循環物料對加熱管進行在線清洗，而且可以增加蒸發強度。換熱管束整體設計為多流程結構，加熱蒸汽換熱利用，凝水在線無滯留外排，提高熱效率，節能降耗，且該蒸發器處理含鹽廢水的系統可根據含鹽廢水物料參數進行組合，選用機械壓縮蒸發、單效及多效蒸發的工藝使系統本身能基本達到熱平衡，從而大幅度減少外來新鮮蒸汽的消耗。

2.2 內置蒸發器技術優勢

2.2.1 有效防止堵管

內置旋轉蒸發器是由一個加熱管束內置于密閉的蒸發腔內，并在外來機械力驅動下旋轉，加熱蒸汽由外在進口經由內部蒸汽分配倉再引入加熱管內，物料由外管引入蒸發腔內，管內蒸汽被管外物料冷凝放出熱量，對物料進行加熱并冷凝，物料濃縮結晶在管外進行，不會因結晶而堵管。

2.2.2 增加相對速度

由于物料有結晶傾向的特性，目前強制循環蒸發器依靠外加動力(例如泵)迫使流體沿一定方向循環。強制循環蒸發器的循環速度可高達2 m/s,避免了溶液因生垢層和析出晶體二堵管的情況[6]。內置旋轉蒸發器的加熱管束在腔內轉動，在刮板及列管束作用下，加熱界面與物料之間相對最大剪切速度達到12 m/s，這個速度是任何其他形式的蒸發設備都不可能達到的，所以內置旋轉蒸發有著獨特不可比擬的沖刷速度。而對結晶物料粘壁最有效的方法就是增大物料與加熱界面之間的相對速度，從這個角度看，內置旋轉蒸發器是強制循環蒸發器抗結垢物結壁能力的6倍，是降膜蒸發器的30倍。所以內置旋轉蒸發器是結晶結垢物料最合適的蒸發形式。

2.2.3 氣液分離器的突出作用

在蒸發過程中，由于溶液容易氣液夾帶從而影響蒸汽壓縮機的平穩運行，設計氣液分離器需對二次蒸汽進行徹底的分離，保證進入壓縮機的而其蒸氣的純凈，從而有效地保護了蒸汽壓縮機高速運行的平穩和二次蒸汽凝水清潔，可以做到二次蒸汽凝水的充分回用。

2.2.4 降低了投資成本

內置旋轉蒸發器是多個蒸發單元集合一體的設備，整個機組組合在一個鋼架底盤上，設備總高4 m左右，便于實現殼裝化，用戶方無需搭建鋼架，土建只需合適的承重地面就可以，到貨時吊車一次吊裝到位，連接外管及電源即可開機生產，極為方便快捷。

2.3 MVR系統

MVR為機械蒸汽再壓縮，是借助蒸發過程環節中形成的二次蒸汽的潛熱，進一步縮減蒸發濃縮環節能源損耗的一種先進節能技術[7]。MVR蒸發器理論上消耗電能，不需要消耗生蒸汽。電能耗量主要取決于二次蒸汽所需溫升和壓縮機的效率。其優勢是羅列如下，運行費用低;公用工程配套少；占地空間小；運行穩定；操作成本低；蒸發溫和。

3 內置蒸發器MVR的應用

MVR技術是于微真空狀態進行的低溫蒸發處理，其核心技術是借助系統形成二次蒸汽的潛熱來對待蒸發料液的循環加熱，促進熱量綜合利用，達到水資源可回用利用的目的。將其優勢與內置蒸發器相結合處理高鹽廢水，可以最大化實現兩種技術的優勢，提高裝置的經濟性和實用性，實現產品的優勢互補。

3.1 內置蒸發器MVR系統

高鹽廢水溶液逐步經由凝水預熱器和蒸汽預熱器進行二步預熱之后進入內置蒸發器中，加熱器在蒸發器殼體內進行旋轉，通過蒸汽預熱熱器產生的余熱使高鹽廢水溶液升溫蒸發，形成的二次蒸汽經蒸汽壓縮機增壓升溫后，轉至換熱器的管內與蒸發器內廢水溶液進行熱量交換，放熱以后形成的凝水通過管道進入凝水箱，經由凝水泵強化使用。濃縮結晶物料由出料泵將濃縮液排至濃液罐開展深入結晶處理。與外置型蒸發裝置比較，內置型蒸發裝置有著操作方便、結構緊湊、安裝方便、成本低等優勢。內置型蒸發MVR系統裝置主體設備主要包括預熱器、蒸汽壓縮機、內置蒸發器等。內置蒸發器MVR系統流程如圖1所示。

圖1 內置蒸發器MVR系統流程示意圖

3.2 與其他蒸發技術對比

系統采用全自動操作控制，通過對流量、溫度、壓力以及液位的控制，以達到自動蒸發、清洗、停機等操作。自動報警、自動保護系統不受損壞，保持系統動態平衡，若某處故障，系統會自動報警，并顯示報警位置，方便檢測維護。相較于多效蒸發技術，MVR系統有效彌補了其無法對蒸發器中全部二次蒸汽予以回收利用的不足，同時消除了諸多熱能損耗、諸多冷卻水耗費這兩方面問題，最終實現節能環保的目的[8]。

3.3 MVR系統優勢

蒸發器材質能夠適用于處理不同的水質要求，應當結合設備的操作溫度、壓力以及處理物料腐蝕性等指標進行綜合考慮和開展，工程運用時做到有的放矢，提高效率。

4 應用案例

以某化工廠廢水處理工程為例，該工程采用鹽度8%，溫度20 ℃，每小時處理量5 t的內置蒸發器MVR系統。相對于傳統三效蒸發器的蒸汽消耗、電能消耗及循環水的能耗的綜合能耗分析結果同比約節省運行費用60%，土建投資減少50萬，其增加的設備投資只需要十個月可收回成本，因此該高鹽廢水處理系統的節能效果相當明顯。機組使用三年來，運行狀態良好。

5 結語

高鹽廢水處理一直是污水處理領域一項技術難題，其處理的技術不斷更新發展。通過對內置蒸發器MVR系統的分析和工程實踐證明，將其應用于高鹽廢水處理，其顯著特征優于傳統的蒸發技術，可實現廢水的資源化利用，是具有發展前景的節能技術，將逐步得到推廣應用。