蒸發濃縮法處理工業廢水探討和研究

橙志（上海）環保技術有限公司 高佳佳

中國作為制造業大國，是全世界唯一具有所有的工業生產門類的國家，制造類作為國民經濟的支柱，在貢獻大量經濟收入的同時，也是廢水、廢氣等污染物的主要排放源。

對于企業產生的廢水，企業應采取處理措施達到相應的排放標準后，方可納管排放或排入地表水體。對于不含一類污染物的廢水及濃度、鹽分不高的廢水，其處理難度不大，可供選擇的處理方法很多，綜合經濟效益考慮，一般不采用蒸發濃縮法進行處理；但是對于含一類重金屬污染物的廢水、高濃度廢水、高鹽分廢水，以及處理后需要回用的廢水，其處理難度較大，目前企業多采用蒸發濃縮法進行處理。

一、蒸發濃縮法的定義

蒸發濃縮法是指通過對廢水進行加熱，使廢水中水分蒸發，廢水因減量而被濃縮，廢水中的重金屬、石油類、乳化液、鹽分等污染物被留在濃縮后的廢液中。水蒸氣經冷凝后收集，由于污染物基本都被截留在濃縮廢液中，故冷凝水水質較為清潔，可根據工藝需求經進一步處理后回用或直接排放。濃縮廢液收集后進行危廢處置。蒸發濃縮法目前常用于含重金屬廢水（如電鍍廢水）、含磷廢水、機加工含油廢水、含乳化液廢水、高濃度有機廢水、高鹽分廢水、膜濃縮水的處理，同時也可應用于廢液的減量化處理，此外，在廢水需要回用或廢水零排放時也多有應用。

蒸發濃縮設備一般由蒸發器、預熱器、加熱室、分離器、泵組、儀表或者自動操作系統等組成。按照設備運行壓力的不同，可分為常壓蒸發、加壓蒸發、減壓蒸發；根據蒸汽利用次數的不同，可分為單效蒸發、多效蒸發；根據熱源的不同，可分為電加熱、蒸汽加熱。

二、常用蒸發濃縮設備及特點

目前工業廢水處理行業應用較多的蒸發濃縮設備主要包括低溫真空蒸發器、多效蒸發濃縮器、MVR蒸發器等。

（一）低溫真空蒸發器

低溫真空蒸發器主要是在真空負壓條件下，將廢水加熱至沸騰狀態（真空負壓狀態下廢水的沸點可降低至30~40℃），沸騰狀態下廢水中水分蒸發，水蒸氣經過換熱凝結成液態水，并通過排水槽排出蒸發器。低溫真空蒸發器濃縮率可達到70%~95%（視廢水水質及比重的不同而異）。其結構緊湊，占地面積小，組裝方便；相較于MVR蒸發器，其自動化程度更高，故障率低，運行穩定，維修及保養成本低；僅使用電力作為能源，無須外接蒸氣源與外圍冷卻水，只需要提供電能與少量壓縮空氣即可，節省了設備投資；超低溫蒸發，真空度可達45mbar，蒸發溫度最低可達30℃。

低溫真空蒸發器也存在一些不足之處，如：（1）隨著廢水蒸發溫度降低，廢水粘度會變大，傳熱系數會變小。（2）處理后的濃縮液需要使用泵排出，會增加系統的能耗。

（二）多效蒸發濃縮器

多效蒸發濃縮器原理是將兩臺及以上的蒸發器進行串聯，頭道蒸發器熱源為新鮮的生蒸汽，第二道及以后的蒸發器熱源均為前道蒸發器產生的二次蒸汽，后道蒸發器同時可做為前道蒸發器產生的二次蒸汽的冷凝器，僅最后一道蒸發器需要使用冷卻水對蒸汽進行冷卻。多效蒸發與單效蒸發相比，由于回收了大部分的二次蒸汽，減少了生蒸汽的消耗量，同時，也減少了冷卻水的消耗量。

多效蒸發器也存在一些不足之處，如：

（1）配套設施較多，設備占地面積相對較大。（2）運行需要生蒸汽。若現場無蒸汽供應的話，需要配套增設鍋爐等產蒸汽設備，會增加投資及占地面積。（3）屬于壓力容器，操作人員須持有壓力容器使用資格證。（4）若廢水濃度高、粘度大，則后幾道蒸發器的傳熱系數會較低；另外，伴隨著廢水濃度變大，沸點會隨之升高，各道蒸發器之間不容易維持較大的溫度差，不利于傳熱。

（三）MVR蒸發器

MVR蒸發器（即低溫壓汽蒸餾）是“機械式蒸汽再壓縮”（MechanicalVaporRecompression)的英文簡稱，其基本原理是：通過對廢水蒸發過程中產生的二次蒸汽進行逆流洗滌以及機械再壓縮，提高二次蒸汽的清潔度及熱焓，并重新利用，以節省能耗。

MVR蒸發器系統通常由預熱器、換熱器、分離器、壓縮機、真空系統、泵、控制系統等構成。廢水在換熱器的換熱管內被換熱管外的蒸汽加熱，溫度升高，在循環泵的作用下廢水進入分離器內。廢水蒸發產生二次蒸汽，同時在循環泵作用下，廢水進入換熱器與二次蒸汽進行換熱（二次蒸汽在換熱器內被廢水冷卻為冷凝水），加熱后的廢水進入分離器。蒸發分離器內的二次蒸汽經過蒸發分離器上部的分離和除沫裝置凈化后輸送到壓縮機，隨后二次蒸汽被壓縮機壓縮后輸送到換熱器，用作蒸發器的加熱蒸汽，實現熱能的循環連續回用。MVR蒸發器是在單效蒸發器的基礎上對二次蒸汽進行逆流洗滌及再壓縮重新利用。凡單效及多效蒸發器適用的廢水，均適合采用MVR蒸發器進行處理，且具有更優良的環保與節能特性。

優點：①除開車啟動外，整個蒸發過程中無須使用生蒸汽。②能耗及運行費用低，節能效果好，其能耗相當于多效蒸發器的20效。③可實現對二次蒸汽的逆流洗滌，冷凝水中的干物含量遠低于多效蒸發器。缺點：①實際運行過程中由于換熱器結垢、被蒸發液體濃縮后沸點升高的原因，導致蒸發量急劇下降甚至停機，導致MVR蒸發器應用在廢水零排放項目上穩定性不高。②利用原廢水來冷卻二次過熱蒸汽，冷凝水溫度為80-90℃，出水溫度較高。③核心設備蒸汽壓縮機目前多為進口，價格較貴。

（四）常用蒸發器對比

見表1-2。

表1 不同蒸發器蒸發每噸水的費用比較

表2 不同蒸發器參數對比

三、蒸發濃縮法處理效果分析

經調研，對于一般的高濃度廢水，經蒸發濃縮法處理后，其出水（蒸餾冷凝水）水質可滿足納管標準（COD＜500mg/L），其中一類污染物出水水質可滿足車間排放口控制限值，能夠滿足廢水達標排放的要求。

對于醫藥行業、涂裝行業產生的超高濃度有機廢水（COD≥50000mg/L），由于有機成分可能會隨水蒸氣帶出，會導致冷凝水中的COD等污染物濃度較高，此外，部門企業不具備納管條件，廢水最終需要排入地表水體，則對于蒸發器冷凝水視水質情況可能需要配套采取后續的處理方法（如生化法、物化處理法等），以滿足廢水達到排放的要求。

對于濃度不高的廢水，在采取蒸發濃縮法處理時，需要對廢水進行濃縮處理，以減少能耗，常用的方法主要為膜法濃縮（RO反滲透法）。

對于用水水質要求不高的工序，蒸發濃縮處理后的冷凝水一般可直接回用；對于電鍍等用水水質較高的工序，冷凝水需要經進一步凈化處理后（如除氨氮、pH調節、RO、離子交換樹脂等）再進行回用。

四、結束語

蒸發濃縮法廢水處理技術作為目前應用場景日益增多的技術，可有效滿足企業產生的含一類重金屬污染物的廢水、高濃度廢水、高鹽分廢水等的處理需求。在要求企業廢水不得外排的區域，蒸發濃縮法可以幫助企業做到廢水零排放，以滿足區域環境準入要求，對于有廢水回用要求的企業，可以提高水重復利用率，推進企業的節能減排工作。企業應根據自身需求科學選擇合適的蒸發濃縮設備，在滿足自身需求的同時，使環境效益、經濟效益達到最大化。