基于MVR 蒸發(fā)工藝的廢水處理方案研究

韓送軍

（上海雙昊環(huán)保科技有限公司，上海 201800）

0 引言

全球工業(yè)化進(jìn)程中，廢水排放問題日益突出，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重威脅。在這一背景下，尋求高效、環(huán)保的廢水處理技術(shù)顯得尤為緊迫。機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)因其能源回收和廢水濃縮效果顯著的特點(diǎn)，成為解決廢水處理難題的一種有前景的方法。

MVR 蒸發(fā)工藝通過利用機(jī)械壓縮產(chǎn)生的蒸汽，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效蒸發(fā)，從而將廢水中的有害物質(zhì)濃縮。這不僅有助于降低排放量，還能實(shí)現(xiàn)能源的有效回收。本研究旨在深入探討基于MVR 蒸發(fā)工藝的廢水處理方案，以應(yīng)對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)利用的迫切需求。通過對(duì)該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的性能、效率和經(jīng)濟(jì)性的深入研究，期望為工業(yè)廢水處理提供創(chuàng)新且可行的解決方案，推動(dòng)環(huán)境友好型廢水處理技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

1 流程及裝置

1.1 MVR 工藝流程

MVR（Mechanical Vapor Recompression）是由機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)對(duì)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽被壓縮，使蒸汽的壓力和溫度升高，并作為補(bǔ)充或加熱蒸汽重新進(jìn)入蒸發(fā)器過程。廢水預(yù)處理：廢水從源頭進(jìn)入系統(tǒng)前，可能需要進(jìn)行預(yù)處理，例如去除懸浮固體、調(diào)整pH 值或去除雜質(zhì)。預(yù)熱：廢水通過熱交換器等設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱，以提高后續(xù)蒸發(fā)過程的效率。這一步通常利用已經(jīng)蒸發(fā)的廢水中提取的熱能。MVR 蒸發(fā)器：預(yù)熱后的廢水進(jìn)入MVR 蒸發(fā)器，在這里蒸汽通過機(jī)械壓縮產(chǎn)生，用于加熱和蒸發(fā)廢水。蒸汽再通過膨脹腔提高溫度和壓力，然后重新注入蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)能源的回收。蒸汽再壓縮：蒸汽再經(jīng)過機(jī)械壓縮，提高溫度和壓力，以增加其對(duì)廢水的蒸發(fā)能力。濃縮后廢水：廢水在MVR蒸發(fā)器中經(jīng)過濃縮，其中污染物得以濃縮。這一步驟實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢水的有效處理和資源回收。廢水后處理：濃縮后的廢水可能需要經(jīng)過進(jìn)一步的處理，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)或?qū)崿F(xiàn)再利用。這可能包括化學(xué)處理或其他物理處理方法。蒸汽和水分離：在廢水處理后，需要對(duì)產(chǎn)生的蒸汽和水分進(jìn)行分離，以回收水分并防止有害物質(zhì)的排放。整個(gè)流程通過蒸汽的循環(huán)利用和機(jī)械壓縮，最大限度地提高了能源效率，使MVR 技術(shù)成為一種可持續(xù)的廢水處理方案。MVR 工藝流程圖，如圖1所示。

圖1 MVR 工藝流程圖

1.2 主要裝置

MVR（Mechanical Vapor Recompression）工藝關(guān)鍵裝置主要包括MVR 蒸發(fā)器、預(yù)熱器、機(jī)械壓縮機(jī)、蒸汽再壓縮系統(tǒng)、蒸汽和水分離裝置、控制系統(tǒng)這些裝置協(xié)同工作，使MVR 工藝成為一種高效、可持續(xù)的廢水處理方案。裝置的具體設(shè)計(jì)和配置取決于廢水的性質(zhì)、處理要求以及系統(tǒng)的規(guī)模。

1.3 MVR 蒸發(fā)工藝的優(yōu)點(diǎn)

MVR 技術(shù)利用了自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量，從而充分利用了潛熱，和傳統(tǒng)工藝相比較具有一下優(yōu)點(diǎn)：

1）能源利用率高：MVR 蒸發(fā)工藝通過機(jī)械壓縮產(chǎn)生的蒸汽再壓縮，實(shí)現(xiàn)了能源的回收。這種循環(huán)利用系統(tǒng)降低了能耗，提高了整體能源效率。

2）蒸發(fā)效率高：機(jī)械壓縮產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽能夠有效加熱廢水，提高了蒸發(fā)效率。除此之外，相比傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝，MVR 蒸發(fā)工藝能夠在相對(duì)較低的溫度下實(shí)現(xiàn)更高的蒸發(fā)濃縮效果。廢水濃縮：MVR 蒸發(fā)工藝可以將廢水中的水分濃縮，減小廢水體積，降低處理成本，并減少對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

3）適應(yīng)性強(qiáng)：MVR 蒸發(fā)工藝適用于處理各種類型的廢水，包括高濃度廢水。其設(shè)計(jì)靈活，可以根據(jù)不同工業(yè)領(lǐng)域的需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。而且其可以降低排放。通過將有害物質(zhì)集中在濃縮廢水中，MVR 蒸發(fā)工藝有助于降低有害物質(zhì)的排放，符合環(huán)保要求。

4）操作成本低：由于能源回收和高效蒸發(fā)，MVR蒸發(fā)工藝通常具有相對(duì)較低的操作成本，特別是在處理高濃度廢水時(shí)更為明顯。

2 廢水處理方案

2.1 單效MVR 系統(tǒng)廢水處理方案

單效MVR 系統(tǒng)為常規(guī)廢水處理方案，廢水首先經(jīng)過預(yù)處理，去除固體顆粒、油脂等。然后，通過蒸發(fā)濃縮，將廢水中的水分蒸發(fā)出來(lái)，產(chǎn)生濃縮液。在這個(gè)過程中，機(jī)械蒸汽再壓縮系統(tǒng)用于提供額外的熱能，使得蒸汽能夠再利用，降低能耗。最后，通過輔助處理如冷凝、結(jié)晶等步驟，可以得到處理后的水和固體產(chǎn)物。這種系統(tǒng)在處理廢水時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)蒸汽能量的高效利用，從而降低整體能耗和環(huán)境影響。

2.2 三效MVR 系統(tǒng)廢水處理方案

三效MVR 系統(tǒng)是一種進(jìn)一步提高蒸汽效能的廢水處理方案。這系統(tǒng)相比單效MVR 系統(tǒng)，通過多個(gè)蒸發(fā)效應(yīng)級(jí)聯(lián)，進(jìn)一步降低能耗。廢水進(jìn)入三效MVR 系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括三個(gè)級(jí)聯(lián)的蒸發(fā)器，每個(gè)蒸發(fā)器稱為一個(gè)效應(yīng)。每個(gè)效應(yīng)中，機(jī)械蒸汽再壓縮用于提高蒸汽溫度和壓力，實(shí)現(xiàn)能量的循環(huán)利用。這種多效系統(tǒng)能夠更充分地回收蒸汽能量，減少能耗。處理后的水可進(jìn)一步經(jīng)過終端處理，以確保水質(zhì)達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，可以用于再循環(huán)或安全排放。使用三效MVR 系統(tǒng)的廢水處理方案相對(duì)于單效系統(tǒng)有更高的效能，但也需要更復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)和更高的投資。這種系統(tǒng)在對(duì)能耗有嚴(yán)格要求的環(huán)境中尤為適用。

2.3 單效MVR 系統(tǒng)與三效MVR 系統(tǒng)能耗和成本分析

實(shí)驗(yàn)方案將3%濃度硫酸銅溶液作為入口溶液，入口溫度為25 ℃，流量1 000 kg/h，蒸發(fā)器溫差5 ℃。單效MVR 系統(tǒng)中蒸發(fā)器壓力為50 kPa，三效MVR系統(tǒng)中第一蒸發(fā)器壓力為80 kPa，第二蒸發(fā)器壓力為65 kPa，第三蒸發(fā)器壓力為50 kPa。

2.3.1 能耗分析

實(shí)驗(yàn)中隨溶液出口濃度的變化，壓縮機(jī)功率和新鮮蒸汽消耗均成規(guī)律性變化，如圖2、圖3 所示。

圖2 壓縮機(jī)功率與出口溶液濃度關(guān)系

圖3 新鮮蒸汽消耗與出口溶液濃度關(guān)系

2.3.2 成本分析

以電力價(jià)格為1 元/（kW·h），工業(yè)蒸汽價(jià)格區(qū)間200 元/t 計(jì)。兩種系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用與溶液濃度由如圖4關(guān)系曲線。

圖4 運(yùn)行費(fèi)用與溶液濃度關(guān)系

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)在能耗方面單效MVR 系統(tǒng)相對(duì)較簡(jiǎn)單，但其能耗相對(duì)較高，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)蒸發(fā)效應(yīng)。三效MVR 系統(tǒng)通過多個(gè)效應(yīng)的級(jí)聯(lián)，能夠在更低的蒸汽壓力下完成蒸發(fā)，從而降低總體能耗。在成本方面三效MVR 系統(tǒng)相對(duì)于單效系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)上更為復(fù)雜，需要更多的設(shè)備和控制。這也導(dǎo)致了相對(duì)較高的運(yùn)行投資成本。然而，在長(zhǎng)期運(yùn)行中，由于更低的能耗，三效系統(tǒng)可能會(huì)在能源成本上實(shí)現(xiàn)更好的回報(bào)。

3 結(jié)論

本文基于MVR 蒸發(fā)工藝給出了單效MVR 與多效MVR 的廢水處理方案，結(jié)果表明，單效MVR 可用于處理相對(duì)低濃度的廢水，能夠有效蒸發(fā)水分并濃縮廢水。多效MVR 則適用于處理更高濃度的廢水通過多級(jí)蒸汽壓縮，可以實(shí)現(xiàn)更高的蒸發(fā)效率，降低處理成本。然而，在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中，要充分發(fā)揮MVR 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，需要深入研究系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以及蒸發(fā)過程中的各種操作參數(shù)的調(diào)整。