蒸发浓缩法处理工业废水探讨和研究

橙志（上海）环保技术有限公司 高佳佳

中国作为制造业大国，是全世界唯一具有所有的工业生产门类的国家，制造类作为国民经济的支柱，在贡献大量经济收入的同时，也是废水、废气等污染物的主要排放源。

对于企业产生的废水，企业应采取处理措施达到相应的排放标准后，方可纳管排放或排入地表水体。对于不含一类污染物的废水及浓度、盐分不高的废水，其处理难度不大，可供选择的处理方法很多，综合经济效益考虑，一般不采用蒸发浓缩法进行处理；但是对于含一类重金属污染物的废水、高浓度废水、高盐分废水，以及处理后需要回用的废水，其处理难度较大，目前企业多采用蒸发浓缩法进行处理。

一、蒸发浓缩法的定义

蒸发浓缩法是指通过对废水进行加热，使废水中水分蒸发，废水因减量而被浓缩，废水中的重金属、石油类、乳化液、盐分等污染物被留在浓缩后的废液中。水蒸气经冷凝后收集，由于污染物基本都被截留在浓缩废液中，故冷凝水水质较为清洁，可根据工艺需求经进一步处理后回用或直接排放。浓缩废液收集后进行危废处置。蒸发浓缩法目前常用于含重金属废水（如电镀废水）、含磷废水、机加工含油废水、含乳化液废水、高浓度有机废水、高盐分废水、膜浓缩水的处理，同时也可应用于废液的减量化处理，此外，在废水需要回用或废水零排放时也多有应用。

蒸发浓缩设备一般由蒸发器、预热器、加热室、分离器、泵组、仪表或者自动操作系统等组成。按照设备运行压力的不同，可分为常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发；根据蒸汽利用次数的不同，可分为单效蒸发、多效蒸发；根据热源的不同，可分为电加热、蒸汽加热。

二、常用蒸发浓缩设备及特点

目前工业废水处理行业应用较多的蒸发浓缩设备主要包括低温真空蒸发器、多效蒸发浓缩器、MVR蒸发器等。

（一）低温真空蒸发器

低温真空蒸发器主要是在真空负压条件下，将废水加热至沸腾状态（真空负压状态下废水的沸点可降低至30~40℃），沸腾状态下废水中水分蒸发，水蒸气经过换热凝结成液态水，并通过排水槽排出蒸发器。低温真空蒸发器浓缩率可达到70%~95%（视废水水质及比重的不同而异）。其结构紧凑，占地面积小，组装方便；相较于MVR蒸发器，其自动化程度更高，故障率低，运行稳定，维修及保养成本低；仅使用电力作为能源，无须外接蒸气源与外围冷却水，只需要提供电能与少量压缩空气即可，节省了设备投资；超低温蒸发，真空度可达45mbar，蒸发温度最低可达30℃。

低温真空蒸发器也存在一些不足之处，如：（1）随着废水蒸发温度降低，废水粘度会变大，传热系数会变小。（2）处理后的浓缩液需要使用泵排出，会增加系统的能耗。

（二）多效蒸发浓缩器

多效蒸发浓缩器原理是将两台及以上的蒸发器进行串联，头道蒸发器热源为新鲜的生蒸汽，第二道及以后的蒸发器热源均为前道蒸发器产生的二次蒸汽，后道蒸发器同时可做为前道蒸发器产生的二次蒸汽的冷凝器，仅最后一道蒸发器需要使用冷却水对蒸汽进行冷却。多效蒸发与单效蒸发相比，由于回收了大部分的二次蒸汽，减少了生蒸汽的消耗量，同时，也减少了冷却水的消耗量。

多效蒸发器也存在一些不足之处，如：

（1）配套设施较多，设备占地面积相对较大。（2）运行需要生蒸汽。若现场无蒸汽供应的话，需要配套增设锅炉等产蒸汽设备，会增加投资及占地面积。（3）属于压力容器，操作人员须持有压力容器使用资格证。（4）若废水浓度高、粘度大，则后几道蒸发器的传热系数会较低；另外，伴随着废水浓度变大，沸点会随之升高，各道蒸发器之间不容易维持较大的温度差，不利于传热。

（三）MVR蒸发器

MVR蒸发器（即低温压汽蒸馏）是“机械式蒸汽再压缩”（MechanicalVaporRecompression)的英文简称，其基本原理是：通过对废水蒸发过程中产生的二次蒸汽进行逆流洗涤以及机械再压缩，提高二次蒸汽的清洁度及热焓，并重新利用，以节省能耗。

MVR蒸发器系统通常由预热器、换热器、分离器、压缩机、真空系统、泵、控制系统等构成。废水在换热器的换热管内被换热管外的蒸汽加热，温度升高，在循环泵的作用下废水进入分离器内。废水蒸发产生二次蒸汽，同时在循环泵作用下，废水进入换热器与二次蒸汽进行换热（二次蒸汽在换热器内被废水冷却为冷凝水），加热后的废水进入分离器。蒸发分离器内的二次蒸汽经过蒸发分离器上部的分离和除沫装置净化后输送到压缩机，随后二次蒸汽被压缩机压缩后输送到换热器，用作蒸发器的加热蒸汽，实现热能的循环连续回用。MVR蒸发器是在单效蒸发器的基础上对二次蒸汽进行逆流洗涤及再压缩重新利用。凡单效及多效蒸发器适用的废水，均适合采用MVR蒸发器进行处理，且具有更优良的环保与节能特性。

优点：①除开车启动外，整个蒸发过程中无须使用生蒸汽。②能耗及运行费用低，节能效果好，其能耗相当于多效蒸发器的20效。③可实现对二次蒸汽的逆流洗涤，冷凝水中的干物含量远低于多效蒸发器。缺点：①实际运行过程中由于换热器结垢、被蒸发液体浓缩后沸点升高的原因，导致蒸发量急剧下降甚至停机，导致MVR蒸发器应用在废水零排放项目上稳定性不高。②利用原废水来冷却二次过热蒸汽，冷凝水温度为80-90℃，出水温度较高。③核心设备蒸汽压缩机目前多为进口，价格较贵。

（四）常用蒸发器对比

见表1-2。

表1 不同蒸发器蒸发每吨水的费用比较

表2 不同蒸发器参数对比

三、蒸发浓缩法处理效果分析

经调研，对于一般的高浓度废水，经蒸发浓缩法处理后，其出水（蒸馏冷凝水）水质可满足纳管标准（COD＜500mg/L），其中一类污染物出水水质可满足车间排放口控制限值，能够满足废水达标排放的要求。

对于医药行业、涂装行业产生的超高浓度有机废水（COD≥50000mg/L），由于有机成分可能会随水蒸气带出，会导致冷凝水中的COD等污染物浓度较高，此外，部门企业不具备纳管条件，废水最终需要排入地表水体，则对于蒸发器冷凝水视水质情况可能需要配套采取后续的处理方法（如生化法、物化处理法等），以满足废水达到排放的要求。

对于浓度不高的废水，在采取蒸发浓缩法处理时，需要对废水进行浓缩处理，以减少能耗，常用的方法主要为膜法浓缩（RO反渗透法）。

对于用水水质要求不高的工序，蒸发浓缩处理后的冷凝水一般可直接回用；对于电镀等用水水质较高的工序，冷凝水需要经进一步净化处理后（如除氨氮、pH调节、RO、离子交换树脂等）再进行回用。

四、结束语

蒸发浓缩法废水处理技术作为目前应用场景日益增多的技术，可有效满足企业产生的含一类重金属污染物的废水、高浓度废水、高盐分废水等的处理需求。在要求企业废水不得外排的区域，蒸发浓缩法可以帮助企业做到废水零排放，以满足区域环境准入要求，对于有废水回用要求的企业，可以提高水重复利用率，推进企业的节能减排工作。企业应根据自身需求科学选择合适的蒸发浓缩设备，在满足自身需求的同时，使环境效益、经济效益达到最大化。