多效蒸發、MVR、多級閃蒸，你覺得哪個才是“高鹽廢水”的最優解？
發布：2022-11-28
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從減排到限排再到零排，廢水排放標準逐步攀升。而要想達到“零排放”，重點是要實現高含鹽廢水的全回收，本質是要實現廢水中水和鹽類的分離。目前，濃縮技術、結晶技術，以及2種技術耦合協同后的技術較多地用于實現高鹽廢水回收零排放。當然，有時根據高鹽廢水的實際情況，還需要在技術之前增加預處理技術，以便為后續工藝提供更好的處理條件。濃縮作為高鹽廢水資源化處理的核心工藝，根據不同的處理對象和適用范圍分為熱濃縮和膜濃縮。其中，熱濃縮技術適于處理高TDS和COD高達數百克每升的廢水，通過加熱使高鹽廢水中的離子高倍濃縮，主要包括多級閃蒸MSF、多效蒸發MED以及機械蒸汽再壓縮蒸發MVR。多級閃蒸技術起步于上世紀50年代，通過加熱至一定溫度的高含鹽廢水依次在一系列壓力逐漸降低的容器中實現閃蒸氣化，然后再將蒸汽冷凝后得到淡水的過程。多級閃蒸MSF作為最早得到應用的蒸餾技術，工藝成熟，運行可靠，適用于大型化，但熱力學效率相對較低，能耗較高，并且存在設備結垢和腐蝕的現象限制MSF首效蒸汽溫度，影響運行成本。此技術在本文中不做過多敘述，咱們重點來聊一聊多效蒸發MED和機械蒸汽再壓縮蒸發MVR多效蒸發（以下簡稱MED）的原理是將多個蒸發器串聯起來，前一個蒸發器的二次蒸汽作為下一個蒸發器的加熱蒸汽，下一個蒸發器的加熱室便是前一個蒸發器的冷凝器。在多效蒸發系統中，只需要在第一效處加入新鮮蒸汽，在之后的前面一效蒸發塔頂產生的二次蒸汽，直接用作后續一效蒸發塔再沸器的加熱介質，一效之后的蒸發塔就無需再引入新鮮的蒸汽，最后一效塔頂蒸汽可以用作低壓力等級熱源。因此，其最大的優點是多次利用二次蒸汽的汽化和冷凝，可以顯著減少新鮮蒸汽消耗量。MED蒸發器類型很多、按照蒸發壓力、蒸發器類型、蒸發效數和物料流動方向分類，共四大類十五種：
- 按蒸發器類型分為：管式蒸發、板式蒸發和管板結合蒸發；
1、逆流和混流效果均優于并流系統。逆流多效蒸發能耗最小，并流多效蒸發能耗最大；混流多效蒸發系統的特性相對并流多效蒸發系統較好。 2、蒸發效數不是越多越好。當效數增多時，熱量利用的效率也隨之有所降低，考慮到效數增加則設備的投資增大，故實際采用效數應該有一個最佳點。比如對于一些些高沸點物系，只能采用二效或三效蒸發器。3、考慮物料特性、熱量衡算和不凝氣截留程度等因素選擇蒸發壓力。有研究表明，各效的壓強除了與蒸發器的物料與熱量衡算有關，還與物料的特性以及各效上下不凝氣的節流程度的大小有關。
- 受熱時間短，多采用管內冷凝和管外沸騰的雙側向變傳熱方法，傳熱面積小，傳熱系數高。
- 操作彈性大，系統可以提供設計值40%~110%的產品水，而多級閃蒸和反滲透都不具備這么大的操作彈性。
- 處理效果好，處理過程中鹽分析出徹底，并且冷卻后冷卻液的鹽分能被去除90%以上，使微生物很難再受鹽分的抑制。
- 操作可靠性高，整過程使用全自動化運行，且在運行過程中管內壓力大于管外壓力，即使出現腐蝕換熱管現象，冷卻水也不會污染產品水。
- 管內易結垢，10d左右就要清理一次，需要及時除垢處理。
- 效數增加，蒸汽利用率低。當效數增加后，每一效的傳熱溫差損失就增加，如每蒸發1t水所消耗的蒸汽量比率為一效1.1、兩效0.57、三效0.4、四效0.3、五效0.27，設備生產能力下降。
一般來說，多效蒸發MED常出現裝置中起泡、蒸發器的結垢、含鹽離子末效蒸汽腐蝕設物理消泡主要有高溫和低溫消泡法、聲波消泡法、液體噴散消泡法以及機械振動法等。雖然物理消泡在處理量特別大的情況下效果明顯，但其裝置及其運行成本較高；化學消泡法主要是指使用消泡劑，但使用受消泡劑價格昂貴、生產成本高、生產工藝復雜影響；機械消泡法主要利用旋轉來改變作用在氣泡處的壓力和剪切力來達到除泡，因其成本低、消泡效果好，目前更受歡迎。有研究者有對蒸發器外壁垢樣（硫酸鈉和碳酸鈣）進行酸洗加中性清洗，對末效換熱器內壁垢樣（碳酸鈣）酸洗，掛片分析發現各效掛片平均腐蝕速率都小于1g/m2·h，總腐蝕量都小于10g/m2。值得一提的是，該方法要優于《工業設備化學清洗質量標準》（HG/T2387-2007）及《腐蝕試樣的制備、清洗和評定標準》。3、針對含鹽離子末效蒸汽腐蝕設備的問題，解決方法——可以用低氯離子含量冷凝水進行低溫、定時、定量的置換和補充，并在循環水中加入高效緩蝕劑。機械式蒸汽再壓縮技術（以下簡稱MVR）是利用蒸發系統自身產生的二次蒸汽及其能量，將低品位的蒸汽經壓縮機的機械做功提升為高品位的蒸汽熱源。如此循環向蒸發系統提供熱能，從而減少對外界能源的需求的一項節能技術。在該系統中，預熱階段的熱源由蒸汽發生器提供，直至物料開始蒸發產生蒸汽。物料經過加熱產生的二次蒸汽，通過壓縮機壓縮成為高溫高壓的蒸汽，在此產生的高溫高壓蒸汽作為加熱的熱源，蒸發腔內的物料經加熱不斷蒸發，而經過壓縮機的高溫高壓蒸汽通過不斷的換熱，冷卻變成冷凝水，即處理后的水。壓縮機作為整個系統的熱源，實現了電能向熱能的轉換，避免了整個系統對外界生蒸汽的依賴與攝取。從MVR蒸發工藝流程不難看出，MVR蒸發系統是由各個設備串聯在一起所組成，各設備之間要在熱力學和傳熱學方面巧妙地匹配，以使整個系統達到最佳效果。系統中的主要設備有以下4個：1、壓縮機。MVR壓縮機的選型主要有羅茨壓縮機和離心壓縮機兩種。羅茨鼓風機常被用來壓縮小流量的蒸汽，屬于是容積型壓縮機，其提供風量小，溫升大，適用于蒸發量小，沸點升高大的物料。離心式壓縮機為壓差式風機，提供的壓差小，流量大，溫升小，排氣均勻，氣流無脈沖，適合蒸發量較大，沸點升高較小的物料。綜合來看，離心式壓縮機的穩定性要優于羅茨壓縮機，但離心式壓縮機有時會發生喘振現象，會導致壓縮機不穩定。2、蒸發器。蒸發處理裝置的型式一般分為升膜蒸發和降膜蒸發兩種。其主要根據處理物的特性、能耗進行選擇。目前，國內主要采用降膜蒸發方式。3、熱交換器。在MVR熱泵蒸發工藝過程中，所使用的換熱器多為間壁式換熱器。在這類換熱器內，冷熱流體不直接接觸，而是通過間壁進行換熱。生產中常用的間壁式換熱器類型有：列管式換熱器、波紋式換熱器和螺旋式換熱器。
