MVR技术在高盐废水零排放处理中的应用

高盐废水一般是指废水中含有Na^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、K^＋、Cl^-、SO42-、NO₃^-、HCO₃^-、重金属等离子，浓度大于1％，并且溶解性总固体（TotalDissolved Solids，简称TDS）在10000~25000mg/L范围内的难降解废水。通常高盐废水产自于化工、医药及农药等工业领域，如果将其未将处理直接排入江河湖泊等其他水域将会引起水体含盐量上升、富营养化等污染状况，同时会对人类及动植物造成严重危害。当前，机械蒸汽再压缩（MVR）节能技术在高盐废水中的应用越来越广泛。MVR母液产量为0.5~5m³/h不等，且MVR母液成分较为复杂，具有高盐、高化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，简称COD）、高硅等处理难度较大的成分。绝大企业会通过母液回流的方式来减少母液量，并不能够彻底地解决母液问题。如果针对具体工艺对MVR蒸汽机进行性能调试开发，那么将会减少蒸汽机作业压力，整个工业生产工艺流程也将会顺利进行。

1.工业高盐废水处理技术的应用现状

1.1 高盐废水常用处理方法

高盐废水处理方法有很多，热浓缩法、膜分离技术、膜蒸馏技术、直接脱盐的电吸附技术、浓缩液处理技术。

   （1）热浓缩法是采用加热的方式进行浓缩，主要包含有多级闪蒸，多效蒸发和机械式蒸汽在压缩技术等。

   （2）膜分离技术是由压力差、浓度差及电势差等因素驱动，通过溶质、溶剂和膜之间的尺寸排阻、电荷排斥和物理化学作用实现的分离技术。

   （3）膜蒸馏技术是由膜两侧的蒸汽压差驱动的分离过程，可以看作是膜分离和蒸馏技术的集合。

   （4）直接脱盐的电吸附技术是利用带电电极表面的电化学特性来实现水中离子的去除，有机物的分解等。

   （5）浓缩液处理技术。采用热蒸馏或膜分离技术浓缩含盐废水时，会产生少量更高浓度的浓缩液，若能将浓缩液进一步处理，使废弃物排放量尽量降低，会取得经济额环保双重效益。

高盐废水处理技术除了电化水（Electrochemical Scale Treatment，简称EST）技术是脱盐以外，其他技术均为间接除盐。相比传统的蒸发技术，MVR技术具有结构简单、所需占地面积小、工作效率高、节能低且运行成本低的优点，这一些优点也使得MVR技术尤其在工业废水处理方面广泛应用。

1.2 MVR技术在高盐废水处理中的应用现状

在国外，1970年左右就有了相关研究，特别是在欧美国家利用MVR处理工业废水的技术已经相当成熟，在成熟的工艺技术基础上，可以建立起大型的化工废液处理工厂。而在国内近年来也有许多科研机构对不同类型的废水进行研究。孙殿义明确指出“水蒸气再压缩零排放结晶全回收”是节能环保产业的课题之一。《水污染防治行动计划》提出“工业废水要实现零排放”。文中也指出了MVR技术在高盐废水中的研究现状及关键设备，提出实现高盐废水零排放的工艺路线，以期为实现高盐废水零排放及资源化利用提供参考。

 

2.MVR技术实现高盐废水零排放的工艺原理及主要设备

2.1 MVR技术基本原理

MVR是机械式蒸汽再压缩技术（mechanical vapor recompression）的简称，是利用蒸汽系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽将压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。如此循环往复向蒸汽系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。

2.2 MVR技术工艺流程

首先料液由进料泵进入换热器，而后升温进入蒸发器，所产生的二次蒸汽经过分离器通向压缩机，进一步升温升压，回到蒸发器作为加热蒸汽，最后冷凝液经换热器排除，MVR蒸发工艺简易流程图如图1所示。

 

2.3 主要设备

2.3.1 MVR蒸发器

MVR蒸发器是MVR系统的核心设备，在实际运行中需要供给少量的新鲜蒸汽，利用率就可接近100%（约5~10效蒸发器热效率），其污染程度大幅降低。

2.3.2压缩机

MVR压缩机的选型一般有罗茨压缩机和离心压缩机两种。罗茨鼓风机常用来压缩小流量的蒸汽，属于是容积型压缩机，其提供风量小，升温大，适用于蒸发量小，沸点升高大的物料。离心式压缩机为压差式风机，提供的压差小，流量大，升温小，排气均匀，气流无脉冲，适合蒸发量较大，沸点升高较小的物料。

2.3.3热交换器

MVR热泵蒸发工艺过程中间壁式换热器应用较为广泛。换热器内流体不会直接接触，是通过间壁进行换热，常用类型：列管式换热器、波纹式换热器和螺纹式换热器。

2.3.4气液分离器

气液分离器是提供物料和二次蒸气的场所。在分离器内，首先溶液会聚集成液滴，然后将液滴与二次蒸汽进行分离。

3.MVR技术在高盐废水处理中的应用研究

3.1 MVR的蒸发+冷却耦合分质结晶技术

传统的高盐废水产生的结晶杂盐（NaCl、Na2SO4、少量NaNO3）不能够合理的资源回收重复利用，现采用MVR的蒸发+冷却耦合分质结晶技术从工业废水中会受工业级的结晶盐。此方法简而言之是利用蒸发器的作用和分质结晶工艺中三次使用结晶器最终分离出工业级结晶盐。高盐废水经过预处理后，进入MVR蒸发浓缩系统，根据结晶杂盐随温度变化与溶解度之间的关系进行分离，循环交替最终可经母液干化得到结晶杂盐。分质结晶工艺如图₂所示。

 

3.2 改进型三效蒸发MVR工艺处理

目前三效蒸发器对于化工行业的试验研究比较热门，根据现有的MVR蒸发母液的水质分析及相关理论，通过短周期的小试试验并提出可行性的改进方案，最终放大开发出一套适合处理MVR蒸发母液的改进型三效蒸发工艺。改进工艺设计思路：

（1）节能方面，将采用预热的方式进一步优化系统热量的利用。

（2）出水方面，在原有基础上增加了二级涂抹装置。

（3）运行方面，设计清洗装置并采用高长径比加热器，使得加热器截面面积更小，每根列管更加均匀，进一步加强系统流速，大幅提高蒸发速率，避免内部结垢，减少污堵概率。

（4）出料方面，在分离时增加了导流管装置。

由于改进型三效蒸发器的性能提升，使进料及二效温度较常规三效蒸发高5~10℃，因此克服了进料中的COD使沸点升高而影响蒸发量的问题，从而增加了整个系统的稳定性。装置在正常运行后不需要补充新鲜水，并且使用该工艺可以有效缓存浓盐水，最终将少量的离心母液通过干燥设备处理成固定杂盐。有利于促进企业经济发展、减轻工业能耗、减缓企业环保压力。

4.结语

高盐废水是一种难降解的废水，这种废水进行盐类回收是实现零排放的一种途径。MVR技术因自身工艺优点应用广泛的同时，该技术在材料腐蚀、系统结垢、压缩机的自主设计仍有突破难点。随着各种科研试验及技术的发展，各方面成本的降低，以及针对技术本身无害化处理中的物料性能的改良优化，MVR 技术将是今后高盐废水处理发展重要方向。