应用研究丨MVR 技术处理高盐废水应用进展

MVR 技术处理高盐废水应用进展     

武 超，梁鹏飞，张 冲，李建军 （中船重工（上海）新能源有限公司，上海 201203）

摘 要：综述了高盐有机废水处理方法，介绍了机械蒸汽再压缩技术(MVR) 的原理、主要设备和优缺点，重点阐述了 MVR 技术在处理高盐废水领域应用现状和存在的问题。关键词：MVR 技术；高盐废水；应用进展

引 言 

随着我国生产发展和工业化进程的加快，生产生活过程中产生的污废水量逐年增加，其中包括大量的含盐废水。高盐废水是工业含盐废水中较常见的一种，它是指总含盐量（以 NaCl 含量计）至少为 1%的废水，属于难处理的废水之一[1-2]。高盐废水的总溶解固体物 TDS 多在10000~25000mg/L；含盐成分复杂，主要含有 Na+、Ca2+、Mg2+、 K+、Cl-、SO42-、NO3-、HCO3-、硅、重金属离子等，当结垢离子 Ca2+、Mg2+、硅等含量较多时可能会导致设备较严重结垢，Cl-含量较多则会对设备产生腐蚀；有机物含量较高且难降解，如浓缩液，它的 COD 含量约 100~600mg/L[3-4]。 

常规的含盐废水处理技术包括生物法、离子交换法、膜法和蒸发法[5]。生物法和离子交换法只适用于特定浓度含盐废水的处理，处理废水范围较窄，并且处理不彻底，只能去除部分溶质，残余的废水不能直接排放，仍需要用其他方法进一步处理[6]。膜法(如纳滤、微滤、超滤、反渗透)处理含盐废水，需要协同加入杀菌剂、还原剂、防腐剂等药剂，不仅额外引入二次污染物，且系统本身将产生大量更高盐含量的浓水，膜分离技术还存在投资费用及运行费用高等问题。蒸发法是将含盐废水通过外加热源进行蒸发浓缩、结晶分离，从而实现回收冷凝水、最大减量化的目的，但该技术需要外加热源，能耗较高。而 MVR 蒸发技术不需要外加热源，有效利用了物料蒸发产生的二次蒸汽能量，以其低能耗为优势，被广泛关注并应用在含盐废水处理领域。 

1 MVR 技术概述 

1.1 基本原理

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

MVR 蒸发工艺流程如图 1 所示。在该系统中，预热阶段的热源由蒸汽发生器提供，直至物料开始蒸发产生蒸汽。物料经过加热产生的二次蒸汽，通过压缩机压缩成为高温高压的蒸汽，在此产生的高温高压蒸汽作为加热的热源，蒸发腔内的物料经加热不断蒸发，而经过压缩机的高温高压蒸汽通过不断的换热，冷却变成冷凝水，即处理后的水。压缩机作为整个系统的热源，实现了电能向热能的转换，避免了整个系统对外界生蒸汽的依赖与摄取。

1.2 主要设备 

MVR 蒸发系统是由各个设备串联在一起所组成，各设备之间要在热力学和传热学方面巧妙地匹配，以使整个系统达到最佳效果。系统中主要设备有：压缩机、蒸发器、热交换器和气液分离器等。

（1）压缩机。MVR 压缩机的选型主要有罗茨压缩机和离心压缩机两种。罗茨鼓风机常被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，温升大，适用于蒸发量小，沸点升高大的物料。罗茨压缩机滚子不宜使用刚度较低的不锈钢等，一般选用碳钢或者碳钢镀镍铬等材质。罗茨压缩机对加工精度的要求较高，这样才能将漏气率降低到可接受范围内，从而提高效率。离心式压缩机为压差式风机，提供的压差小，流量大，温升小，排气均勾，气流无脉冲，适合蒸发量较大，沸点升高较小的物料[7]。其稳定性一般情况下优于罗茨压缩机，但离心式压缩机有时会发生喘振现象，会导致压缩机不稳定。材质上离心式压缩机可以使用超级不锈钢，设备耐腐蚀性大大提升。

（2）蒸发器。蒸发器是蒸发操作单元中极为重要的设备，蒸发处理装置的型式一般分为升膜蒸发和降膜蒸发两种，主要根据处理物的特性、能耗进行选择。目前，国内主要采用降膜蒸发方式。降膜蒸发是将溶液从降膜蒸发器的加热室上的管箱加入，由布液装置均匀地分配到各换热管中，液体在重力、真空诱导和气流的作用下，呈均匀的膜状自上而下流动。 

（3）热交换器。在 MVR 热泵蒸发工艺过程中，所使用的换热器多为间壁式换热器。在这类换热器内，冷热流体不直接接触，而是通过间壁进行换热。生产中常用的间壁式换热器类型有：列管式换热器、波纹式换热器和螺旋式换热器。 

（4）气液分离器。气液分离器是提供物料和二次蒸汽分离的场所，其作用为：①将雾沫中的溶液聚集成液滴，②把液滴与二次蒸汽分离。这些装置又称为捕沫器、除沫器。分离器的设计要充分考虑蒸发量、蒸发温度、物料粘度、分离器液位等因素。 

1.3 技术优势 

（1）对比传统的蒸发系统，MVR 系统只需要在启动时，通入生蒸汽作为热源，而当二次蒸汽产生，系统稳定运行，将不需要外部的热源，系统的能耗就压缩机和各类泵的能耗，所以节能效果相当显著。 

（2）MVR 蒸发器系统能耗主要是压缩机的电耗，运行费用大幅下降，运维成本低，由于系统不需要工业蒸汽，其安全方面的隐患较低，操作简单。 

（3）在同样的蒸发处理量下，MVR 蒸发器所需的占地面积是远远小于传统多效的蒸发设备。

2 MVR 技术在高盐废水处理中的应用 

2.1 MVR 技术在高盐废水处理中研究进展 

MVR 既能有效去除废水中的高盐度，也能去除部分 COD，既可以作为生化处理的预处理，也可以水质达标排放的最后保障。因此，在化工企业产生的高盐废水处理中，MVR 技术常与其他方法形成组合工艺，从而实现高盐废水处理最佳效果。 

段云霞[9]采用预处理+催化氧化+强化微生物作用+连续活性炭吸附再生+碟管式反渗透膜+机械蒸汽再压缩（MVR）+碳滤塔组合工艺处理渗坑废水。实际运行结果表明，出水水质达到 GB3838－2002的V类水体水质标准。废水直接运行费用为 57.94 元/m3，污泥处理费约为 391 元/m3。

柳涛等[10]汽提+反渗透膜+MVR 组合工艺处理三元前驱体废水，采用反渗透膜工艺处理洗涤水、汽提工艺处理母液水和反渗透膜浓缩液、MVR 工艺蒸发结晶硫酸钠，回收废水中的钴、镍、锰金属、氨水、硫酸钠、中水和蒸馏水，实现了废水零排放。 

周恩普[11]采用混凝沉淀/机械蒸汽再压缩(MVR) /微电解/芬顿/SBR 组合工艺处理精喹禾灵农药废水，处理规模为120m3/d。运行结果表明，该工艺运行稳定，抗冲击负荷能力强。当平均进水 COD、TDS、TN 和 TP 浓度分别为 45049、56562、137.0 和 23.1 mg /L 时，出水浓度分别降至 288、1581、14.0 和 1.5 mg /L，各项出水指标均达到《污水综合排放标准》( GB 8978—1996) 三级标准。

2.2 MVR 技术处理高盐废水存在的问题 

尽管 MVR 技术在高盐废水处理中发挥了很好的效果，但是运行中仍有一些技术问题对运行效果有所影响。 

（1）系统结垢 

换热器器壁结垢是系统蒸发效率降低的主要原因之一，这主要是由于加热热源是利用二次蒸汽,结垢结焦会使传热效果下降,单位时间内的蒸发量降低,这使得可利用的压缩二次蒸汽量减少,对生产能力影响会更加明显[17]。由于 MVR蒸发器的特殊性,不能按时清洗设备比较常见,这是造成生产能力不稳定的原因之一。 

（2）温升问题 

MVR 系统中的温升问题是影响其在含盐废水处理应用中的一个重要因素。当采用 MVR 技术处理高浓度含盐废水时，由于其浓度高、沸点升较大，相应的蒸汽压缩机需要提高较高的温度来客服沸点升高的影响，对压缩机提出了较高的要求，且系统能耗显著增加[18]。研究表明，使用 MVR 蒸发技术，合理的温升范围为 8℃～20℃。如果沸点升高超过18℃，MVR 技术将失去优势[19]。 

（3）物料物性对 MVR 的选择匹配 

由于工业废水来源不同，需根据不同物料的物性对 MVR进行选择。物料特性分析主要包括:物料所含的成分；物料在蒸发过程中是否伴有结晶析出；物料的黏度、比热、密度和沸点升等。单一物料可通过查阅相关表格获取参数，但工业高盐废水多为混合型的料液，其相关数据只能通过模拟估算，因此，准确地对物料物性进行分析计算，是确保 MVR装置正常运行的关键因素。研究表明[20]，对沸点温度升高较大的物料，一般采用 MVR 单效蒸发；高浓度物料需要使用强制循环以防止物料流速太慢而结焦；热敏性物料要求停留在蒸发器内的时间尽量短等。 

3 结 论 

MVR 技术由于能耗低、效率高等优点，在工业废水处理领域具有显著的优势。虽然目前 MVR 技术存在材料腐蚀、系统结垢、压缩机的自主设计等一些技术问题需要突破，但随着技术发展、成本降低的基础上，MVR 技术将是今后高盐废水处理发展重要方向。