基于MVR 蒸發工藝的廢水處理方案研究

韓送軍

（上海雙昊環?？萍加邢薰?，上海 201800）

0 引言

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

MVR 蒸發工藝通過利用機械壓縮產生的蒸汽，實現對廢水的高效蒸發，從而將廢水中的有害物質濃縮。這不僅有助于降低排放量，還能實現能源的有效回收。本研究旨在深入探討基于MVR 蒸發工藝的廢水處理方案，以應對環境保護和資源可持續利用的迫切需求。通過對該技術在實際應用中的性能、效率和經濟性的深入研究，期望為工業廢水處理提供創新且可行的解決方案，推動環境友好型廢水處理技術的應用和推廣。

1 流程及裝置

1.1 MVR 工藝流程

MVR（Mechanical Vapor Recompression）是由機械蒸汽壓縮機對蒸發器產生的二次蒸汽被壓縮，使蒸汽的壓力和溫度升高，并作為補充或加熱蒸汽重新進入蒸發器過程。廢水預處理：廢水從源頭進入系統前，可能需要進行預處理，例如去除懸浮固體、調整pH 值或去除雜質。預熱：廢水通過熱交換器等設備進行預熱，以提高后續蒸發過程的效率。這一步通常利用已經蒸發的廢水中提取的熱能。MVR 蒸發器：預熱后的廢水進入MVR 蒸發器，在這里蒸汽通過機械壓縮產生，用于加熱和蒸發廢水。蒸汽再通過膨脹腔提高溫度和壓力，然后重新注入蒸發器，實現能源的回收。蒸汽再壓縮：蒸汽再經過機械壓縮，提高溫度和壓力，以增加其對廢水的蒸發能力。濃縮后廢水：廢水在MVR蒸發器中經過濃縮，其中污染物得以濃縮。這一步驟實現了對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過進一步的處理，以滿足排放標準或實現再利用。這可能包括化學處理或其他物理處理方法。蒸汽和水分離：在廢水處理后，需要對產生的蒸汽和水分進行分離，以回收水分并防止有害物質的排放。整個流程通過蒸汽的循環利用和機械壓縮，最大限度地提高了能源效率，使MVR 技術成為一種可持續的廢水處理方案。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）工藝關鍵裝置主要包括MVR 蒸發器、預熱器、機械壓縮機、蒸汽再壓縮系統、蒸汽和水分離裝置、控制系統這些裝置協同工作，使MVR 工藝成為一種高效、可持續的廢水處理方案。裝置的具體設計和配置取決于廢水的性質、處理要求以及系統的規模。

1.3 MVR 蒸發工藝的優點

MVR 技術利用了自身產生的二次蒸汽的能量，從而充分利用了潛熱，和傳統工藝相比較具有一下優點：

1）能源利用率高：MVR 蒸發工藝通過機械壓縮產生的蒸汽再壓縮，實現了能源的回收。這種循環利用系統降低了能耗，提高了整體能源效率。

2）蒸發效率高：機械壓縮產生的高溫高壓蒸汽能夠有效加熱廢水，提高了蒸發效率。除此之外，相比傳統蒸發工藝，MVR 蒸發工藝能夠在相對較低的溫度下實現更高的蒸發濃縮效果。廢水濃縮：MVR 蒸發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，并減少對環境的負擔。

3）適應性強：MVR 蒸發工藝適用于處理各種類型的廢水，包括高濃度廢水。其設計靈活，可以根據不同工業領域的需求進行調整和優化。而且其可以降低排放。通過將有害物質集中在濃縮廢水中，MVR 蒸發工藝有助于降低有害物質的排放，符合環保要求。

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

2 廢水處理方案

2.1 單效MVR 系統廢水處理方案

單效MVR 系統為常規廢水處理方案，廢水首先經過預處理，去除固體顆粒、油脂等。然后，通過蒸發濃縮，將廢水中的水分蒸發出來，產生濃縮液。在這個過程中，機械蒸汽再壓縮系統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、結晶等步驟，可以得到處理后的水和固體產物。這種系統在處理廢水時，能夠實現蒸汽能量的高效利用，從而降低整體能耗和環境影響。

2.2 三效MVR 系統廢水處理方案

三效MVR 系統是一種進一步提高蒸汽效能的廢水處理方案。這系統相比單效MVR 系統，通過多個蒸發效應級聯，進一步降低能耗。廢水進入三效MVR 系統，系統中包括三個級聯的蒸發器，每個蒸發器稱為一個效應。每個效應中，機械蒸汽再壓縮用于提高蒸汽溫度和壓力，實現能量的循環利用。這種多效系統能夠更充分地回收蒸汽能量，減少能耗。處理后的水可進一步經過終端處理，以確保水質達到環保標準，可以用于再循環或安全排放。使用三效MVR 系統的廢水處理方案相對于單效系統有更高的效能，但也需要更復雜的工程設計和更高的投資。這種系統在對能耗有嚴格要求的環境中尤為適用。

2.3 單效MVR 系統與三效MVR 系統能耗和成本分析

實驗方案將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，蒸發器溫差5 ℃。單效MVR 系統中蒸發器壓力為50 kPa，三效MVR系統中第一蒸發器壓力為80 kPa，第二蒸發器壓力為65 kPa，第三蒸發器壓力為50 kPa。

2.3.1 能耗分析

實驗中隨溶液出口濃度的變化，壓縮機功率和新鮮蒸汽消耗均成規律性變化，如圖2、圖3 所示。

圖2 壓縮機功率與出口溶液濃度關系

圖3 新鮮蒸汽消耗與出口溶液濃度關系

2.3.2 成本分析

以電力價格為1 元/（kW·h），工業蒸汽價格區間200 元/t 計。兩種系統運行費用與溶液濃度由如圖4關系曲線。

圖4 運行費用與溶液濃度關系

通過對比發現在能耗方面單效MVR 系統相對較簡單，但其能耗相對較高，因為只有一個蒸發效應。三效MVR 系統通過多個效應的級聯，能夠在更低的蒸汽壓力下完成蒸發，從而降低總體能耗。在成本方面三效MVR 系統相對于單效系統在工程設計上更為復雜，需要更多的設備和控制。這也導致了相對較高的運行投資成本。然而，在長期運行中，由于更低的能耗，三效系統可能會在能源成本上實現更好的回報。

3 結論

本文基于MVR 蒸發工藝給出了單效MVR 與多效MVR 的廢水處理方案，結果表明，單效MVR 可用于處理相對低濃度的廢水，能夠有效蒸發水分并濃縮廢水。多效MVR 則適用于處理更高濃度的廢水通過多級蒸汽壓縮，可以實現更高的蒸發效率，降低處理成本。然而，在實際生產活動中，要充分發揮MVR 技術的優勢，需要深入研究系統的設計與優化，以及蒸發過程中的各種操作參數的調整。