基于MVR 蒸发工艺的废水处理方案研究

韩送军

（上海双昊环保科技有限公司，上海 201800）

0 引言

全球工业化进程中，废水排放问题日益突出，对环境造成了严重威胁。在这一背景下，寻求高效、环保的废水处理技术显得尤为紧迫。机械蒸汽再压缩（MVR）技术因其能源回收和废水浓缩效果显著的特点，成为解决废水处理难题的一种有前景的方法。

MVR 蒸发工艺通过利用机械压缩产生的蒸汽，实现对废水的高效蒸发，从而将废水中的有害物质浓缩。这不仅有助于降低排放量，还能实现能源的有效回收。本研究旨在深入探讨基于MVR 蒸发工艺的废水处理方案，以应对环境保护和资源可持续利用的迫切需求。通过对该技术在实际应用中的性能、效率和经济性的深入研究，期望为工业废水处理提供创新且可行的解决方案，推动环境友好型废水处理技术的应用和推广。

1 流程及装置

1.1 MVR 工艺流程

MVR（Mechanical Vapor Recompression）是由机械蒸汽压缩机对蒸发器产生的二次蒸汽被压缩，使蒸汽的压力和温度升高，并作为补充或加热蒸汽重新进入蒸发器过程。废水预处理：废水从源头进入系统前，可能需要进行预处理，例如去除悬浮固体、调整pH 值或去除杂质。预热：废水通过热交换器等设备进行预热，以提高后续蒸发过程的效率。这一步通常利用已经蒸发的废水中提取的热能。MVR 蒸发器：预热后的废水进入MVR 蒸发器，在这里蒸汽通过机械压缩产生，用于加热和蒸发废水。蒸汽再通过膨胀腔提高温度和压力，然后重新注入蒸发器，实现能源的回收。蒸汽再压缩：蒸汽再经过机械压缩，提高温度和压力，以增加其对废水的蒸发能力。浓缩后废水：废水在MVR蒸发器中经过浓缩，其中污染物得以浓缩。这一步骤实现了对废水的有效处理和资源回收。废水后处理：浓缩后的废水可能需要经过进一步的处理，以满足排放标准或实现再利用。这可能包括化学处理或其他物理处理方法。蒸汽和水分离：在废水处理后，需要对产生的蒸汽和水分进行分离，以回收水分并防止有害物质的排放。整个流程通过蒸汽的循环利用和机械压缩，最大限度地提高了能源效率，使MVR 技术成为一种可持续的废水处理方案。MVR 工艺流程图，如图1所示。

图1 MVR 工艺流程图

1.2 主要装置

MVR（Mechanical Vapor Recompression）工艺关键装置主要包括MVR 蒸发器、预热器、机械压缩机、蒸汽再压缩系统、蒸汽和水分离装置、控制系统这些装置协同工作，使MVR 工艺成为一种高效、可持续的废水处理方案。装置的具体设计和配置取决于废水的性质、处理要求以及系统的规模。

1.3 MVR 蒸发工艺的优点

MVR 技术利用了自身产生的二次蒸汽的能量，从而充分利用了潜热，和传统工艺相比较具有一下优点：

1）能源利用率高：MVR 蒸发工艺通过机械压缩产生的蒸汽再压缩，实现了能源的回收。这种循环利用系统降低了能耗，提高了整体能源效率。

2）蒸发效率高：机械压缩产生的高温高压蒸汽能够有效加热废水，提高了蒸发效率。除此之外，相比传统蒸发工艺，MVR 蒸发工艺能够在相对较低的温度下实现更高的蒸发浓缩效果。废水浓缩：MVR 蒸发工艺可以将废水中的水分浓缩，减小废水体积，降低处理成本，并减少对环境的负担。

3）适应性强：MVR 蒸发工艺适用于处理各种类型的废水，包括高浓度废水。其设计灵活，可以根据不同工业领域的需求进行调整和优化。而且其可以降低排放。通过将有害物质集中在浓缩废水中，MVR 蒸发工艺有助于降低有害物质的排放，符合环保要求。

4）操作成本低：由于能源回收和高效蒸发，MVR蒸发工艺通常具有相对较低的操作成本，特别是在处理高浓度废水时更为明显。

2 废水处理方案

2.1 单效MVR 系统废水处理方案

单效MVR 系统为常规废水处理方案，废水首先经过预处理，去除固体颗粒、油脂等。然后，通过蒸发浓缩，将废水中的水分蒸发出来，产生浓缩液。在这个过程中，机械蒸汽再压缩系统用于提供额外的热能，使得蒸汽能够再利用，降低能耗。最后，通过辅助处理如冷凝、结晶等步骤，可以得到处理后的水和固体产物。这种系统在处理废水时，能够实现蒸汽能量的高效利用，从而降低整体能耗和环境影响。

2.2 三效MVR 系统废水处理方案

三效MVR 系统是一种进一步提高蒸汽效能的废水处理方案。这系统相比单效MVR 系统，通过多个蒸发效应级联，进一步降低能耗。废水进入三效MVR 系统，系统中包括三个级联的蒸发器，每个蒸发器称为一个效应。每个效应中，机械蒸汽再压缩用于提高蒸汽温度和压力，实现能量的循环利用。这种多效系统能够更充分地回收蒸汽能量，减少能耗。处理后的水可进一步经过终端处理，以确保水质达到环保标准，可以用于再循环或安全排放。使用三效MVR 系统的废水处理方案相对于单效系统有更高的效能，但也需要更复杂的工程设计和更高的投资。这种系统在对能耗有严格要求的环境中尤为适用。

2.3 单效MVR 系统与三效MVR 系统能耗和成本分析

实验方案将3%浓度硫酸铜溶液作为入口溶液，入口温度为25 ℃，流量1 000 kg/h，蒸发器温差5 ℃。单效MVR 系统中蒸发器压力为50 kPa，三效MVR系统中第一蒸发器压力为80 kPa，第二蒸发器压力为65 kPa，第三蒸发器压力为50 kPa。

2.3.1 能耗分析

实验中随溶液出口浓度的变化，压缩机功率和新鲜蒸汽消耗均成规律性变化，如图2、图3 所示。

图2 压缩机功率与出口溶液浓度关系

图3 新鲜蒸汽消耗与出口溶液浓度关系

2.3.2 成本分析

以电力价格为1 元/（kW·h），工业蒸汽价格区间200 元/t 计。两种系统运行费用与溶液浓度由如图4关系曲线。

图4 运行费用与溶液浓度关系

通过对比发现在能耗方面单效MVR 系统相对较简单，但其能耗相对较高，因为只有一个蒸发效应。三效MVR 系统通过多个效应的级联，能够在更低的蒸汽压力下完成蒸发，从而降低总体能耗。在成本方面三效MVR 系统相对于单效系统在工程设计上更为复杂，需要更多的设备和控制。这也导致了相对较高的运行投资成本。然而，在长期运行中，由于更低的能耗，三效系统可能会在能源成本上实现更好的回报。

3 结论

本文基于MVR 蒸发工艺给出了单效MVR 与多效MVR 的废水处理方案，结果表明，单效MVR 可用于处理相对低浓度的废水，能够有效蒸发水分并浓缩废水。多效MVR 则适用于处理更高浓度的废水通过多级蒸汽压缩，可以实现更高的蒸发效率，降低处理成本。然而，在实际生产活动中，要充分发挥MVR 技术的优势，需要深入研究系统的设计与优化，以及蒸发过程中的各种操作参数的调整。