隨著化工、制藥、造紙等行業的發展，高濃度難降解廢水一直是廢水處理的難點。近年來，排放污水回用等生產理念的推廣，對污水處理及深度提出進一步要求。傳統的物化、生物處理方法處理高濃度難降解廢水時，處理工藝冗長且復雜。另外，對于高鹽度廢水，因微生物而不能生存而使生物處理法收到限制，或者需要引進大量淡水進行吸收達到微生物可以耐受的限制后，采用生物處理。近幾年來，在高濃度及/或高鹽度廢水處理領域，蒸發技術開始逐漸受到關注，為長久以來困擾著環保工作者的難題找到了一個可探索、證實的答案，并已有一定應用。今天我們對蒸發在工業廢水處理的發展及應用做簡要介紹。

采用蒸發技術處理高濃度廢水主要利用水(溶劑)與污染物(溶質)之間的沸點差異，通過控制廢水在一定溫度、氣壓下發生表面或內部的氣化，將溶劑與溶質分離的過程。經過蒸發，沸點高的污染物被留在蒸發殘液中，而低沸點的水將以冷凝液形式排出。根據蒸發的原理，只有當污染物與水沸點差異比較大時，才會有較好的分離效果。否則，污染物會直接蒸發成為冷凝液的一部分，或者與水產生共沸而進入冷凝液，而導致出水COD升高。因此，對于特定廢水需采用合適的冷凝水處理工藝，使污水處理系統出水達到要求。

目前廢水處理中已有應用的蒸發設備有多效蒸發器及機械壓縮蒸發器。本文就多效蒸發加以敘述。

二、多效蒸發的設計

1、多效蒸發原理

目前蒸發器的種類很多，就其蒸汽利用角度而言，蒸發可分為一效至五效。在工業生產中，為了減少加熱蒸汽消耗量，可采用多效蒸發。多效蒸發將多組蒸發器串聯起來，除第一效蒸發采用廠區新鮮蒸汽為熱源，之后的每一效蒸發利用前一級產生的二次蒸汽為熱源進行加熱，因此，多效蒸發明顯降低了加熱蒸汽的消耗量。另外，除最后一效蒸發器，每一級蒸發產生的二次蒸汽在后一級加熱室中作為熱源利用后將成為冷凝水排出，從而大大減少了冷卻水的消耗。

       多效蒸發的蒸汽及冷卻水消耗

由上表看出，隨著多效蒸發級數的增加，處理單位廢水所需的蒸汽量及冷凝水量遞減。然而，隨著蒸發效數的增加公用消耗的減少程度逐漸趨緩，如圖1所示。當蒸發級數大于三效時，新鮮蒸汽及冷卻水用量的減少量明顯降低。

在設計多效蒸發器時，不僅需要考慮降低系統能耗，還需考慮設備投資及溫差限制的因素。在廢水處理中，尤其當多效蒸發系統應用于氯離子含量較高的廢水濃縮時，對設備材質的要求會較高。在需要保證一定使用年限的前提下，對于特定廢水蒸發設備甚至需要用到鈦材。因此，在采用考慮設計多效蒸發時，需考慮設備投資的經濟性對蒸發級數的影響。另外，由于裝置總溫差是一定的，各單效的有效溫差比總溫差小很多，從而導致相同總溫差下，多效蒸發的生產力要低于單效蒸發器。

相關文獻表明，在目前廢水處理領域中，三效蒸發應用較多。

          圖1處理單位廢水蒸汽及冷卻水消耗與蒸發效數的關系

2、設計要點

(1)熱力特性分析

對多效蒸發系統的熱力特性進行深入分析，識別出影響熱能利用效率的主要因素，如蒸汽壓力、溫度、進料濃度等。

根據分析結果，對系統參數進行優化，以提高熱能利用率。

(2)蒸發過程強化

通過改進蒸發器的結構，如采用高效的傳熱元件，增加傳熱面積，提高傳熱效率。

優化蒸發器的操作條件，如合理調整蒸發溫度，以降低能耗和提高蒸發效率。

(3)設備選型與配置

選擇合適的蒸發器和輔助設備，如預熱器、冷凝器、泵等，確保系統穩定運行。

根據物料的特性和工藝要求，合理配置設備，以提高系統的整體性能。

(4)控制系統優化

采用先進的控制系統，對溫度、壓力、流量等參數進行實時監測和控制。

通過自動化和智能化控制，提高生產效率和操作便捷性。

(5)熱能回收利用

將蒸發產生的蒸汽進行回收利用，如用于預熱進料或加熱其他介質，以減少能源浪費。

利用余熱進行預熱或加熱，進一步提高能源利用效率。

(6)蒸發方式的優化

根據物料的特性和工藝要求，選擇合適的蒸發方式，如并流、逆流或錯流等。

通過優化蒸發方式，提高蒸發效率，降低能耗。

3、多效蒸發在廢水處理中的應用

在廢水處理中，多效蒸發被用來濃縮工業廢水回收有價值的成分，或者得到潔凈的冷凝水用以回用。然而在實際應用中，冷凝水中常帶有低沸點組分的有機污染物，為達標排放通常在多效蒸發后設計生化工藝來進一步去除水中的有機物。

（1）用于高鹽廢水預處理

該廢水水量小，CODcr約5000~6000mg/L，TDS含量高達30000mg/L，很顯然微生物很難在該高鹽環境下正常生長。初步論證后，采用蒸發+生化為主的工藝處理該廢水。蒸發后幾乎所有鹽分將留在蒸發濃液中，而大部分冷凝水排出蒸發系統進一步處理后回用。通過小試發現，廢水蒸發濃縮至10%時，冷凝水中的CODcr降至600~800mg/L，濃液TDS含量約30%。在設計過程中，采用較為經濟、節能的三效蒸發處理原水。蒸發器的一效、二效采用降膜換熱器，獲得較高的換熱效率，而第三效加熱室則采用強制循環換熱器，以克服由被加熱介質高濃度而引起的設備結垢等問題。蒸發系統的冷凝液經換熱后(低于32℃)，排入MBR池進一步降解，由于進入冷凝液中的有機物大多為低分子易降解有機物，MBR出水經過NaCl消毒可達到城市雜用水回用標準。另外，為確保進蒸發系統的SS及CODcr控制在一定范圍內以免設備結垢及傳熱效率受到抑制，在蒸發前還設置了混凝/絮凝-板框過濾對蒸發進水進行預處理。系統處理流程如下圖所示。 

（2）用于分離、濃縮或回收無機鹽

某工廠產生的高含鹽廢水，其主要成分為15%的氯化鈉溶液，廢水pH值為6~8，廢水COD（化學需氧量）為500ppm，處理量為3t/h。針對這種高含鹽廢水的特性，采用了三效蒸發器進行處理。

1）主要技術參數：

蒸發量Q=3000kg/h（每小時蒸發水分3000kg）

實際蒸氣耗量Q=1200kg/h（進氣壓力0.3~0.4MPa）

一效蒸發器換熱面積S=80m²，真空度P=-0.03MPa

二效蒸發器換熱面積S=80m²，真空度P=-0.06MPa

三效蒸發器換熱面積S=80m²，真空度P=-0.085MPa

循環冷卻水耗量Q=40t/h

冷凝冷卻面積A=240m²

機組總功率P=25kW

機組占地面積為長10m×寬5m×高4m

2)設備選材：

考慮到廢水對設備的腐蝕性，在設備選材上進行了精心選擇，以滿足使用性并盡量節約成本。具體選材如下：

蒸發器本體選擇碳鋼重防腐材料，可耐120℃以內酸、堿、鹽溶液的腐蝕。

加熱器選擇Ta1鈦管。

冷凝冷卻器列管選用316L不銹鋼。

回收水罐及閃蒸罐選用碳鋼噴涂防腐涂料。

三、多效蒸發系統運行

1、結垢防治

工業廢水通常成分復雜，對于高濃度有機廢水更是如此。因此，在利用多效蒸發處理高濃度有機廢水時需進行預處理，主要需去除水中懸浮物(SS)及浮油。研究發現當多效蒸發進水SS及油含量低于5mg/L時，運行一個半月后換熱管上沒有出現明顯污染，而等于5mg/L時，運行72小時即出現輕微污染。另外，根據水質情況，可以在進入蒸發器前投加一定量的阻垢劑以抑制換熱設備表面污染的形成。

在實際設計中多效蒸發的最后一級換熱器設計為強制循環式換熱器。多效蒸發最后一級換熱器中的液體濃度是最高的，此時溶液晶體容易析出，較易形成垢層。采用強制循環蒸發器，在換熱管表面形成較高的液體流速，以減少晶體沉積的概率。

2、消泡

一些廢水在蒸發分離室/罐中易起泡而導致蒸發冷凝水中攜帶較多的污染物。當分離室中的泡沫達到一定高度，泡沫中攜帶的重組分有機物或鹽類，易被蒸汽帶出分離室而最終進入冷凝水中。通常對于起泡的廢水投加消泡劑來消除泡沫的影響。然而，對于特定廢水，蒸發過程中投加酸控制分離室中的廢水pH不小于7，可有效控制起泡。

3、能耗

為有效降低蒸發能耗，有專家提出了將水平管低溫多效蒸發技術應用于廢水處理。通過將多效水平管降膜蒸發器和成熟的豎管降膜蒸發器耦合，能夠在混合式廢水蒸發器中實現對熱量的分級利用，廢水蒸發的能耗得到了大幅度降低。多效水平管降膜蒸發器增加了廢水蒸發的投資成本，但在運行費用上具有很大優勢。

綜上所述，對于高濃度、高含鹽化工廢水，尤其是含有有毒難降解物質的工業廢水，多效蒸發技術正在污水處理領域應用廣泛，并可有效應用于生化難以處理的廢水上，或作為生化預處理，與傳統的高濃度有機廢水長流程處理系統相比有一定優勢。另外，多效蒸發還可以作為濃縮手段，回收廢水中有價值的鹽。