一、概述

我國水資源總量大，但由于人口眾多，人均量僅為世界平均水平的 1/ 4，聯(lián)合國已把我國列為 13 個最缺水國家之一。隨著工業(yè)的發(fā)展和人口的增長，水污染又進(jìn)一步加劇了水資源短缺。我國每年排放的工業(yè)廢水就達(dá)上百億噸，其中石油、化工等行業(yè)是工業(yè)廢水排放的主要來源，其排放的廢水濃度高、難降解、毒性大，直接采用經(jīng)濟性較高的生化處理難以取得滿意效果。

對于這類廢水，目前主要通過反滲透、離子交換、電分解等方法進(jìn)行處理，但是這些處理方法的費用都偏高，易產(chǎn)生二次污染。

例如，給水含鹽濃度越高，反滲透系統(tǒng)需要的壓力就越高，不僅耗

能大，也要求反滲透膜具有較高的耐污性能，處理高鹽度廢水時，膜的清洗周期是 3- 7 天，膜污染和頻繁的清洗將直接導(dǎo)致膜產(chǎn)水量的下降，生產(chǎn)效率下降，產(chǎn)水水質(zhì)變差、膜使用壽命變短和操作費用的增加。

對于離子交換法，當(dāng)廢水含鹽濃度較高時，離子交換樹脂容易失效，導(dǎo)致再生頻繁，消耗的再生劑也多。

電解法在處理大量廢水時耗電，耗電極金屬量較大，分離的沉淀物不易處理

利用。

目前也有一些針對高鹽度難降解廢水的處理新技術(shù)被報道，如焚燒法和深井灌注法等，但仍然處理探索研究階段。由于以上廢水處理技術(shù)在實際應(yīng)用中很難推廣應(yīng)用。因此，研發(fā)處理高鹽度難降解廢水的高效實用技術(shù)十分迫切。

多效蒸發(fā)(MED)是在單效蒸發(fā)的基礎(chǔ)上，將幾個單效蒸發(fā)器串聯(lián)起來組成的，是化工過程蒸發(fā)系統(tǒng)常用的工藝，發(fā)廣泛用于食品、化工和制藥行業(yè)，最早應(yīng)用于蔗糖生產(chǎn)，也是應(yīng)用較早的海水淡化技術(shù)之一。目前，多效蒸發(fā)技術(shù)在廢水治理領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

其突出優(yōu)點是：分離效果好，可以把廢水中的不揮發(fā)性溶質(zhì)和溶劑徹底分離；殘余濃縮液少，熱解作用后容易處理；靈活應(yīng)用，既能處理高濃度廢水和低濃度廢水，也可以單獨使用，或者與其它方法聯(lián)合使用。

二、多效蒸發(fā)的理論基礎(chǔ)

蒸發(fā)法是加熱使溶液的溶劑汽化，溶質(zhì)留在未蒸發(fā)的溶劑中，而蒸汽收集后進(jìn)行冷凝，冷凝液中含有濃度極低的不揮發(fā)溶質(zhì)，使廢水得以凈化。蒸發(fā)操作的目的是溶質(zhì)和溶劑的分離，但其實質(zhì)是熱量更換與傳遞。

蒸發(fā)可分為單效和多效，單效蒸發(fā)是利用生蒸汽提供熱量將蒸出的蒸汽即二次蒸汽直接冷凝，不利用其冷凝熱，利用前一效二次蒸汽作為下一蒸發(fā)器的加熱介質(zhì)，充分利用熱能，節(jié)約生蒸汽，多效蒸發(fā)中后效的溶液沸點與壓強必須低于前效。

根據(jù)蒸汽與料液的流態(tài)關(guān)系，多效蒸發(fā)可以分為：(1)并流(順流)法，(2)逆流

法，(3)平流法（示意圖如下）。

圖1-1 并流法流程圖

圖1-2 逆流法流程圖

圖1-3 平流法流程圖

采用多效蒸發(fā)可以達(dá)到充分利用熱能的目的，因為通過多效蒸發(fā)，可以再利用二次蒸汽，減少生蒸氣的消耗，顯著降低熱能，從而提高蒸發(fā)的經(jīng)濟效益。

三、多效蒸發(fā)技術(shù)在廢水治理領(lǐng)域中的應(yīng)用

1.石油廢水

多效蒸發(fā)在荷蘭、德國及中東一些國家被利用來處理油田污水，實現(xiàn)出水的回用。Aqua Pure 公司[2]研發(fā)了 NOMAD2000移動式含油污水處理裝置，采用升膜式寬間隙板蒸發(fā)器代替管殼式蒸發(fā)器，裝置包括預(yù)處理模塊、蒸發(fā)模塊和壓縮機模塊。污水TDS 含量高達(dá) 8×104mg/ L，處理量為 397m3/ d。處理后的污水

達(dá)到回用以及環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

中國海洋大學(xué)蔡劍榮等[3]利用多效蒸發(fā)技術(shù)對鄭王莊油田的稠油污水進(jìn)行了中試研究，試驗裝置處理量為 50m3/ d，污水礦化度為 1. 13×104mg/ L，總硬度為 1. 2×103mg/ L，處理后的水質(zhì)可以達(dá)到熱采鍋爐供水要求，然后又以

多效蒸發(fā)工藝為核心，對勝利油田的調(diào)油污水進(jìn)行脫鹽處理研究 。 污 水 TDS 含 量 為 1. 13 ×104mg/ L， 總 硬 度 為 1. 2 ×l03mg/ L，含油量 300mg/ L，處理工藝為氣浮一果殼過濾一石英砂過濾一多效蒸發(fā)。

在試驗運行初期，多效蒸發(fā)裝置出水含鹽量達(dá)到 150mg/ L，后來對裝置進(jìn)行了改進(jìn)，解決了鹽度增高問題，處理后的污水水質(zhì)達(dá)到注水、注聚、外排等水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。2008年，勝利油田曾選擇孤五、孤六和墾西站的 3 個水樣，送往美國RCC 公司實驗室進(jìn)行了采用機械壓縮蒸發(fā)技術(shù)處理采油污水的室內(nèi)模擬試驗，處理后各項水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到注汽鍋爐用水要求，產(chǎn)水率高達(dá) 90%[ 4 ]。

2.香料廢水

香料是現(xiàn)代精細(xì)化學(xué)品的重要組成部分，廣泛地應(yīng)用在食品工業(yè)、飾品工業(yè)、日化工業(yè)中。香料廢水中 COD 鹽含量高、氣味大、水質(zhì)水量波動大、屬于典型的難生物降解的高濃度有機廢水[5]。尤其是廢水中無機鹽含量高，這會抑制污水中微生物正常代謝活動，去除污水中的鹽類物質(zhì)是保證香料廢水生化處理的關(guān)鍵步驟。

江蘇某大型香料企業(yè)采用：隔油 – 中和沉淀 – 三效蒸發(fā)出鹽 – 臭氧工藝 – 活性炭吸附 – 生物接觸氧化 – 曝氣生物濾池工藝，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行，COD 去除率為 98. 9%，SS 去除率為69. 6%，氨氮去除率為 99. 6%，總磷去除率為 76%，甲苯和氨氮去除率為 99. 9%。系統(tǒng)排放廢水中各污染物濃度達(dá)到江蘇省化學(xué)工

業(yè)主要水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(DB32/ 939- 2006)一級標(biāo)準(zhǔn)。

3.原藥廢水

原藥生產(chǎn)耗水量大，排放的廢水 COD 高，含有大量污染物。傳統(tǒng)的處理是采用生化法，占地面積大、處理效果差，廢水處理后的一般仍不能達(dá)標(biāo)排放，這也是制藥企業(yè)和政府環(huán)保部門面臨的難題。近年來隨著國家加大環(huán)保執(zhí)法力度，越來越猛烈的環(huán)保風(fēng)暴使原藥生產(chǎn)企業(yè)尤其是抗生素類企生產(chǎn)經(jīng)營陷入困境。針對原藥生產(chǎn)企業(yè)發(fā)酵液廢水的特點，孫艷力，楊影襯等[6]采用多效蒸發(fā)濃縮處理技術(shù)，經(jīng)過蒸發(fā)處理后的廢水其 COD 可以降低到200mg/ L- 500mg/ L 之間，基本能夠達(dá)到排放要求，而且可以直接循環(huán)使用，大大降低單位產(chǎn)品生產(chǎn)的水資源消耗，同時經(jīng)過蒸發(fā)后從母液中分離得到的固體物中含有大量的氮、鉀等化合物，是非常理想的復(fù)合肥料。

4.化工廢水

多效蒸發(fā)技術(shù)在化工行業(yè)廢水中應(yīng)用得比較廣泛，成功的案例較多。

俞晟、陶冠紅[7]采用減壓蒸發(fā)濃縮高鹽高濃度化工有機廢水，蒸汽經(jīng)收集冷凝后進(jìn)行生化處理可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，有效地處理了高鹽高濃度有機廢水，同時可以回收濃縮液中的氯化鈉、對甲苯磺酸鈉等物質(zhì)，回收部分成本，濃縮液進(jìn)行焚燒處理。

趙斌[8]等采用三效錯流降膜真空蒸發(fā)低濃度氯化銨廢水，有效地解決氯化銨廢水蒸發(fā)過程的設(shè)備腐蝕、能耗過高等問題。

鄭賢助[9]等采用雙效蒸發(fā)處理 CMC(梭甲基纖維素鈉)的生產(chǎn)廢水。該廢水是高濃度含鹽有機廢水，主要為氯化鈉和羥基乙酸鈉，其含量高達(dá) 30%，COD 達(dá)到 7000mg/ L。采用兩次蒸發(fā)分步結(jié)晶工藝回收鹽，平均蒸發(fā) 1t 水約消耗蒸汽 0. 75t，蒸出冷凝液 COD 約 2000mg/ L，回收鹽中氯化鈉含量達(dá) 89%以上。

癸二酸生產(chǎn)廢水中含有硫酸鈉、癸二酸、苯酚以及其他一些脂肪酸。張穎[10]采用多效蒸發(fā)加樹脂吸附的工藝來處理這種廢水，在多效蒸發(fā)器中采用加入氫氧化鈉，抑制苯酚揮發(fā)的方法，以降低廢水苯酚含量。經(jīng)過蒸發(fā)處理后，廢水中的苯酚含量從400- 500ppm 降低至 40- 50ppm，而且可以回收無水硫酸鈉，出

水再用樹脂吸附做進(jìn)一步處理。

內(nèi)蒙古自治區(qū)化工工業(yè)區(qū)廢水中含有較高濃度的硫酸銨、氯化鈉、氯化銨、硫酸鈉、硫酸等物質(zhì)，采用高效三效蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行處理必須要注意廢水中硫酸根和氯離子的腐蝕問題，所以三效蒸發(fā)器加熱管采用 2205 雙金相不銹鋼耐腐蝕材料制作，分離器采用不銹鋼 SUS316L 制造，可降低被腐蝕的風(fēng)險。同時，采用強化濃縮攪拌和強制循環(huán)濃縮方式，提高傳熱效率和蒸發(fā)速度，避免在傳熱設(shè)備的表面形成硫酸鈉硬垢。處理后的廢水鹽份去除率達(dá)到 98%- 99%，出水 CODcr 平均降至 1000mg/ L 以下。

朱守深[11]等應(yīng)用三效蒸發(fā)處理高含鹽量有機工業(yè)廢水，調(diào)節(jié)廢水 pH=7- 9，并預(yù)熱到 30℃- 60℃，再進(jìn)入三效蒸發(fā)器經(jīng)濃縮后進(jìn)行鹽析使固液分離，分離出的液體再濃縮后，進(jìn)入焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒，而蒸汽冷凝水進(jìn)行生化處理。

結(jié)語

如何降低濃縮工序的能耗已經(jīng)成為眾所關(guān)注的問題，而多效蒸發(fā)的后面一效的壓力低于前面一效，后面一效的蒸發(fā)溫度低于前面一效，同時將二次蒸氣引到下一效蒸發(fā)器作為加熱蒸氣，二次蒸汽的再次利用，既減少了生蒸氣的消耗，又節(jié)省了冷卻水的用量，提高系統(tǒng)效率。這在經(jīng)濟節(jié)能環(huán)保方面具有重大有意義。

綜合技術(shù)發(fā)展和實際應(yīng)用情況來看，多效蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用的并不是很廣泛，由于許多國家和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展不平衡，人們環(huán)保觀念還比較落后，因此此技術(shù)仍然有很大的發(fā)展空間，就目前的技術(shù)情況來看，廢水(廢料)采用多效蒸發(fā)技術(shù)面臨的最大問題是設(shè)備腐蝕。多效蒸發(fā)系統(tǒng)中腐蝕性問題最嚴(yán)重的設(shè)備是預(yù)熱器，由

于該設(shè)備大都為管殼型結(jié)構(gòu)，焊縫與焊點較多，冷熱端溫差較大，運行周期長，是多效蒸發(fā)系統(tǒng)中極易腐蝕的設(shè)備。

雖然多效蒸發(fā)技術(shù)是一個簡單的單元操作過程，但由于其能耗高、應(yīng)用范圍廣，特別是隨著廢水(廢料)日益采用多效蒸發(fā)技術(shù)，產(chǎn)生的問題也越來越多。針對這些問題，我們必須明確不是所有廢水(廢料)都適合于多效蒸發(fā)技術(shù)。

其次，采用多效蒸發(fā)技術(shù)必須考慮到成本因素。隨著人們的環(huán)保意識逐漸提高，越來越關(guān)注可持續(xù)發(fā)展，垃圾廢物的回收循環(huán)利用，多效蒸發(fā)技術(shù)將會在廢水處理發(fā)面逐步得到推廣應(yīng)用。