前言：電鍍廢水指電鍍生產過程中排放的各種廢水，一般根據廢水所含污染物或重金屬的種類分為酸堿廢水、含氰廢水、含鉻廢水、含鎳廢水、含鎘廢水、含銅廢水、含鋅廢水、混合廢水等。為解決電鍍廢水排放帶來的環保問題，越來越多的電鍍園區和企業采用電鍍廢水零排放工藝，實現廢水的循環回用。在電鍍廢水零排放工藝中，蒸發器是必不可少的部分，也是決定電鍍廢水能否實現零排放的重要環節。
一、電鍍廢水零排放工藝概述
電鍍廢水零排放系統一般包括預處理系統、綜合處理系統、膜系統和蒸發系統四大部分。預處理系統應遵循分類收集、分質處理的原則，如酸堿廢水一般采用中和法，含氰廢水采用堿性氯化法，含鉻廢水采用亞硫酸鹽還原法，含鎳廢水、含鎘廢水、含銅廢水、含鋅廢水、混合廢水等則采用化學沉淀法或者離子交換法進行預處理。經分類預處理后，使各類廢水中的一類污染物達到GB 21900–2008《電鍍污染物排放標準》中“表3”的限值要求，一并進入綜合處理系統，采用深度物化處理、生化處理等技術進一步去除有機物、氨氮、總氮等污染物，使出水達到膜系統的進水要求，再采用多級、多段組合膜工藝對廢水進行濃縮減量處理。高鹽度的膜系統濃水送至蒸發系統進行蒸發結晶處理，一方面產出結晶鹽，另一方面得到達到回用水質要求的膜系統產水和蒸發冷凝水，全部循環回用于生產，從而最終實現電鍍廢水零排放。
二、蒸發器的選型和組成
目前電鍍廢水零排放工藝的蒸發器一般采用多效蒸發或者機械蒸汽再壓縮(MVR)蒸發器，MVR蒸發器因為高效節能、運行費用低、自動化程度高等優點而在廢水零排放中得到更為廣泛的應用。MVR蒸發系統一般由預熱器、強制循環加熱器、結晶分離器、蒸汽壓縮機、離心機、泵組、儲罐、自動控制系統等組成，其應用在電鍍廢水零排放工程中的典型工藝流程如圖1所示。濃水經進料泵提升、預熱器預熱后進入強制循環加熱器，在其中被蒸汽加熱后進入結晶分離器沸騰汽化，并氣液分離。分離后的濃水在強制循環泵的作用下再次進入強制循環加熱器中循環濃縮，直至達到過飽和狀態而析出結晶鹽。含有結晶鹽的濃水經出料泵出料，送至稠厚器進一步增濃。然后進入離心機離心分離得到結晶鹽，離心母液則經母液罐、母液泵重新回到結晶分離器繼續濃縮結晶。結晶分離器產生的二次蒸汽進入蒸汽壓縮機，經蒸汽壓縮機壓縮后其溫度和焓值提高，然后重新回到強制循環加熱器用作加熱蒸汽，以達到重復利用和節能的目的。
加熱蒸汽在強制循環加熱器中釋放潛熱加熱濃水的同時，本身被冷凝，并自流進入冷凝水罐。蒸發冷凝水經冷凝水泵提升，送至預熱器回收熱量后作為回用水回用到生產中。在工程實踐中，若膜系統濃水的鹽濃度較低，則在進入強制循環加熱器和結晶分離器前，采用蒸發效率更高的降膜蒸發器、升膜蒸發器、板式蒸發器等進行預濃縮，可以進一步降低蒸發系統的整體投資和運行能耗。
三、強制循環加熱器的設計
電鍍廢水零排放工藝中，強制循環加熱器一般采用管殼式換熱器，其傳熱面積A根據傳熱速率方程[計算：A=Q/(K·Δtm)。該式中的Q為熱負荷，可通過對加熱器作熱量衡算求得。當忽略加熱器熱損失時，Q為加熱蒸汽冷凝放出的熱量。而K為總傳熱系數，根據工程實踐經驗一般可在800～1 200 W/(m2·°C)范圍內選取；Δtm為傳熱的有效溫差，是加熱蒸汽溫度與操作條件下物料沸點的差值。在蒸發器設計中，物料的沸點是基礎數據，物料的沸點升高一般與溶質的類別、組成、操作壓強、靜壓強、管路流動阻力等有關，當電鍍廢水主要含硫酸鈉和氯化鈉時，沸點一般升高4～10°C。在確定強制循環加熱器傳熱面積之后，選定加熱管的外徑do和管長l即可計算加熱管的數量n，即：n=A/(πdol)。
根據工程實踐經驗，do通常為0.025～0.032 m;l通常為6～8 m，最長達12 m以上。電鍍廢水零排放工藝中的加熱器大多采用正三角形方式排列，其筒體直徑D可以根據以下經驗公式計算并圓整：D=1.6don0.5。在強制循環加熱器的結構設計中，要特別注意殼程兩個管口的設置。一是加熱蒸汽進口，需要設置防沖板或者蒸汽導流筒，以減少加熱蒸汽對加熱管的沖擊；二是不凝氣排放口，應設置在蒸汽流動方向的末端，遠離加熱蒸汽進口的位置，以便更能有效排放不凝氣。強制循環加熱器還可以采用雙加熱室的設計，降低蒸發系統的運行能耗。
四、蒸發器結晶分離器的設計
結晶分離器的設計主要是確定分離器筒體直徑和氣相空間的高度。分離器的筒體直徑D'可根據分離器內二次蒸汽體積流量Vg以及二次蒸汽流速ug來計算并圓整，即：D'=1.128(Vg/ug)0.5。ug與分離器內物料密度ρl及二次蒸汽密度ρg有關，在電鍍廢水零排放工藝中可按以下經驗公式估算：ug=0.03(ρl–ρg)0.5/ρg0.5。
分離器的氣相空間高度是指分離器物料液面上方氣液分離的有效高度，可以根據允許蒸發體積強度[建議取值1.1～1.5 m3/(m3·s)]進行計算，通常為1.5～3.0 m。結晶分離器頂部設置除沫器，可以提高蒸發冷凝水的水質，常用的除沫器有折流板除沫器、絲網除沫器等。結晶分離器的進料方式主要有切向進料、徑向進料和軸向進料3種，在電鍍廢水零排放工藝中推薦使用軸向進料方式。
五、強制循環泵的選型設計
蒸發系統的強制循環泵采用大流量、低揚程的軸流泵。循環泵的流量V根據強制循環加熱器加熱管的截面積及加熱管內物料流速u來計算，即：V=0.25πdi2nu。式中，di為加熱管的內徑；u一般為1.5～2.5 m/s。循環泵的揚程H根據伯努利方程計算，一般介于3～5 m之間。循環泵的功率N與循環泵的流量、揚程、物料密度以及泵效率η有關，可以通過以下公式核算：N=V·H·ρl/(102η)。
在強制循環泵的實際應用過程中，必須避免產生汽蝕。當強制循環泵發生汽蝕時，電流會突然升高，并伴隨強烈的噪音和振動，對葉輪和泵體產生嚴重破壞。在選型設計時，應降低循環泵的汽蝕余量，同時提高蒸發裝置的汽蝕余量，保證兩者有0.5 m以上差值的安全裕量。
六、蒸汽壓縮機的選型設計
蒸汽壓縮機是MVR蒸發器的核心設備之一，目前在零排放工藝中廣泛應用的主要有：羅茨壓縮機、普通離心蒸汽壓縮機和單級高速離心壓縮機。羅茨壓縮機轉速較低，通常在750～1 650 r/min，運行穩定性較好，溫升可達22～25°C，機組結構簡單，但絕熱效率較低，且單臺設備處理量偏小，一般限制蒸發量在5 t/h以內。普通離心蒸汽壓縮機一般轉速為6 000～9 500 r/min，運行穩定性好，溫升范圍6～9°C，在電鍍廢水零排放工藝中常常2臺串聯使用。
單級高速離心壓縮機轉速可高達33 000 r/min，溫升可達到20～24°C，但機組控制相對復雜。普通離心蒸汽壓縮機和單級高速離心壓縮機均屬于恒壓式壓縮機，效率高，設備處理量大，推薦在蒸發量3 t/h以上的蒸發器中使用，使用時需做好流量、溫度、壓力、振動等的監測和控制，同時應充分考慮發生喘振工況的預防和保護措施。蒸汽壓縮機選型時需要提供的基本設計參數包括處理量、進口壓力、進口溫度、壓縮機溫升、材質等。在電鍍廢水零排放蒸發系統中，壓縮機溫升一般為16～20°C，進口溫度取決于蒸發器設計溫度，80～95°C之間為宜。采用羅茨壓縮機或普通離心蒸汽壓縮機時，過流材質優先選用雙相不銹鋼；采用單級高速離心壓縮機時，葉輪材質建議采用鈦合金。
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周經理（華南區）