1.0 引言
随着化工、制药、造纸等行业的发展，高浓度难降解废水一直是废水处理的难点。近年来，零排放及污水回用等生产理念的推广，对污水处理及深度提出进一步要求。传统的物化、生物处理方法处理高浓度难降解废水时，处理工艺冗长且复杂。另外，对于高盐度废水，因微生物而不能生存而使生物处理法收到限制，或者需要引进大量淡水进行吸收达到微生物可以耐受的限制后，采用生物处理。近几年来，在高浓度及/或高盐度废水处理领域，蒸发技术开始逐渐受到关注，为长久以来困扰着环保工作者的难题找到了一个可探索、证实的答案，并已有一定应用。本文结合笔者工作经验及相关文献报道，对蒸发在工业废水处理的发展及应用做简要介绍。
采用蒸发技术处理高浓度废水主要利用水(溶剂)与污染物(溶质)之间的沸点差异，通过控制废水在一定温度、气压下发生表面或内部的气化，将溶剂与溶质分离的过程。经过蒸发，沸点高的污染物被留在蒸发残液中，而低沸点的水将以冷凝液形式排出。根据蒸发的原理，只有当污染物与水沸点差异比较大时，才会有较好的分离效果。否则，污染物会直接蒸发成为冷凝液的一部分，或者与水产生共沸而进入冷凝液，而导致出水COD升高。因此，对于特定废水需采用合适的冷凝水处理工艺，使污水处理系统出水达到要求。
目前废水处理中已有应用的蒸发设备有多效蒸发器及机械压缩蒸发器。结合笔者的工作，本文就多效蒸发加以叙述。
2.0 多效蒸发
2.1 多效蒸发原理
目前蒸发器的种类很多，就其蒸汽利用角度而言，蒸发可分为一效至五效。在工业生产中，为了减少加热蒸汽消耗量，可采用多效蒸发。多效蒸发将多组蒸发器串联起来，除第一效蒸发采用厂区新鲜蒸汽为热源，之后的每一效蒸发利用前一级产生的二次蒸汽为热源进行加热，因此，多效蒸发明显降低了加热蒸汽的消耗量。另外，除最后一效蒸发器，每一级蒸发产生的二次蒸汽在后一级加热室中作为热源利用后将成为冷凝水排出，从而大大减少了冷却水的消耗。
表1多效蒸发的蒸汽及冷却水消耗
由表1看出，随着多效蒸发级数的增加，处理单位废水所需的蒸汽量及冷凝水量递减。然而，随着蒸发效数的增加公用消耗的减少程度逐渐趋缓，如图1所示。当蒸发级数大于三效时，新鲜蒸汽及冷却水用量的减少量明显降低。
在设计多效蒸发器时，不仅需要考虑降低系统能耗，还需考虑设备投资及温差限制的因素。在废水处理中，尤其当多效蒸发系统应用于氯离子含量较高的废水浓缩时，对设备材质的要求会较高。在需要保证一定使用年限的前提下，对于特定废水蒸发设备甚至需要用到钛材。因此，在采用考虑设计多效蒸发时，需考虑设备投资的经济性对蒸发级数的影响。另外，由于装置总温差是一定的，各单效的有效温差比总温差小很多，从而导致相同总温差下，多效蒸发的生产力要低于单效蒸发器。
相关文献表明，在目前废水处理领域中，三效蒸发应用较多。
图1处理单位废水蒸汽及冷却水消耗与蒸发效数的关系
2.2 多效蒸发在废水处理中的应用
在废水处理中，多效蒸发被用来浓缩工业废水回收有价值的成分，或者得到洁净的冷凝水用以回用。然而在实际应用中，冷凝水中常带有低沸点组分的有机污染物，为达标排放通常在多效蒸发后设计生化工艺来进一步去除水中的有机物。
2.2.1 用于高盐废水预处理
笔者在工作中曾参与高含盐表面活性剂废水处理的设计。该废水水量小，CODcr约5000~6000mg/L，TDS含量高达30000mg/L，很显然微生物很难在该高盐环境下正常生长。初步论证后，采用蒸发+生化为主的工艺处理该废水。蒸发后几乎所有盐分将留在蒸发浓液中，而大部分冷凝水排出蒸发系统进一步处理后回用。通过小试发现，废水蒸发浓缩至10%时，冷凝水中的CODcr降至600~800mg/L，浓液TDS含量约30%。在设计过程中，采用较为经济、节能的三效蒸发处理原水。蒸发器的一效、二效采用降膜换热器，获得较高的换热效率，而第三效加热室则采用强制循环换热器，以克服由被加热介质高浓度而引起的设备结垢等问题。蒸发系统的冷凝液经换热后(低于32℃)，排入MBR池进一步降解，由于进入冷凝液中的有机物大多为低分子易降解有机物，MBR出水经过NaCl消毒可达到城市杂用水回用标准。另外，为确保进蒸发系统的SS及CODcr控制在一定范围内以免设备结垢及传热效率受到抑制，在蒸发前还设置了混凝/絮凝-板框过滤对蒸发进水进行预处理。系统处理流程如图2所示。
图2三效蒸发-生化处理高盐表面活性剂废水流程
方丽萍等人采用三效蒸发+生化的组合工艺处理甲硝唑工业废水，出水水质达到《污水综合排放标准》一级排放标准的要求。该工艺首先采用多效蒸发去除废水中大部分盐分和对微生物有毒且难降解的有机物。之后采用氨吹脱去除冷凝水中游离氨，水解酸化+A/O去除有机物。
曹红等人采用三效蒸发预处理高含盐且CODcr高达几十万的农药废水，不仅有效的去除了废水中的盐分，还去除了部分有毒难降解CODcr，为后续生化处理奠定基础。具体联系污水宝或参见更多相关技术文档。
杭州升蓝环保设备科技有限公司在07年就已经将三效蒸发用于高浓度废水综合治理。对乙酰氨基酚医药生产废水采用三效蒸发技术处理，CODcr去除去率99.95，CODcr由30g/L降低至0.15g/L，对乙酰氨基酚回收率达98%。含盐量很高的化工染料及中间体生产废水采用双相不锈钢及SS316L为材质的三效蒸发器进行浓缩处理，盐分去除率达98%~99%，出水CODcr在1000mg/L以下，为后续处理创造有利条件。多效蒸发用于垃圾渗沥液处理，出水达到排放标准，而成分复杂、毒性高、含盐量高的母液则采用水泥或沥青固化处理。
郗金娥等人[10]利用二效蒸发系统回收医药中间体废水中的钠盐。蒸发出的冷凝水经过臭氧预处理后与洗涤废水、生活污水混合进入厌氧-好氧生化处理系统及后续高级氧化系统，最终出水达标排放。
徐鹏等人[11]采用蒸发-UASB-SBR工艺处理制药废水，当进水CODcr、盐浓度分别为15000~20000mg/L、40~90mg/L，出水达到《化学合成类制药工业水污染排放标准》的要求。
2.2.2 用于分离、浓缩或回收无机盐
于永辉等人利用四效蒸发器处理高盐高硬度稠油废水，淡水产率为70%时，蒸发器出水总硬度0.1mg/L，SS为1.1mg/L，油含量0.2mg/L，TDS含量20mg/L，达到热采锅炉用水水质标准。根据稠油污水特点，在多效蒸发器前设计预处理单元除去污水中的油及悬浮物，防止多效蒸发器和换热器污染、堵塞。预处理单元依次为斜板气浮，核桃壳过滤器，砂滤器。
郑贤助等人采用两效蒸发回收羧甲基纤维素钠(CMC)生产废水中的氯化钠及羟基乙酸钠，同时获得95%的CODcr去除率。郑等人采用分步蒸发，分别在两次蒸发中回收氯化钠及羟基乙酸钠。第一次对氯化钠的回收效率达到85%，晶体纯度较高;第二次蒸发采用的是第一次蒸发离心后的盐母液，回收的羟基乙酸钠可外卖提纯。
朱寿川报道了还原-中和-沉淀预处理+四效蒸发工艺处理沉钒废水，系统出水达到综合排放标准一级要求。其中，预处理工艺对废水中六价铬及五价钒的去处理均达98%以上，蒸发浓缩后的硫酸盐渣中Na2SO4含量达到70%以上，可作为生产原料。
续京等人对马铃薯淀粉废水进行预处理后，采用四效蒸发回收洁净的冷凝液用于生产线回用，而母液则作为有机肥处置。
赵斌等人采用三效错流降膜及蒸汽喷射热泵的工艺浓缩氯化铵废水，不仅回收了氯化铵晶体，还从根本上解决了氯化铵工业废水对环境造成的氨氮污染。该蒸发工艺引进了蒸汽喷射式热泵，利用高压生蒸汽将一效蒸发产生的二次蒸汽压缩后，将低品位的二次蒸汽变为高品位蒸汽对一效蒸发器进行加热，进一步降低系统能耗。
2.3 多效蒸发系统运行
2.3.1 结垢防治
工业废水通常成分复杂，对于高浓度有机废水更是如此。因此，在利用多效蒸发处理高浓度有机废水时需进行预处理，主要需去除水中悬浮物(SS)及浮油。于永辉等人[3]的研究发现，当多效蒸发进水SS及油含量低于5mg/L时，运行一个半月后换热管上没有出现明显污染，而等于5mg/L时，运行72小时即出现轻微污染。另外，根据水质情况，可以在进入蒸发器前投加一定量的阻垢剂以抑制换热设备表面污染的形成。
笔者工作中多效蒸发的最后一级换热器设计为强制循环式换热器。多效蒸发最后一级换热器中的液体浓度是最高的，此时溶液晶体容易析出，较易形成垢层。采用强制循环蒸发器，在换热管表面形成较高的液体流速，以减少晶体沉积的概率。
2.3.2 消泡
一些废水在蒸发分离室/罐中易起泡而导致蒸发冷凝水中携带较多的污染物。当分离室中的泡沫达到一定高度，泡沫中携带的重组分有机物或盐类，易被蒸汽带出分离室而最终进入冷凝水中。通常对于起泡的废水投加消泡剂来消除泡沫的影响。然而，笔者实验过程中发现，对于特定废水，蒸发过程中投加酸控制分离室中的废水pH不小于7，可有效控制起泡。
2.3.4 液膜破裂防治
研究发现，降膜换热器内液膜常发生破裂，尤其已在加热壁面下部形成赶去并出现结垢(结晶)，导致局部温度急剧上升而过热或烧毁，从而限制了降膜蒸发器在高盐有机废水方面的应用。赵贤广等人研究了降膜蒸发过程中液膜破裂的规律，并采用50mg/L的表面活性剂2-乙基己醇，有效控制了液膜的破裂。
2.3.5 能耗
为有效降低蒸发能耗，杨洛鹏提出了将水平管低温多效蒸发技术应用于废水处理。通过将多效水平管降膜蒸发器和成熟的竖管降膜蒸发器耦合，能够在混合式废水蒸发器中实现对热量的分级利用，废水蒸发的能耗得到了大幅度降低。多效水平管降膜蒸发器增加了废水蒸发的投资成本，但在运行费用上具有很大优势。
3 结论
综上所述，对于高浓度、高含盐化工废水，尤其是含有有毒难降解物质的工业废水，多效蒸发技术正在污水处理领域逐渐受到关注，并可有效应用于生化难以处理的废水上，或作为生化预处理，与传统的高浓度有机废水长流程处理系统相比有一定优势。另外，多效蒸发还可以作为浓缩手段，回收废水中有价值的盐。(来源：谷腾环保网)
目前国内外主要研究的新型表面处理电镀生产线，重点是根据产品所需的生产工艺，实现工艺多样化、生产自动化、管理智能化，着重提升表面处理关键工序低能耗、零排放、高自动化等技术。谁能在该项技术研究中取得突破，提高产品质量、降低生产成本，将在激烈的竞争中占据主导低位。
开发新技术，既可以提高电镀产品的使用性能和寿命，又可以改善镀层的质量，提高产品质量的档次。先进的设备，不仅可以改善环境，降低劳动强度，还可以提高效率，降低生产成本。随着我国经济增长模式的转变，带动了制造与消费的升级，对电镀产品的表面处理质量提出高的要求;传统的表面处理模式，能耗高;同时产生大量的工业废气、废水，带来了环境污染。改进表面处理生产线的设备结构，改善设备性能，提高生产水平和生产效率，满足不同领域的需要。
表面处理工序产生的废水，按照废水的性质，可分为含酸废水、含碱废水、磷化废水和含铬废水等。含酸废水主要来源于酸洗工序所排出的废酸及工件酸洗后的冲洗水，若直接排放，将会腐蚀下水管道和污染水质。含酸废水的处理方式包括回收利用和净化处理。对于含酸浓度在3%以上以及水量比较大的废水，可以采用回收综合利用。对于浓度在3%以上或浓度虽高但水量不大的废水，宜采用中和方法净化处理，其中中和处理的另外一种物质来源就说含碱废水。含碱废水的主要来源是碱液除油及中和工序所排出的废液及其冲洗水，所含的成分复杂，不易回收，一般作为含酸废水中和处理的反应物。磷化废水主要来源于金属表面除油、除锈、磷化工序后的清洗废水，属于第二类工业废水, 一般采用混凝–沉淀处理废水。含铬废水主要来源于钝化及有色金属铬酸阳极氧化处理工序，其主要成分是重铬酸盐类，含有大量的Cr6+,对人体健康有长远的影响，属于第一类工业废水，必须采用适当的方法进行严格处理。
长期以来，人们低估了节约水资源的价值和环境遭到污染后对社会产生的危害性，高估了企业在管理和投资改造方面存在的困难，因而许多企业在生产过程中并不认真使用有效的清洗技术。我们在技改中必须积极创新地运用各种有效的清洗技术，从源头开始治理电镀废水。
(1) 在电镀生产线上，应该普遍使用间歇式逆流漂洗与喷淋清洗组合的清洗方法，并对逆流清洗槽中的水进行空气搅拌，从而提高清洗水的利用率，大幅度降低新鲜水的用量。有条件的话，在自动线上应该考虑使用间歇式三级逆流漂洗与喷淋清洗组合的清洗方法，这样可以节约更多的水资源。在前处理和部分镀后处理的工序中，可在已经使用间歇式逆流漂洗与喷淋清洗组合的清洗方法的基础上，进一步采用“一水多用”的节水措施。比如，将清洗过酸洗或弱腐蚀工件的清洗水，用水泵输送到脱脂(或除油)后的清洗槽中，用于清洗脱脂(或除油)后的工件，以替代新鲜水。
(2) 在工件镀后清洗的工序中，应使用回收清洗 + 间歇式逆流清洗与喷淋(或喷射)清洗组合的清洗方法，既保证清洗质量，又回收随工件带出槽外的镀液资源。用去离子水作为回收槽的清洗水，逆流清洗则仍可用自然水，用过之后排入下水道。这种清洗方法比单独使用间歇式逆流清洗与喷淋(或喷射)清洗组合的清洗方法更节约新鲜水，最适用于金属价格较贵的加热型镀种(如镀镍、镀铬等)的镀后清洗。还可以用回收槽的水来不断地补充镀液中水分的蒸发失耗，既回用了流失的资源，也减少了污染物数量。当将这种清洗方法用于非加热型镀液时，由于补充镀液水耗的需要量小，为了平衡回收槽中流失资源在水中的浓度和补充水耗量，则可采用加热浓缩回收液、增加回收槽数量、或适当提升镀液温度等措施。具体联系污水宝或参见更多相关技术文档。
当使用回收槽回收流失的资源后，必然会出现镀液中杂质逐步积累的问题，这不是使用回收槽措施的过错，可以通过在镀槽旁配置一个辅助处理槽来解决。辅助槽里同样装有镀液，通过连续过滤泵和管道，将两槽连通，保持镀液封闭循环。回收水不直接加到镀液中，而是加在辅助镀槽里，以“少吃多餐”的方式多频次地补充溶液水分和成分的消耗、同时在辅助槽中实施与生产同步的电解(采用大面积阴极和低电流密度)或用除杂剂来处理镀液中的金属杂质，以防止镀液中杂质的积累。另外，还可以在辅助槽中安装加热或降温元件对镀液温度进行控制。
要实现清洁生产，首先要对表面处理反应槽中的离子进行回收，实现表面处理电镀生产线中废水闭合回路循环，污染零排放。其次去除表面处理电镀生产线槽液中的有害杂质离子，保证了关键工序的槽液成分、浓度的稳定性，保证了产品的质量。
当电镀废水排放数量大幅度减少后，不仅可以大幅度缩小废水末端治理设备的规模，还可以大幅度降低治理费用占生产成本的比例，同时也能实现废水浓度和污染物排放总量双达标。在此基础上，可进一步尝试使用“达标废水”作原料水，采用先进的反渗透膜处理技术和相应装备进行处理。由于所得到的透过水水质，可以达到电阻率≥100 000 Ω ・ cm 的水平，即相当于去离子水的水质，企业无需再专门配备去离子水制造设备。反渗透膜处理技术的使用不仅可实现废水的高质量回用，更标志着电镀工业进入了循环经济时代。
关键工序封闭循环、零排放综合利用等先进技术得以使用，实现表面处理过程中的清洁环保、高效节能，符合我国大力发展低碳经济的政策。(来源：中国电镀网)
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