線材加工污水處理新型布膜式蒸發(fā)器的應(yīng)用

金屬制品生產(chǎn)中產(chǎn)生大量成分復(fù)雜的廢水。傳統(tǒng)廢水處理技術(shù)存在能耗大、不達(dá)標(biāo)，重金屬、污染物等超標(biāo)等問題，不能滿足節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求，需進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。隨著我國的環(huán)境保護(hù)法、水污染行動(dòng)計(jì)劃（水十條）、污染物排放許可制實(shí)施方案等環(huán)保法律法規(guī)頒布，國家對(duì)節(jié)能環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，節(jié)約型、低能耗、高質(zhì)量發(fā)展成為必然要求和趨勢(shì)，這也為線材加工污水處理提出了新的要求。

１、金屬制品行業(yè)廢水特點(diǎn)、處理情況

金屬制品品種眾多，如ＰＣ鋼絲、鋼絞線及ＰＣ鋼棒、鋼簾線、焊絲、彈簧鋼絲、不銹鋼絲等。金屬制品生產(chǎn)用水量大，以某鋼絲生產(chǎn)企業(yè)為例，平均生產(chǎn)１ｔ鋼絲所消耗的自來水約４ｔ，若按每月生產(chǎn)５０００ｔ鋼絲計(jì)算，每月消耗水約２萬ｔ，每月生產(chǎn)排出的污水量相當(dāng)于不發(fā)達(dá)國家３０ａ的人均用水總量。

不同的產(chǎn)品、不同生產(chǎn)階段所產(chǎn)生的廢水成分非常復(fù)雜。按金屬制品生產(chǎn)工藝，首先，金屬表面處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢水，如酸洗、磷化、清洗、電鍍等工藝廢水，廢水中主要含有各類酸、鋅、鐵、鉛、銅等離子，水體呈酸性。這類金屬表面處理廢水的特點(diǎn)是水量較大、濃度較低，處理工藝多采用傳統(tǒng)酸性廢水的中和沉淀法，或采用生物法，將重金屬、無機(jī)鹽沉淀固化、填埋，也有采用膜分離工藝提純、濃縮，并再次利用。其次，拉拔過程中的廢水，如拉絲潤滑廢液，是油水混合而成的穩(wěn)定均勻的膠體物質(zhì)，主要成分為油和拉絲油等乳化液，含有乳化油、烴水混合物、乳化液（膏）、冷卻劑、潤滑劑、拔絲劑等有害物質(zhì)，一般呈堿性，含重金屬，且污染物濃度較高，不易降解。相比于金屬表面處理廢水，拉拔廢水量較小、處理難度更大。針對(duì)拉拔產(chǎn)生的廢水污染物濃度較高、難處理的特點(diǎn)，多采用蒸發(fā)工藝，將廢油濃縮、提純、結(jié)晶，并再次回收利用，而濃度越高，廢水蒸發(fā)消耗蒸汽越少。

筆者探究采用新型布膜式蒸發(fā)器，通過蒸發(fā)工藝，提純、濃縮、結(jié)晶處理線材加工廢水，達(dá)到環(huán)保、節(jié)能、降耗的目的。

２、幾種蒸發(fā)工藝原理及能效分析

蒸發(fā)工藝是加熱污水至蒸發(fā)溫度，使其在常壓或正壓、真空的壓力下汽化，達(dá)到濃縮、飽和而析出無機(jī)鹽晶粒的工藝方法。蒸發(fā)工藝處理廢水，通過蒸發(fā)使原料達(dá)到一定的濃度結(jié)晶，還可以回收利用，是國內(nèi)外廢水處理比較常用的方法。

常用的處理設(shè)備有單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)和機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)（ＭＶＲ）３種蒸發(fā)工藝。按流體循環(huán)方式可分為不循環(huán)型蒸發(fā)、自然循環(huán)型蒸發(fā)、強(qiáng)制循環(huán)型蒸發(fā)、刮膜式蒸發(fā)等等。正確地采用某種工藝，不僅能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，又能節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

單效蒸發(fā)即只有一級(jí)的蒸發(fā)，一次蒸汽加熱廢水產(chǎn)生二次蒸汽，經(jīng)冷凝后排放，特點(diǎn)是設(shè)備簡單，造價(jià)低，能效比低。其蒸發(fā)單位質(zhì)量的污水通常需要１.１～１.２倍質(zhì)量的蒸汽，造水比為０.７～０.９（造水比是指蒸發(fā)裝置淡水總產(chǎn)量與鹽水加熱器所消耗的蒸汽量之比）。

多效蒸發(fā)是利用從一效到末效的二次蒸汽多次逐級(jí)重復(fù)加熱的蒸發(fā)器，按溫度差逐級(jí)設(shè)計(jì)，一般一效蒸發(fā)的蒸發(fā)溫度由物料的熱敏性溫度來控制，末效二次蒸汽的溫度由當(dāng)?shù)氐暮０胃叨群驼婵諜C(jī)組的選型來決定。多效蒸發(fā)器的一次蒸汽的消耗與效體的數(shù)量成反比，根據(jù)廢水成分和系統(tǒng)大小，可設(shè)計(jì)成二效、三效～五效，理論上蒸發(fā)單位質(zhì)量的冷凝水通常需要０.２５～０.５５倍質(zhì)量的蒸汽，造水比為１.８～３.８，相比于單效蒸發(fā)，多效蒸發(fā)更加節(jié)能。

ＭＶＲ蒸發(fā)器即二次蒸汽機(jī)械壓縮蒸發(fā)器，是利用壓縮機(jī)將蒸發(fā)出來的二次蒸汽再壓縮，使其溫度升高，再送入蒸發(fā)加熱器重復(fù)使用，ＭＶＲ蒸發(fā)器理論上不需要消耗一次蒸汽，只消耗電能，其電能的消耗主要取決于二次蒸汽所需要的溫升和壓縮機(jī)的效率。

單效、多效、ＭＶＲ蒸發(fā)工藝性能比較見表１。

由表１可以看出，單從能耗上來說，ＭＶＲ蒸發(fā)器是最低的，當(dāng)電價(jià)格為０.７５元／（ｋＷ?ｈ），低壓蒸汽價(jià)格１３０元／ｔ時(shí)，四效蒸發(fā)器和１２℃溫升ＭＶＲ蒸發(fā)器運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)。ＭＶＲ蒸發(fā)器特點(diǎn)是設(shè)備緊湊，占地面積小，所需空間小，可省去冷卻系統(tǒng)，對(duì)于缺少供汽、供水能力，場(chǎng)地不足的已有工廠，既節(jié)省投資，又可獲得較好的節(jié)能效果，這也是近年來ＭＶＲ蒸發(fā)工藝快速發(fā)展的原因。

３、新型布膜式蒸發(fā)器特點(diǎn)

３.１ 傳統(tǒng)蒸發(fā)器存在的問題

傳統(tǒng)常用的蒸發(fā)器多采用降膜式蒸發(fā)器。金屬制品生產(chǎn)工藝廢水含鹽、含油，腐蝕性強(qiáng)，采用傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝處理時(shí)存在以下問題。

（１）結(jié)晶、結(jié)垢。

在蒸發(fā)過程中，當(dāng)溶液達(dá)到飽和濃度時(shí)，蒸發(fā)室和加熱管極易結(jié)晶、結(jié)垢，這種固體黏附在加熱管表面，如不及時(shí)清除，厚度將越來越大，將使加熱管的傳熱系數(shù)降低，增加能耗，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備無法使用。

（２）濃縮。

傳統(tǒng)蒸發(fā)器一般是濃縮污水，當(dāng)含鹽量達(dá)到飽和濃度，再繼續(xù)蒸發(fā)將使水中的無機(jī)鹽結(jié)晶，結(jié)晶物沉積在蒸發(fā)器底部或附著加熱面上，很難做到將污水中的鹽結(jié)晶連續(xù)分離，回收利用無機(jī)鹽。

（３）腐蝕。

污水一般含酸（或含堿）、氯化物，對(duì)設(shè)備的腐蝕性強(qiáng)，其設(shè)備需要根據(jù)污水成分，針對(duì)性地使用耐腐蝕金屬材料。

（４）污水中含有油，傳統(tǒng)蒸發(fā)設(shè)備不能很好地進(jìn)行油水分離。

３.２ 新型布膜式蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)

新型布膜式蒸發(fā)器是一種非常適合于處理線材加工污水的新型蒸發(fā)設(shè)備，系統(tǒng)簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，可適用于單效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)、ＭＶＲ機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)，具有濃縮或連續(xù)生產(chǎn)結(jié)晶粉狀物的功能。通過增減布膜數(shù)量擴(kuò)展污水處理量。

新型布膜式蒸發(fā)器基本原理是在一根水平轉(zhuǎn)動(dòng)且流通蒸汽的大軸上，設(shè)置多個(gè)內(nèi)部流通蒸汽的加熱盤，由減速電機(jī)帶動(dòng)勻速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)噴水口向加熱盤的正反面噴射循環(huán)污水，污水立刻在加熱盤表面蒸發(fā)結(jié)晶并形成干粉狀，在加熱盤的旋轉(zhuǎn)周末端設(shè)置刮刀將結(jié)晶狀干粉刮下并落入收集槽中，結(jié)晶干粉再通過輸送機(jī)連續(xù)排出并回收利用或處置。蒸發(fā)是在加熱盤表面完成的，一次蒸汽通過旋轉(zhuǎn)接頭和大軸流入加熱盤內(nèi)，加熱盤內(nèi)部設(shè)置有多道環(huán)形溝槽，一次蒸汽放熱后變成冷凝水從大軸的另一端軸向排出，回收二次蒸汽冷凝水余熱后達(dá)標(biāo)排放。加熱分離室結(jié)構(gòu)示意如圖１所示。加熱盤組件設(shè)置在一個(gè)相對(duì)較大的空間內(nèi)，這個(gè)空間兼具分離室的作用。循環(huán)污水在加熱盤表面沸騰汽化、結(jié)晶，產(chǎn)生的二次蒸汽帶有少量泡沫，到了較大空間的分離室頂部后，這些液體借自身凝聚和除沫器等的作用得以與二次蒸汽分離。

新型布膜式蒸發(fā)器與傳統(tǒng)的刮膜式蒸發(fā)器相比，傳統(tǒng)的刮膜式蒸發(fā)器有如下缺點(diǎn)。

（１）    體積和重量大。

傳統(tǒng)的刮膜式蒸發(fā)器采用的是立式或水平放置的一根粗軸，一次蒸汽由夾套送入，熱量經(jīng)過筒體傳遞給內(nèi)部的蒸發(fā)液，蒸發(fā)器體積、重量較大。例如３０ｍ２的立式刮膜式蒸發(fā)器筒體直徑需要１.７ｍ，設(shè)備高度需要１３ｍ，設(shè)備總重量１７ｔ。

（２）    無法大面積擴(kuò)展換熱面積。

由于換熱面積為包含夾套部分筒體內(nèi)表面積，根據(jù)公式Ｆ＝πＤｉＨ可以看出，增大換熱面積只能增大筒體直徑和筒體長度；市場(chǎng)上的刮膜式蒸發(fā)器加熱面積一般為０.２～３０ｍ２；由于技術(shù)難度較大，大型的刮膜式蒸發(fā)器基本由國外廠商掌握。

（３）維修困難。

由于體積和重量都較大，當(dāng)設(shè)備蒸發(fā)器某部分需要維修時(shí)，維修難度大。

新型布膜式蒸發(fā)器有如下優(yōu)點(diǎn)。

（１）單位體積內(nèi)可擴(kuò)展更多的加熱面積。傳統(tǒng)的刮膜式蒸發(fā)器內(nèi)部空間基本上浪費(fèi)掉了，而新型布膜式蒸發(fā)器分離室內(nèi)部密布了多個(gè)加熱盤，單位體積內(nèi)可布置更多的加熱面積，只需增加盤的個(gè)數(shù)即可。

（２）蒸發(fā)效率高，循環(huán)污水經(jīng)泵和噴嘴，噴射到轉(zhuǎn)動(dòng)的加熱盤上，流量可調(diào)節(jié)，當(dāng)噴射到加熱盤上的水旋轉(zhuǎn)接近一周時(shí)，由于刮板的作用，使此時(shí)還未來得及完全蒸發(fā)的水膜厚度再一次均勻，形成強(qiáng)烈換熱蒸發(fā)，蒸發(fā)效率高。

（３）可刮除結(jié)焦、結(jié)垢。刮刀與加熱盤表面完全吻合，可將加熱盤表面刮凈，不必?fù)?dān)心加熱盤表面殘留結(jié)晶、結(jié)垢，這也是其他類型的蒸發(fā)器無法解決的問題。

（４）停留時(shí)間短。液體在加熱盤上停留時(shí)間只有減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間，一般４５ｓ即可完成一周，所以同樣適宜回收熱敏性物質(zhì)。

（５）適合于各種黏度的液體，可以處理黏度達(dá)１００Ｐａ?ｓ的高黏性液體。

４、結(jié)語

線材加工污水處理是保障當(dāng)前金屬制品行業(yè)向節(jié)約型、低能耗、高質(zhì)量發(fā)展的必然要求和趨勢(shì)，介紹了傳統(tǒng)單效、多效蒸發(fā)技術(shù)以及機(jī)械蒸汽再壓縮（ＭＶＲ）技術(shù)的能效比較，詳細(xì)介紹了新型布膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和工作原理。新型布膜式蒸發(fā)器具有能耗低、處理量可擴(kuò)展、自動(dòng)化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)線材加工污水可進(jìn)行高效高質(zhì)的處理，具有廣闊的技術(shù)和市場(chǎng)前景。但需注意的是，在選擇何種蒸發(fā)工藝時(shí)，應(yīng)依據(jù)當(dāng)時(shí)、當(dāng)?shù)氐恼羝麅r(jià)格、電價(jià)和投資來綜合決定。（來源：威海潤藍(lán)水處理設(shè)備有限公司）