电镀废水零排放工艺中蒸发器的选型

电镀废水指电镀生产过程中排放的各种废水，一般根据废水所含污染物或重金属的种类分为酸碱废水、含氰废水、含铬废水、含镍废水、含镉废水、含铜废水、含锌废水、混合废水等。为解决电镀废水排放带来的环保问题，越来越多的电镀园区和企业采用电镀废水零排放工艺，实现废水的循环回用。在电镀废水零排放工艺中，蒸发器是必不可少的部分，也是决定电镀废水能否实现零排放的重要环节。

电镀废水零排放系统一般包括预处理系统、综合处理系统、膜系统和蒸发系统四大部分。预处理系统应遵循分类收集、分质处理的原则，如酸碱废水一般采用中和法，含氰废水采用碱性氯化法，含铬废水采用亚硫酸盐还原法，含镍废水、含镉废水、含铜废水、含锌废水、混合废水等则采用化学沉淀法或者离子交换法进行预处理。经分类预处理后，使各类废水中的一类污染物达到GB 21900–2008《电镀污染物排放标准》中“表3”的限值要求，一并进入综合处理系统，采用深度物化处理、生化处理等技术进一步去除有机物、氨氮、总氮等污染物，使出水达到膜系统的进水要求，再采用多级、多段组合膜工艺对废水进行浓缩减量处理。高盐度的膜系统浓水送至蒸发系统进行蒸发结晶处理，一方面产出结晶盐，另一方面得到达到回用水质要求的膜系统产水和蒸发冷凝水，全部循环回用于生产，从而最终实现电镀废水零排放。

蒸发器的选型和组成

目前电镀废水零排放工艺的蒸发器一般采用多效蒸发或者机械蒸汽再压缩(MVR)蒸发器，MVR蒸发器因为高效节能、运行费用低、自动化程度高等优点而在废水零排放中得到更为广泛的应用。MVR蒸发系统一般由预热器、强制循环加热器、结晶分离器、蒸汽压缩机、离心机、泵组、储罐、自动控制系统等组成。

浓水经进料泵提升、预热器预热后进入强制循环加热器，在其中被蒸汽加热后进入结晶分离器沸腾汽化，并气液分离。分离后的浓水在强制循环泵的作用下再次进入强制循环加热器中循环浓缩，直至达到过饱和状态而析出结晶盐。含有结晶盐的浓水经出料泵出料，送至稠厚器进一步增浓。然后进入离心机离心分离得到结晶盐，离心母液则经母液罐、母液泵重新回到结晶分离器继续浓缩结晶。结晶分离器产生的二次蒸汽进入蒸汽压缩机，经蒸汽压缩机压缩后其温度和焓值提高，然后重新回到强制循环加热器用作加热蒸汽，以达到重复利用和节能的目的。

加热蒸汽在强制循环加热器中释放潜热加热浓水的同时，本身被冷凝，并自流进入冷凝水罐。蒸发冷凝水经冷凝水泵提升，送至预热器回收热量后作为回用水回用到生产中。在工程实践中，若膜系统浓水的盐浓度较低，则在进入强制循环加热器和结晶分离器前，采用蒸发效率更高的降膜蒸发器、升膜蒸发器、板式蒸发器等进行预浓缩，可以进一步降低蒸发系统的整体投资和运行能耗。

强制循环加热器的设计

电镀废水零排放工艺中，强制循环加热器一般采用管壳式换热器，其传热面积A根据传热速率方程[计算：A=Q/(K·Δtm)。该式中的Q为热负荷，可通过对加热器作热量衡算求得。当忽略加热器热损失时，Q为加热蒸汽冷凝放出的热量。而K为总传热系数，根据工程实践经验一般可在800～1 200 W/(m2·°C)范围内选取；Δtm为传热的有效温差，是加热蒸汽温度与操作条件下物料沸点的差值。在蒸发器设计中，物料的沸点是基础数据，物料的沸点升高一般与溶质的类别、组成、操作压强、静压强、管路流动阻力等有关，当电镀废水主要含硫酸钠和氯化钠时，沸点一般升高4～10°C。在确定强制循环加热器传热面积之后，选定加热管的外径do和管长l即可计算加热管的数量n，即：n=A/(πdol)。

根据工程实践经验，do通常为0.025～0.032 m;l通常为6～8 m，最长达12 m以上。电镀废水零排放工艺中的加热器大多采用正三角形方式排列，其筒体直径D可以根据以下经验公式计算并圆整：D=1.6don0.5。在强制循环加热器的结构设计中，要特别注意壳程两个管口的设置。一是加热蒸汽进口，需要设置防冲板或者蒸汽导流筒，以减少加热蒸汽对加热管的冲击；二是不凝气排放口，应设置在蒸汽流动方向的末端，远离加热蒸汽进口的位置，以便更能有效排放不凝气。强制循环加热器还可以采用双加热室的设计，降低蒸发系统的运行能耗。

蒸发器结晶分离器的设计

结晶分离器的设计主要是确定分离器筒体直径和气相空间的高度。分离器的筒体直径D'可根据分离器内二次蒸汽体积流量Vg以及二次蒸汽流速ug来计算并圆整，即：D'=1.128(Vg/ug)0.5。ug与分离器内物料密度ρl及二次蒸汽密度ρg有关，在电镀废水零排放工艺中可按以下经验公式估算：ug=0.03(ρl–ρg)0.5/ρg0.5。

强制循环泵的选型设计

蒸发系统的强制循环泵采用大流量、低扬程的轴流泵。循环泵的流量V根据强制循环加热器加热管的截面积及加热管内物料流速u来计算，即：V=0.25πdi2nu 公式中，di为加热管的内径；u一般为1.5～2.5 m/s。循环泵的扬程H根据伯努利方程计算，一般介于3～5 m之间。循环泵的功率N与循环泵的流量、扬程、物料密度以及泵效率η有关，可以通过以下公式核算：N=V·H·ρl/(102η)。在强制循环泵的实际应用过程中，必须避免产生汽蚀。当强制循环泵发生汽蚀时，电流会突然升高，并伴随强烈的噪音和振动，对叶轮和泵体产生严重破坏。在选型设计时，应降低循环泵的汽蚀余量，同时提高蒸发装置的汽蚀余量，保证两者有0.5 m以上差值的安全裕量。

蒸汽压缩机的选型设计

蒸汽压缩机是MVR蒸发器的核心设备之一，目前在零排放工艺中广泛应用的主要有：罗茨压缩机、普通离心蒸汽压缩机和单级高速离心压缩机。罗茨压缩机转速较低，通常在750～1 650 r/min，运行稳定性较好，温升可达22～25°C，机组结构简单，但绝热效率较低，且单台设备处理量偏小，一般限制蒸发量在5 t/h以内。普通离心蒸汽压缩机一般转速为6 000～9 500 r/min，运行稳定性好，温升范围6～9°C，在电镀废水零排放工艺中常常2台串联使用。

单级高速离心压缩机转速可高达33 000 r/min，温升可达到20～24°C，但机组控制相对复杂。普通离心蒸汽压缩机和单级高速离心压缩机均属于恒压式压缩机，效率高，设备处理量大，推荐在蒸发量3 t/h以上的蒸发器中使用，使用时需做好流量、温度、压力、振动等的监测和控制，同时应充分考虑发生喘振工况的预防和保护措施。蒸汽压缩机选型时需要提供的基本设计参数包括处理量、进口压力、进口温度、压缩机温升、材质等。在电镀废水零排放蒸发系统中，压缩机温升一般为16～20°C，进口温度取决于蒸发器设计温度，80～95°C之间为宜。采用罗茨压缩机或普通离心蒸汽压缩机时，过流材质优先选用双相不锈钢；采用单级高速离心压缩机时，叶轮材质建议采用钛合金。

电镀废水零排放案例

蓝思科技电镀废水海淡膜浓缩液中水回用项目

项目位于湖南省长沙市，迈源与永清水务强强联手，为蓝思科技打造了处理能力为80t/d的电镀废水减量零排放处理项目。蓝思科技是智能设备视窗及外观防护、结构件与电子功能件领域的高新技术企业，也是全球首家将玻璃应用于手机上的厂商。处理对象为电镀废水海淡膜浓水，应用了迈源MYM2000蒸发设备，具有产水稳定达标、占地面积小、快速安装、维护简易、自动化程度高等特点。

东莞电镀废水减量零排放处理项目(两套MVR蒸发系统)

项目位于广东省东莞市，广州市迈源科技有限公司为国内某大型苹果手机电子产品代工厂打造了两期项目，分别为处理量120t/d电子清洗反渗透浓水处理项目和处理量25t/d电镀含镍膜浓缩液处理项目，项目运行稳定，产水持续达标，成为国内电子电镀废水处置的标杆项目。

青岛富士康半导体高端封测配套涉重废水深度处理项目

项目位于青岛市西海岸新区，迈源参与由青岛青水津膜高新科技有限公司承建的青岛半导体高端封测配套涉重废水深度处理项目已竣工并通过验收，于2021年8月正式投入运行。这是山东首个半导体高端封测配套涉重废水深度处理厂，在山东省半导体重金属废水处理领域尚属首次，工艺技术达到全国领先水平。整体项目采用污水“零排放”核心工艺，设计处理规模为150m³/d，工艺为“高效沉淀+臭氧接触+曝气生物过滤+超滤+反渗透+MVR蒸发结晶+尾水回用”，产生的的污泥危废外运，尾水全部回用。其中MVR蒸发结晶这一工艺段，采用的是迈源生产的MYM2000蒸发结晶设备，处理对象为电子清洗反渗透浓水，系统运行良好。