摘要：铀矿冶地浸废水具有量大、酸性、低放射性等特点，部分铀矿冶企业的蒸发池满足不了扩大生产的需求。对比分析了减压蒸发、三效蒸发、MVR蒸发等强制蒸发技术处理地浸废水的优缺点，发现在长期使用前提下，MVR 技术效能更高、废气排放量少、能量消耗少，相对更适用于地浸废水。基于 MVR 技术设计并搭建了可以集成控制的强制蒸发系统，依据废液组分确定了设备各阶段的加热温度和相应设备材质。

搭建的现场试验装置实现了系统的温度、压力、液位自动控制及连续循环蒸发，实际测试表明装置的蒸发量和效能系数与蒸发温度正相关。

在铀矿水冶、纯化转化和核燃料后处理等过程中均会产生放射性废水[1]。处理该类放射性废水的方法主要有沉淀法、吸附法、反渗透法、蒸发浓缩法、电解法、离子交换法等，通过特定的物理、化学或电化学反应，实现放射性核素的去除或分离。国内地浸行业处理该类废水的常用方法为蒸发浓缩法，该法可分为自然蒸发[7]与强制蒸发[8-9]。自然蒸发技术具有处理成本低、工艺简单、碳排放量低等优点，应用范围较广；但该工艺受气候条件影响较大，且受蒸发池面积限制往往无法满足企业扩大生产的需求。强制蒸发可分为减压蒸发、三效蒸发和 MVR 蒸发，具有不受自然气候条件影响、占地面积小等优点，但需要消耗较多能源。

在不影响现有地浸采铀环保安全性的情况下，对各类强制蒸发技术的能量消耗、蒸发效率进行比较，研究酸法地浸废液的 MVR蒸发技术方案，并进行控制端集成与现场安装、调试，以探究方案的处理效果。

01 废水处理强制蒸发技术 

1.1 减压蒸发

减压蒸发通过降低压力来降低液体的沸点和蒸发热，实现液体浓缩和分离。相比常压蒸发，减压蒸发能耗较低，适用于挥发性溶剂或热敏性化合物的处理。减压蒸发通过调节温度和压力提高蒸发速率，控制产品品质和浓度；但需要特殊设备和控制装置，系统较复杂、成本较高，同时还需采取安全措施维持真空度并防止泄漏。

1.2 三效蒸发

三效蒸发是通过多级蒸发器，将废液在不同压力下进行多次蒸发，从而实现废液的逐步浓缩（图1）。与单级蒸发相比，三效蒸发可充分利用废液中的热能，具有更高的能源利用率[11]；三效蒸发使废液中的水分被逐步蒸发浓缩，从而减少废液的体积，降低废液对环境的影响；同时三效蒸发可实现对产物质量的精确控制。三效蒸发适用于处理高浓度的溶解固体废液、高黏度的废液等，但三效蒸发系统的投资和运营成本较高。

1.3 MVR 蒸发

MVR 通过回收和再利用蒸汽能量来提高蒸发效率，其基本原理是利用机械能压缩蒸汽将其重新加热并注入到蒸发器中。注入的高压蒸汽可以增加蒸发器内的蒸汽压力，从而提高蒸发速率。

MVR 系统相对复杂，对参数的控制要求较高，主要组件有蒸发器、压缩机、冷凝器、蒸汽分离器。由于MVR技术可以在较低的温度下进行蒸发，因此可以保持物料的营养成分和产品质量。MVR 蒸发技术具有节能、排放量低、灵活性高和产品质量保持度高等优点，在工业领域中应用广泛，已成为改善生产过程和保护环境的重要技术之一。

1.4 强制蒸发技术的比选

对比3种蒸发方式，减压蒸发装置投资低但运行费用高；三效蒸发主要用于高浓度废液蒸发，投资和运行成本高；MVR 蒸发装置投资高但运行费用低。由于地浸铀矿山的低放射性废水处理量大，在系统运行时间长且蒸发量较大的情况下，采用 MVR 蒸发技术更为经济。02MVR蒸发技术现场应用

2.1 MVR 蒸发系统整体工艺

为了处理酸法地浸铀矿产生的蒸发池废水，研制了 MVR 蒸发装置。蒸发系统除 MVR 部分外，还涉及预处理等部分，整体工艺流程见图2。其中，预热之前的中和反应、过滤为预处理部分，在搪瓷反应釜中进行；预热及之后的流程在 MVR 装置，MVR 工艺流程见图3。

MVR蒸发装置中的物料走向可分为生蒸汽走向、物料走向、二次蒸汽走向以及冷凝液走向。

1）生蒸汽走向。刚开机时，蒸汽发生器产生的生蒸汽进入卧式加热器对物料进行预热，预热至90 ℃左右后，关闭生蒸汽的进口，MVR 蒸发装置进入自动控制模式。自动控制时，生蒸汽用于蒸汽压缩机密封。

2）物料走向。物料从前置预处理容器陶瓷反应釜排出后，进入2 级板式预热器预热，然后进入卧式加热器，蒸发完成后排出。

3）二次蒸汽走向。由强制循环产生的二次蒸汽经过 MVR 压缩机后，压力和温度都得到提升，此二次蒸汽进入卧式加热器作为热源。

4）冷凝走向水。经过增压后的二次蒸汽经过卧式加热器后，被冷凝成高温水；此高温水作为热源预热一级板式换热器，换热后的水排放或回用。

5）晶浆。晶浆经离心分离后，液相进入厂区蒸发池，与蒸发池废液合并处理。液相主要为硫酸钠溶液；固相主要成分硫酸钠，以及钙、镁等离子到达溶解度极限后析出的相应固体，固相作为固废处理。

2.2 蒸发物料组分

该地浸工艺中的浸出剂用硫酸配制，所以原废液呈明显酸性。经检测原废液pH为1.29，废液中硫酸根离子的质量浓度为56.3 g/L，其他金属、非金属离子含量不高。

为了降低废液对蒸发设备的腐蚀，加入氢氧化钠对原废液进行中和预处理，中和反应在搪瓷反应釜中进行，并在搪瓷反应釜实现初步预热；中和后经过滤器过滤，滤渣进入厂区开展铀回收，滤液进入 MVR 蒸发工艺，滤液中主要无机盐为硫酸钠。硫酸钠的溶解度和沸点见图4。

硫酸钠溶解度在30~50 ℃之间出现峰值，低于40 ℃析出十水硫酸钠，高于40 ℃析出硫酸钠晶体。十水硫酸钠含水量高、粒径大，为避免堵塞管道并降低出料时晶体的含水量，宜在50 ℃以上进行蒸发。此情况下，将物料浓缩到出料，经稠厚器析出晶体，之后使用DTB 结晶器进行结晶。该结晶器总容积约15m3，晶粒停留时间在3h以上，得到的晶体粒径较大，便于晶粒与过饱和溶液分离。蒸发残液进入厂区蒸发池，与蒸发池产物合并处理。

考虑到抗腐蚀需求，蒸汽压缩机采用2205 材质，加热器、分离器、除水器、换热器、中转罐、母液罐、管件法兰等均采用 316L 材质，结构平台采用碳钢材质、冷却水系统采用玻璃钢材质。

2.3 MVR 蒸发设备配置

根据矿山实际，设备蒸发的质量流量（F0)约3000kg/h。蒸发器的蒸发量（W）与质量流量(F0),物料初始质量分数(Wo)物料蒸发时的质量分数(W1)相关。蒸汽消耗量（D）与蒸发量基本相同，但设计时应设置一定的富余系数，富余系数设置为1.1。蒸发量计算公式为

物料的初始质量分数为5.63%，按照100 ℃蒸发设计，蒸发时饱和的质量分数为42.5%，由此蒸汽消耗量约为2 862.8 kg/h。

2.3.1 压缩机的功率

按照水的汽化潜热（r）为 2 320 kJ/kg 进行估算，则 MVR 的卧式加热器的换热功率Pw=Wr=6.04x10的6次方kj/h。

MVR 蒸发设备投入使用时一般为蒸发池蒸发效率较低的冬季，设计整体装置进液温度为0 ℃，经过搪瓷蒸发釜将温度预热至25 ℃再进入MVR 蒸发。考虑100 ℃下的硫酸钠溶解度和溶液沸点，按照水的比热容4.2 kJ/（kg·K） 进行计算，则液体升温部分所需的一级换热器和二级换热器的总换热功率为

而 MVR 装置的散热损失一般在2%~5%，效能系数（COP）一般为 10~30。按散热损失3.5%、效能系数为 20 进行考虑，则

2.3.4 设备配置

综上得到 MVR 蒸发器核心设备参数，配套相关设备后得到系统设备配置表（表 1）

03MVR蒸发装置现场应用 

MVR 蒸发装置在铀矿山现场进行了安装和试验。该装置利用高能效蒸汽压缩机提高二次蒸汽的压力和温度，然后将二次蒸汽打入加热器对废水再进行加热；受热的废水继续蒸发产生二次蒸汽，从而实现持续的循环蒸发状态。通过 PLC 控制 MVR 系统的温度、压力、液位，保持系统蒸发平衡，实现了自动控制循环蒸发、物料流量监测、加热控温、进排料启停、物料液位监测、釜内压力监测等功能，并通过 PLC 模块将所有控制端集成于触摸屏，实现了集成控制。对 MVR 蒸发装置开展现场测试应用，从98~106 ℃选择了5个蒸发温度进行了蒸发，测量了蒸发量并计算了COP，结果见表2。可以看出，MVR 蒸发装置的效能系数及蒸发量随着蒸发温度的提高而提高。

通过氢氧化钠中和解决了酸法地浸废液腐蚀性过高问题，同时利用反应设备预热，将低温废液加热到了 MVR 可以运行的温度。设计的 MVR 蒸发系统运行稳定连续，当蒸发温度略高于100 ℃时，系统平均蒸发量大于2 600 kg/h，满足设计要求。MVR 蒸发装置的效能系数及蒸发量与蒸发温度正相关。

西安量子晶环保科技有限公司是专业从事蒸发、浓缩、结晶、精馏、化工、环保、危废资源化利用等装置的研发、设计、生产、工程配套、工程施工与技术服务的专业公司。

公司的专项产品为蒸发浓缩、蒸发结晶、冷冻结晶、单效多效MVR热泵蒸发器、燃气 燃煤燃油直接蒸发器、高盐溶液及废水处理设备、废酸混酸分馏与回收处理、氟化物与含 氟物料回收处理、废有机物分馏提纯与资源化、废锂电池资源化回收处理、新能源材料生产装置、工业废混盐资源化回收利用。主要适用于石油、化工、冶金、轻工、发酵、食品、 酒精、造纸、化纤、医药、危废、环保等各行业各类物料的处理。

公司拥有强大的设计团队、成熟的设计制度以及多年的工程设计经验与施工服务体系， 从上世纪90年代起就涉足蒸发浓缩结晶领域，技术骨干均是专业设计院出身，专长于各类 高效节能蒸发浓缩与结晶系统的工程设计、设备生产、施工调试、运行维护等，尤其专长于对各类疑难问题提出系统解决方案。

服务热线：18591993310 ，18591993328