早期的零排放水處理技術(shù)主要基于蒸發(fā)器和蒸發(fā)塘。而這兩種技術(shù)在用于廢水濃縮之前，早已在其它行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。其中蒸發(fā)器的典型工業(yè)應(yīng)用之一是氯堿行業(yè)中的堿液蒸發(fā)。學(xué)化工的同學(xué)們對此應(yīng)該不陌生。20年前，我的畢業(yè)實習(xí)就是在一個氯堿廠的蒸發(fā)工段完成的。

而在美國，早在1893年就建成了第一個氯堿工廠，氯堿工業(yè)在1940年以后更是隨著石油化工的興起得到了迅速發(fā)展，大型蒸發(fā)器的應(yīng)用隨之增加。這些行業(yè)主要使用多效蒸發(fā)器。

與傳統(tǒng)蒸發(fā)應(yīng)用相比，廢水蒸發(fā)面臨三大主要挑戰(zhàn)。一是廢水中的低溶解度組分極易隨著蒸發(fā)濃縮過程在換熱表面發(fā)生結(jié)垢；二是廢水中大量存在的氯離子極易在濃縮和加熱條件下對換熱材料造成腐蝕；三是由于不直接產(chǎn)生任何高價值產(chǎn)品，因而用戶普遍對能耗與運行成本更加敏感。

要解決這些問題，就需要對原有蒸發(fā)器在設(shè)計和工程方面做出相應(yīng)改進(jìn)。而這主要是由一些技術(shù)實力雄厚的工程公司完成的。在零排放特別是蒸發(fā)結(jié)晶領(lǐng)域，國際上最知名的三家公司是RCC、HPD和Aqua-Chem公司。

HPD公司成立于1921年，總部位于伊利諾伊州，號稱世界上最大的蒸發(fā)與結(jié)晶公司，在全球提供了超過800套蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。1998年，HPD被威立雅（Veolia）公司收購。

Aqua-Chem公司成立于1931年，總部位于威斯康星州，是熱法脫鹽系統(tǒng)的先驅(qū)之一。2000年，Aqua-Chem的工業(yè)濃縮與脫鹽（ICD）部門被阿奎克（Aquatech）公司收購，零排放業(yè)務(wù)即包括在內(nèi)。

RCC公司成立于1970年前后，總部位于華盛頓州，是最早推動零排放的技術(shù)公司?？梢院敛豢鋸埖卣f，RCC就是為零排放而生。1993年，RCC被Ionics公司收購。2005年，Ionics公司被GE收購。2017年，GE水處理業(yè)務(wù)被蘇伊士（Suez）收購。

1970年代早期，RCC的研究人員向廢水蒸發(fā)器中加入大量硫酸鈣顆粒，其粒徑為數(shù)十微米，它們與鹽水形成固液混合的漿液后，再進(jìn)入豎直的換熱管內(nèi)壁實現(xiàn)降膜蒸發(fā)。這就是所謂的晶種法工藝（Seeded Slurry Process）。

晶種法蒸發(fā)器改變了濃縮后的鹽水中硫酸鈣等低溶解度鹽的析出位置，使得結(jié)晶過程優(yōu)先發(fā)生在懸浮的硫酸鈣顆粒表面，而非換熱管表面，從而巧妙地解決了換熱管表面的結(jié)垢問題。

與此同時，航空鈦材也被開始用于制造廢水蒸發(fā)器的換熱管，有效解決了氯離子的腐蝕問題；機(jī)械蒸汽壓縮（MVR）工藝也得到應(yīng)用，大幅降低了蒸發(fā)器的絕對能耗，并方便電廠等用戶使用電能。

至此，采用鈦換熱管的晶種法MVR蒸發(fā)器，成為了第一代零排放處理技術(shù)的核心。時至今日，MVR鈦管蒸發(fā)器依然是幾乎所有零排放工藝的標(biāo)配。

蒸發(fā)塘是一種模仿自然過程的古老技術(shù)。由于它受氣候條件的限制較大，因此后續(xù)在一些項目中被噴霧干燥器取代。1981年，弗羅里達(dá)州蓋恩斯維爾（Gainesville）電廠建成，其零排放系統(tǒng)即在蒸發(fā)器后配備了噴霧干燥器。

但噴霧干燥器需要消耗大量的熱空氣，絕對能耗極高，處理規(guī)模有限，因此又逐漸被效率更高、操作彈性更大的強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器所取代。這樣，蒸發(fā)器與結(jié)晶器的組合也逐漸成為零排放系統(tǒng)的代名詞。

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