引言

随着工业化进程的加速，工业废水的有效处理成为环境保护的关键环节，防止盐碱污染、热污染等迫在眉睫。在此背景下，处理高盐废水，余热回收技术因其节能减排的潜力而备受关注。该技术旨在转化废水处理过程中的废热为可用能源，以提升能源利用效率并降低环境负担。尽管存在技术效率、经济成本和设备稳定性等挑战，但通过技术创新和系统优化，这些问题有望得到解决。本文将探讨废热回收技术的现状、挑战及优化策略，以期为工业废水处理领域的可持续发展提供参考。

一、工业废水处理中的废热回收现状

在工业废水处理过程中，余热主要来源于蒸发处理单元、生物处理单元和化学处理单元。如MVR蒸发处理单元主要针对高盐工业废水的处理，通过蒸汽、电等直接或间接加热将废水蒸发，产出工业盐和高温蒸馏水；生物处理单元中的微生物代谢活动会产生大量的热量；而化学处理单元中的化学反应也会直接释放出热能。

当前，废热回收技术主要通过热交换器、锅炉等设备，将废水中的热能传递给冷却水或进一步转化为热蒸汽，进而转化为可用的热能或电能。然而，废热回收技术在实际应用中仍面临一些挑战，工业废水处理厂普遍存在能源利用效率低下、覆盖面不广的问题。例如，废水的热能密度较低，导致回收效率不高；废水成分复杂，可能对热交换设备造成腐蚀，影响设备的稳定性和使用寿命；热能转化系统设备复杂，智能化控制能力差；企业设备投入大，投资回报期过长等。

二、废热回收面临的挑战与问题分析

首先考量的是在技术层面。这些问题主要涉及转换效率、设备稳定和环境适应性等方面。技术效率方面，工业废水的热能密度相对较低，限制了废热回收系统的能效。由于废水温度通常不高，导致热交换效率受限，难以实现大规模的能量转换。废水中的固体悬浮物和化学成分可能对热交换器造成堵塞和腐蚀，热源中含有腐蚀性化学物质，对热交换器等核心设备的耐腐蚀性提出了更高要求，影响系统的长期稳定运行。换热设备往往使用在较为恶劣的工业环境中，温度高、湿度大、有腐蚀性气体等造成设备使用环境恶劣，这些问题要求废热回收技术必须具备高效的热能转换机制和强大的抗污染能力。

经济成本是另一个重要的考量因素。废热回收系统的初期投资成本较高，包括热交换器、泵、管道以及其他辅助设备的购置和安装费用。而且，由于工业废水处理厂的规模和工艺流程差异较大，废热回收系统的设计与安装需要定制化，这也增加了成本。如何降低系统的投资和运营成本，提高经济效益，成为废热回收技术发展的关键问题。废水的温度和流量波动较大，在回收系统设计初期提出了更高的要求，设计处理能力及换热温度直接影响投资成本，投资过大则造成浪费，投资过小，则往往不能满足需求。

环境法规和政策也是影响废热回收技术推广的一个重要因素。不同地区对于废水排放和能源回收的法规不同，这要求废热回收技术必须符合当地的环保标准和能源政策。政策支持和激励措施的缺乏也是限制废热回收技术发展的一个重要因素。政府可以通过提供税收优惠、补贴或其他激励措施，鼓励企业投资废热回收技术。

三、废热回收技术优化与案例分析

为了提高废热回收效率，研究者们正在探索更为高效的热交换技术，如膜式热交换器和热管技术以及梯次换热技术等，这些技术能够提高热能传递效率，降低热损失。同时，在材料端，开发耐腐蚀、耐高温的新型热交换材料，这些材料能够提高设备的耐用性和稳定性。在管理端，通过集成控制和智能算法，可以实现对废水处理过程中废热的精准监测和高效管理，这种智能化的能源管理系统能够根据实时数据调整操作参数，优化能源利用效率，减少能源浪费。通过系统集成化的设计理念结合新技术、新材料提高废热回收系统的灵活性和扩展性，通过自动调节阀门、变频泵等设备来实现不同的工况下保持最佳的热交换效率，使其能够适应不同规模和类型的工业废水处理需求。

在案例分析方面，某工厂通过对MVR蒸发冷凝水的热交换系统，对工厂内使用的纯水加热，处理能力达到3000m³/d，使常温下的纯水温度能够提高接近20℃，然后直接使用到生产中。而冷凝下来的蒸馏水，又可以用作自来水回用于生产系统，达到了热水热值回用、降温后的热水实现正常回用，热资源和水资源双重回用。其中针对该系统设计了完全自控的设备，包括传感器、数据采集器和中央处理单元等，通过实时监测废水的温度、流量和热能参数，智能控制系统能够自动调整操作参数，以实现最优的热能回收效果。智能化控制不仅提高了能源利用效率，还降低了人工操作的复杂性和错误率。

某铅锌冶炼厂通过利用炉窑合金铜套管内的热纯水，在60-70℃时注入到余热锅炉中，通过燃煤再升温的方式，实现了蒸汽制造，大大节约了蒸汽制造热能。其污酸产出环节的废酸热量，通过钛合金内嵌式板式换热器的方式，将热能传导给硫酸，间接给硫酸加热，减少生产过程中酸浸反应釜内的蒸汽耗量，其中内嵌式板式换热器具有以下优点：

A.高传热效率‌：内嵌式板式换热器采用波纹设计，使得流体在换热器内形成复杂的流道，增强了流体的扰动，显著提高了传热系数。其传热效率通常比传统的管壳式换热器高出3-5倍，即使在低流速下也能保持良好的传热效果‌。

B.结构紧凑‌：内嵌式板式换热器的结构紧凑，板片采用叠加组装方式，每立方米体积内的换热面积可达250平方米，占地面积和占用空间较少。这使得其占地面积仅为管壳式换热器的1/5到1/8‌23。

C.操作灵活‌：通过增加或减少板片数量，可以快速调整传热面积，适应不同的换热需求。此外，通过重新排列板片，可以形成新的流程组合，适应多种介质和操作工况‌。

D.维护方便‌：内嵌式板式换热器的板片可以单独拆卸和清洗，维护方便。当需要进行检查或清洗时，只需松开夹紧螺栓，移动活动端板，即可卸下板片进行操作‌。

F.成本低廉‌：在相同的换热面积下，内嵌式板式换热器的原材料价格相对较低，主要采用金属板材，加工工艺简单，标准化程度高，可以批量生产，降低了制造成本‌。

结语

废热回收技术在工业废水处理领域的应用展现了节能减排的巨大潜力，尽管面临技术效率、经济成本和设备稳定性等挑战，但通过技术创新和系统优化，这些问题有望得到解决。案例分析进一步证实了废热回收技术在实际应用中的可行性和效益，为未来的技术发展和政策制定提供了实践基础。随着环保意识的提升和能源需求的增长，废热回收技术的发展将更加受到重视，预计未来将在提高能源利用效率、降低环境负担方面发挥更加关键的作用，为实现工业可持续发展贡献力量。

参考文献：

[1] 赵刚.工业废水处理中废热回收技术研究[J].环境科学与技术，2023, 46(3): 58-64.

[2] 钱伟.废热回收技术在工业废水处理中的应用[J].工业水处理，2022, 35(5): 33-37.

[3] 孙涛.提高工业废水处理废热回收效率的策略研究[J].能源与环保，2021, 29(2): 45-50.

作者简介：周向前，男（1991.06-），汉族，湖南宁乡，工程师，硕士，主要研究环保及能源管理。