Un evaporador MVR de 3 t/h para aguas residuales de galvanoplastia de una fábrica de productos metálicos

I. Antecedentes del proyecto 

El cliente es un parque industrial de galvanoplastia de hardware que vierte 220 m³ de aguas residuales de enjuague diariamente. La calidad de las aguas residuales es la siguiente: Ni²⁺ 1800 mg/L, Cr³⁺ 600 mg/L, SO₄²⁻ 12000 mg/L, Cl⁻ 3500 mg/L, DQO 400 mg/L y conductividad 65 mS/cm. El proceso original de "precipitación química + filtración en arena + ósmosis inversa" produjo 30 m³/día de aguas residuales concentradas con metales pesados, con costos de subcontratación de hasta 480 RMB/tonelada, y se desperdiciaron los recursos de níquel y cromo. En 2024, la empresa inició un proyecto de modernización tecnológica de "vertido cero". Nuestra empresa suministró un evaporador MVR de 3 t/h (capacidad de evaporación) para aguas residuales de galvanoplastia bajo un modelo EPC. Se puso en marcha con éxito en febrero de 2025 y ha estado funcionando de forma continua durante más de 6500 horas hasta la fecha, logrando una tasa de recuperación de metales pesados de ≥98%, logrando los objetivos duales de descarga cero de aguas residuales y recuperación de alto valor de sales metálicas.

II. Ruta del proceso

1. Características influyentes

Elevación del punto de ebullición Δb = 12℃ (25℃ que contienen NiSO₄ + Cr₂(SO₄)₃, 70 kPa·A)

Sobresaturación crítica ΔCmax = 4 g/L, propensa a la formación de cristales finos de NiSO₄·6H₂O

Contiene F⁻, NO₃⁻ y una pequeña cantidad de abrillantador, lo que supone un riesgo de corrosión por grietas en los materiales de titanio.

2. Resumen del proceso

Agua de enjuague → Tanque de ecualización (pH 3.0) → Microfiltración tubular (0.1μm, para eliminar...) (Eliminación de SS y coloides) → Intercambio iónico quelante (Ni²⁺≤5mg/L, Cr³⁺≤2mg/L, líquido de regeneración de resina devuelto a la evaporación) → Precalentamiento (condensado + vapor secundario) → Evaporador de circulación forzada MVR → Cristalizador Oslo → Centrifugación → Secado en lecho fluidizado → Envasado automático. El vapor secundario experimenta un aumento de temperatura de 20℃ a través de un compresor centrífugo de alta velocidad, con una relación de compresión de 1.8, una temperatura de evaporación de 55℃ y un vacío de -91kPa, evitando eficazmente la hidrólisis a alta temperatura de NiSO₄.

3. Tecnología central

Estructura compuesta de acero de doble fase + titanio: tubos de calentamiento 2205, placa de tubos TA10 y separador, resistente a la corrosión por picaduras de Cl⁻ y al mismo tiempo que controla los costos.

Cristalización separada: la primera etapa a 55 °C precipita NiSO₄·6H₂O; la segunda etapa a 35 °C de cristalización por congelación precipita Cr₂(SO₄)₃·18H₂O, logrando la separación de níquel-cromo.

Lavado en línea de patas de sal: Tiempo de residencia del cristal ≥45 min, d50=1,1 mm, CV≤4%, humedad centrífuga ≤4%.

El reflujo de licor madre se puede ajustar entre 0 y 25 %. Cuando la relación Cr/Ni se enriquece a 3:1, se devuelve al tanque de galvanoplastia como "solución de envejecimiento", logrando así un circuito cerrado.

Limpieza inteligente: El CIP se activa cuando la conductividad aumenta un 5 % o la diferencia de temperatura es superior a 2 °C. Se alternan ácido cítrico y EDTA, lo que prolonga el ciclo de limpieza de 3 a 12 días.

III. Configuración del equipo

Evaporador: Área de intercambio de calor 480m², margen de diseño 25%, asegurando cinco años de operación sin fugas.

Compresor: Impulsor fresado de una sola pieza de material de titanio, diámetro 0,8 m, velocidad lineal ≤260 m/s, cojinete de levitación magnética, vida útil de diseño 100.000 h, valor de vibración <1,0 mm/s.

Centrífuga: empujador de pistón de dos etapas, espacio entre filtros de 0,10 mm, la sección de lavado utiliza licor madre enfriado a 5 ℃ para reducir el arrastre de Cl⁻ a 100 ppm.

Secado: Lecho fluidizado circulante de circuito cerrado, protección de nitrógeno, contenido de oxígeno <2%, temperatura del producto ≤50℃, evitando la transformación de la fase de deshidratación de NiSO₄.

IV. Automatización y seguridad

DCS+APC: Control de circuito cerrado de tasa de evaporación, relación de compresión, densidad de licor madre y analizador en línea de Ni²⁺, fluctuación ±1,5%.

SIS redundante dual: 14 enclavamientos que incluyen sobretensión del compresor, contenido de oxígeno >5 %, temperatura >60 ℃, fuga de Ni²⁺ >0,1 mg/m³, tiempo de respuesta <200 ms.

Zonificación a prueba de explosiones: Área del compresor ExdⅡCT4, todos los instrumentos, iluminación y enchufes de mantenimiento están certificados a prueba de explosiones.

Recuperación de metales pesados en línea: La solución de regeneración de resina se procesa en un tanque de electrodeposición; pureza de la placa de níquel ≥99,5%, recuperación anual de 28 toneladas de níquel y 8 toneladas de cromo, valoradas en 4,2 millones de yuanes.

V. Datos operativos (evaluación del desempeño en mayo de 2025)

• Tasa de evaporación: 3000 kg/h (Diseño 3000)

• Vapor vivo: 0,09 t/t de agua (Diseño 0,12)

• Consumo de energía: 28 kWh/t de agua (Compresor + Bomba de circulación + Bomba de vacío + Unidad de refrigeración)

• Agua de refrigeración: 1,2 t/t de agua (32℃→38℃)

• Salida: NiSO₄·6H₂O 1,8 t/d, pureza 99,1 %, Cl⁻≤150 ppm, Cr≤50 ppm

• Tasa de recuperación del sistema: Ni²⁺ 98,5 %, Cr³⁺ 98,0 %, tasa de reutilización de agua 100 %, todos los residuos de la planta Vertido cero de agua

VI. Beneficios económicos y ambientales

Ahorro anual de vapor de 10.000 toneladas, equivalente a 1.100 toneladas de carbón estándar, y reducción de carbono de 2.900 toneladas. Ahorro en costes de externalización de 4,5 millones de yuanes al año (30 m³/día × 480 yuanes/t × 330 días). Ingresos anuales por ventas de sales metálicas y placas de níquel de 6,2 millones de yuanes, con una reducción total de costes operativos de 9,2 millones de yuanes. Plazo de amortización de la inversión de 1,6 años.

VII. Comentarios de los clientes

El sistema MVR ha estado funcionando durante seis meses sin ninguna falla del compresor, y la pureza de las sales de níquel ha alcanzado consistentemente el grado de galvanoplastia, eliminando por completo la necesidad de subcontratar la producción de metales pesados. El proyecto ha convertido las aguas residuales en recursos, contribuyendo significativamente a la creación de una fábrica ecológica en el parque industrial.