一、前 言

化工行業(yè)廢水的水質(zhì)比較復(fù)雜，屬于高硬度、高堿度、高氯離子并含有較多有機物質(zhì)的廢水，此類廢水對環(huán)境污染性極強,處理難度也較大，這是化工生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)廢水零排放的一大難點。目前，對于化工廢水的處理，一般采用蒸干濃縮結(jié)晶處理工藝。

在蒸發(fā)濃縮過程中，隨著廢液濃度的提高，會在蒸發(fā)器加熱裝置表面形成硬垢和軟垢，影響蒸發(fā)器的傳熱效率，進而導(dǎo)致蒸發(fā)器工作效率大大降低。因此設(shè)備短時間內(nèi)就需要停車清洗。這既增加成本又影響生產(chǎn)，成為困擾廢液濃縮的一個難題。

我公司針對蒸發(fā)器設(shè)備和化工企業(yè)廢水特點，開展了以下工作：（1）開發(fā)出具有針對性且阻垢分散效果優(yōu)良的蒸發(fā)器專用阻垢分散劑，保證蒸發(fā)器等設(shè)備系統(tǒng)在強結(jié)垢環(huán)境中的長期安全穩(wěn)定滿負(fù)荷運行；（2）蒸發(fā)器系統(tǒng)在運行過程中，會受到高含鹽廢液的侵蝕和形成垢下腐蝕，蒸發(fā)器專用阻垢分散劑含有金屬緩蝕成分，可以大大降低金屬的腐蝕速率，延長設(shè)備使用年限；（3）通過大量模擬試驗對所開發(fā)的蒸發(fā)器專用阻垢分散劑的使用效果進行了測定，確定了對有機物、碳酸鹽垢、硫酸鹽垢、磷酸鹽垢、生物污垢、腐蝕污垢等垢類具有優(yōu)秀的阻垢分散效果，達(dá)到優(yōu)級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合藥劑配方。

二、廢水蒸發(fā)過程容易產(chǎn)生的問題及機理

廢水在不斷運行過程中，由于水的不斷蒸發(fā)，各種無機離子和有機物質(zhì)被濃縮，會造成嚴(yán)重的水垢附著、腐蝕，泡沫滋生。這些危害會威脅和破壞蒸發(fā)器設(shè)備長周期安全生產(chǎn)，給工廠造成重大的經(jīng)濟損失。大量事實證明，在蒸發(fā)器系統(tǒng)中采用投加阻垢分散劑和消泡劑進行化學(xué)處理的方法，可以有效的解決設(shè)備因腐蝕、結(jié)垢和泡沫滋生造成的金屬腐蝕和換熱效率下降、蒸發(fā)量下降等問題，并且可以節(jié)約生產(chǎn)成本，降低能耗，從而保證生產(chǎn)能長期穩(wěn)定安全地進行。

1.腐蝕機理

（1）水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕

在廢水系統(tǒng)中，當(dāng)碳鋼與溶有02的水接觸時，由于金屬表面的不均勻性和水的導(dǎo)電性，在碳鋼表面會形成許多腐蝕微電池，微電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)分別發(fā)生下列氧化、還原反應(yīng)：

在陽極區(qū)Fe=Fe2++2e 在陰極區(qū)02+2H20+4e=40H-

在水中Fe2++20H-=Fe(OH)2 Fe(OH)2=Fe(OH)3

這些反應(yīng)，促使微電池中陽極區(qū)的金屬不斷溶解而被腐蝕。

（2）有害離子引起的腐蝕

廢水在濃縮過程中，除鈣鎂離子濃度隨濃縮倍數(shù)增長而增加外，其它的鹽類如氯化物、硫酸鹽等的濃度也會增加。當(dāng)Cl-和S042-離子濃度增高時，會加速碳鋼的腐蝕。Cl-和S042-會使金屬上保護膜的保護性能降低，尤其是Cl-的離子半徑小，穿透性強，容易穿過膜層，置換氧原子形成氯化物，加速陽極過程的進行，使腐蝕加速，所以氯離子是引起點蝕的原因之一。

對于不銹鋼制造的換熱器，Cl-是引起應(yīng)力腐蝕的主要原因，因此水中Cl-離子的含量過高，常使設(shè)備上應(yīng)力集中的部分(如換熱器花板的邊緣)迅速受到腐蝕破壞。

2.成垢機理

蒸發(fā)器系統(tǒng)在運行過程中，會有各種物質(zhì)沉積在管道和換熱器上，這些物質(zhì)統(tǒng)稱為沉積物。它們主要是由水垢及腐蝕產(chǎn)物、淤泥、有機物構(gòu)成，后三者統(tǒng)稱為軟垢。

（1）水垢的形成

天然水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等，其中以溶解的重碳酸鹽如Ca(HC03)2、Mg(HC03)2最不穩(wěn)定，受熱容易分解生成碳酸鹽。因此，如果廢水中重碳酸鹽含量較多，隨著水溫的升高會發(fā)生下列反應(yīng)：

Ca(HC03)2→CaC03↓+H20+C02↑

如果水中有磷酸鹽時，將會生成磷酸鈣

2P043-+3Ca2+→Ca3(PO4)2 ↓

上述反應(yīng)中生成的碳酸鈣和磷酸鈣均屬微溶性鹽，同時它們的溶解度不是像一般鹽類那樣，隨著溫度的升高而升高，而是隨著溫度的升高而降低，因此，這些微溶性鹽很容易達(dá)到過飽和狀態(tài)，由水中結(jié)晶析出。當(dāng)水流速比較小或換熱面比較相糙時，這些結(jié)晶沉淀物就容易沉積在傳熱表面上。

此外，水中溶解的硫酸鈣、硫酸鎂、硅酸鎂等，當(dāng)其離子濃度的乘積超過其本身溶度積時，也會生成沉淀，沉積在管道和換熱面上。以上這些沉積物統(tǒng)稱為水垢。由于這些水垢結(jié)晶致密，比較堅硬，又稱之為硬垢。

（2）污垢的形成

污垢一般是由顆粒細(xì)小的有機物質(zhì)、泥沙、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀氫氧化物、腐蝕產(chǎn)物組成。

當(dāng)這樣的水質(zhì)流經(jīng)換熱面，由于流速較慢，換熱面表面粗糙，很容易沉積、粘連在其表面，形成污垢。這些污垢體積較大、質(zhì)地疏松稀軟，故又稱為軟垢，在蒸發(fā)系統(tǒng)中有時受熱焦化，表現(xiàn)為焦垢。它們是引起垢下腐蝕的主要原因。

當(dāng)防腐、防垢措施不力，水垢、污垢相互交織促進，除會加劇腐蝕、結(jié)垢外，在蒸發(fā)器系統(tǒng)中產(chǎn)生的最主要問題是影響傳熱，碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)為46.4～69.6W/(m·K)，而污垢導(dǎo)熱系數(shù)約為0.11～0.58 W/(m·K)，它是導(dǎo)致?lián)Q熱效果不好的主要原因。

3.起泡機理

氣泡是汽體和液體接觸產(chǎn)生的。一般純液體中，氣泡存在時間較短，但在含有表面活性劑的溶液中，如發(fā)酵液 、廢水、生物藥液中，氣泡存在時間會較長。氣泡的存在與起泡和消泡的速度有關(guān) ，起泡速度快而消泡速度慢 ，泡沫存在時間就長，起泡速度慢而消泡速度快則泡沫存在時間較短 。

蒸發(fā)過程中氣泡的產(chǎn)生有以下幾種原因 。

(1)由于沖擊 、撞擊等作用，使氣體相分散到液相中 。

(2)物料中有蛋白類、油類、脂肪酸、聚二乙醇和硅氧烷等表面活性物質(zhì)，使物料本身容易起泡。

(3)物料在輸送、儲存過程中由于加熱、蒸發(fā)使液體中有氣相的產(chǎn)生等 。

一般來說 ，由于機械力的作用使物料產(chǎn)生泡沫是最常見的，但在發(fā)酵、污水處理 、農(nóng)藥生產(chǎn)等行業(yè)，物料中催化劑、培養(yǎng)基、微生物蛋白質(zhì)的存在也會產(chǎn)生大量的氣泡 。

三、 日常運行水處理技術(shù)方案

1. 根據(jù)貴公司蒸發(fā)器水系統(tǒng)的情況及廢水狀況，該系統(tǒng)具有以下特點：

（1）貴公司廢水的堿度高，硬度、磷酸根和濁度很高，廢液蒸發(fā)時濃縮倍數(shù)也比較高，因此在高溫下具有很嚴(yán)重的結(jié)垢傾向，將可在金屬表面形成一層污垢，降低廢液流通面積和換熱效率，降低蒸發(fā)量；

（2）該廢水電導(dǎo)率、氯離子含量、濁度很高，在高溫下會加劇金屬的電化學(xué)腐蝕和引起垢下腐蝕隱患，引起金屬腐蝕穿孔，嚴(yán)重時會造成非停車檢修和設(shè)備的更換。

2. 水處理的目的：

就是通過化學(xué)藥劑抑制水系統(tǒng)中腐蝕，結(jié)垢和泡沫滋生危害，保證生產(chǎn)運行高效，安全。根據(jù)貴公司蒸發(fā)器水系統(tǒng)的特點及工藝狀況，通過以下處理保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行：

2.1 蒸發(fā)器專用阻垢分散劑的阻垢作用

（1）螯合作用：與溶液中的陽離子螯合而降低了溶液中微溶鹽的過飽和度，從而抑制了垢的形成。

（2）晶格畸變作用：在垢的形成過程中吸附在晶核或微晶上，占據(jù)一定的位置，阻礙和破壞了晶體的正常生長，減慢晶體的生長速率，從而減少了垢的形成。

（3）抑制作用：在晶體的生長過程中吸附在微晶的活性生長點上，減慢甚至完全抑制了晶體的生長，使微晶不能長大從水中沉淀出來。

（4）膠粒分散作用：可吸附在水垢的顆粒表面，顯著增加其表面電位。因此，增大了顆粒間的靜電排斥，達(dá)到分散穩(wěn)定膠體的作用。

2.2 蒸發(fā)器專用阻垢分散劑的緩蝕作用

（1）氧化作用：能在金屬(如碳鋼、銅、不銹鋼等)表面形成氧化膜，膜厚一般只有幾納米至0.01um。氧化膜致密，與基礎(chǔ)金屬結(jié)合緊密，比較薄，可以促使金屬的氧化速度變得很慢。

（2）沉積作用：與水中其它離子或與電極反應(yīng)產(chǎn)物相結(jié)合形成難溶物，沉積在金屬表面，減緩腐蝕的進行。這種膜比較厚，可達(dá)0.1um，有時肉眼可見其色暈。對氧化膜是很好的補充，共同保證金屬的緩蝕效果。

2.3 蒸發(fā)器專用消泡劑的消泡作用

消泡劑是以微粒的形式存在于泡沫體系，當(dāng)泡沫要產(chǎn)生時，消泡劑會破壞氣泡界膜的彈性，抑制其產(chǎn)生。當(dāng)氣泡已經(jīng)產(chǎn)生時，消泡劑會捕獲氣泡上的疏水基，形成雙層膜，進而擴展形成雙層膜結(jié)構(gòu)，最后取代原來的氣泡膜。由于消泡劑表面的張力很低，從而降低氣泡的自我修復(fù)能力，能使含有消泡劑部分的泡膜的膜壁變薄，在周圍膜的表面張力牽引下造成氣泡膜的應(yīng)力不平衡，從而使氣泡破裂。

化學(xué)消泡劑的主要作用是從抑制氣泡的產(chǎn)生和加快氣泡的破裂兩個方面同時進行的。

3. 藥劑投加方法、濃度、加藥量

表、蒸發(fā)器水系統(tǒng)藥劑使用一覽表

藥劑名稱牌號建議投加濃度投加方法蒸發(fā)器專用阻垢劑100 mg/L自動連續(xù)蒸發(fā)器專用消泡劑根據(jù)現(xiàn)場情況確定

注：（1）為了保證蒸發(fā)器專用阻垢劑連續(xù)均勻的投加到水系統(tǒng)中，使水中藥劑含量穩(wěn)定，采用自動加藥系統(tǒng)。

（2）建議在更換使用本阻垢劑前進行徹底化學(xué)清洗將系統(tǒng)清洗干凈。

（3）在待處理水體進入蒸發(fā)器設(shè)備之前一定距離（一般2到3米）引入系統(tǒng)，能使藥劑同待處理液體充分混合；藥劑一般通過計量泵引入系統(tǒng)，每立方待處理液體，蒸發(fā)器專用阻垢劑合適的添加量為90g-150ppm，具體用量根據(jù)水體與工作狀況決定。蒸發(fā)器專用阻垢劑可以單獨添加，也可以同專用消泡劑一起引入系統(tǒng)。