對(duì)苯二甲腈廢水處理工藝研究

王海波

摘 要：本文對(duì)多效逆流蒸發(fā)和焚燒法聯(lián)合處理法的工藝進(jìn)行了介紹，并且系統(tǒng)的總結(jié)了多效逆流蒸發(fā)和焚燒法聯(lián)合處理法處理對(duì)苯二甲腈產(chǎn)生的高氨氮和高COD廢水過(guò)程中，效數(shù)、蒸發(fā)面積、真空度、液面高度、各效之間的傳熱溫差、燃燒溫度等對(duì)處理效果的影響，對(duì)保證其正常運(yùn)行提出了建議。

關(guān)鍵詞：高氨氮廢水;高COD廢水;對(duì)苯二甲腈;多效逆流蒸發(fā);焚燒法;聯(lián)合處理

1 概況

對(duì)苯二甲腈生產(chǎn)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生高氨氮廢水和高COD廢水兩種污染物，在一般情況下，針對(duì)高氨氮廢水可以使用折點(diǎn)加氯、氣體吹脫、沉淀、離子交換法以及生物硝化反硝化法等方法進(jìn)行處理，而針對(duì)高COD廢水的處理方法則較多，按照類(lèi)型可以分為生物處理法、物理處理法以及化學(xué)處理法，一般情況下要聯(lián)合使用以上方法，處理效果更好，也被稱(chēng)為聯(lián)合處理法。

多效逆流蒸發(fā)是一種物理方法，是多效蒸發(fā)技術(shù)的一種，在高鹽廢水處理中應(yīng)用廣泛。多效逆流蒸發(fā)指的是氣相和液相物料逆流流動(dòng)。料液和蒸汽流動(dòng)方向相反，原料由末效進(jìn)入，用泵依次輸送至前效，完成液由第一效底部取出。加熱蒸汽的流向仍是由第一效順序至末效。焚燒法是一種化學(xué)該方法，通過(guò)高溫化學(xué)反應(yīng)使廢水中有機(jī)物質(zhì)燃燒生成二氧化碳和水，整個(gè)過(guò)程隨著溫度升高經(jīng)歷蒸發(fā)、氣化、氧化三個(gè)階段[1]。

許多研究者結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)苯二甲腈生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的高氨氮以及高COD廢水提出改進(jìn)的處理方案，比如使用聯(lián)合法處理。本研究是采用多效逆流蒸發(fā)技術(shù)和焚燒法相結(jié)合的方法處理高氨氮和高COD廢水。

2 工藝流程

一套三效逆流蒸發(fā)和焚燒相結(jié)合的裝置主要由五個(gè)結(jié)構(gòu)組成，分別是過(guò)濾裝置、預(yù)熱裝置、三效逆流蒸發(fā)器裝置、氣液分離裝置以及濃縮液燃燒裝置等。利用三效逆流蒸發(fā)和焚燒相結(jié)合的裝置處理對(duì)苯二甲腈產(chǎn)生的高氨氮和高COD廢水的過(guò)程中，主要工藝內(nèi)部流向分為氣相流向與液相流向兩個(gè)流程，最后進(jìn)行燃燒處理，以下分別進(jìn)行介紹：

2.1 氣相流向

氣相流向主要為供熱蒸汽的流向，因此如何提高熱源的利用率極為重要。三效逆流蒸發(fā)裝置最大的特點(diǎn)就是在氣相工藝流動(dòng)中實(shí)現(xiàn)了熱量的多級(jí)利用，熱源利用率較高。首先飽和蒸汽通入一效預(yù)熱器中進(jìn)行換熱冷凝，冷凝后的冷凝液仍然含有較大的熱量，如果直接排出會(huì)造成能源的浪費(fèi)，因此將其通入預(yù)熱單元內(nèi)可以利用剩余熱量對(duì)苯二甲腈生產(chǎn)過(guò)程中造成的廢水進(jìn)行預(yù)熱處理;而一效蒸發(fā)器又會(huì)產(chǎn)生蒸汽，即二次蒸汽，二次蒸汽作為新的熱源被送入二效蒸發(fā)器中進(jìn)行換熱冷凝;二效蒸發(fā)器也會(huì)再一次產(chǎn)生二次蒸汽，同樣也作為熱源送入三效蒸發(fā)器中進(jìn)行換熱冷凝，二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷凝液則被送入冷凝液中間罐;而三效蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽則會(huì)送入冷凝器內(nèi)直接冷凝，其產(chǎn)生的冷凝液與二效蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷凝液一樣送入冷凝液中間罐。冷凝液中間罐的冷凝液與三效蒸發(fā)器冷凝后的冷凝液都被送入氣液分離裝置，未冷凝的蒸汽則使用真空泵進(jìn)行回收利用。

2.2 液相流向

液相流向主要是對(duì)苯二甲腈產(chǎn)生的高氨氮和高COD廢水的流動(dòng)處理過(guò)程。首先廢水要送入預(yù)熱裝置中進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完成后送入三效蒸發(fā)器中，在三效蒸發(fā)器中經(jīng)過(guò)換熱濃縮過(guò)程，廢水主要分為液相與氣相兩個(gè)部分，并被送入氣液分離裝置中進(jìn)行氣液分離，廢水的濃度達(dá)到要求后則會(huì)被送入二效蒸發(fā)器中進(jìn)行第二次換熱濃縮，同樣進(jìn)行氣液分離后，達(dá)到一定濃度后再送入一效蒸發(fā)器中進(jìn)行換熱濃縮。經(jīng)過(guò)連續(xù)三次換熱濃縮后，廢水的濃度已經(jīng)達(dá)到工藝要求，最后送到濃縮液燃燒裝置中進(jìn)行燃燒處理。

2.3 燃燒處理

主要是對(duì)污染物進(jìn)行處理，燃燒后的尾氣含有大量的熱量，為提高能源利用率，降低能耗，需要對(duì)其進(jìn)行換熱利用，此外，燃燒氣中還含有大量有害氣體，因此要通過(guò)SCR反應(yīng)器和噴淋塔進(jìn)行處理，保證無(wú)害化，處理完成后，無(wú)害化的燃燒氣體會(huì)通過(guò)煙囪排出。以上三個(gè)流程就是多效逆流蒸發(fā)和焚燒法聯(lián)合處理法處理對(duì)苯二甲腈產(chǎn)生的高氨氮和高COD廢水的主要流程。

3 廢水處理過(guò)程中的影響因素

3.1 效數(shù)

多效逆流蒸主要是相對(duì)于單效蒸發(fā)器而言，其最大的優(yōu)勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)了熱量的多級(jí)利用，上一效蒸發(fā)器換熱后產(chǎn)生的二次蒸汽都作為二次熱源在下一效蒸發(fā)器中進(jìn)行利用，極大的提高了能源的利用率，有效的降低了蒸汽用量，同時(shí)降低了總蒸發(fā)量，減輕了鍋爐壓力。但是多效蒸發(fā)器的設(shè)備投入較高，因此，要根據(jù)工廠的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行選擇，綜合考慮能效比與投入比。通常情況下一般考慮，三效、四效、五效。

3.2 蒸發(fā)面積

廢水是通過(guò)逐級(jí)加熱進(jìn)行濃縮的，為了提高預(yù)熱效率，預(yù)熱的升溫范圍應(yīng)控制在10～15℃之間，范圍太寬就很難達(dá)到溫度的預(yù)設(shè)值。 蒸發(fā)面積直接關(guān)系到蒸發(fā)器的換熱效率，不同的料液特性不同，從而影響蒸發(fā)面積的選擇。如料液的密度、粘度、比熱容以及導(dǎo)熱系數(shù)等都會(huì)對(duì)廢水的換熱效率造成影響;料液的表面張力會(huì)影響氣液分離過(guò)程和分離器的大小選擇等。所在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，因缺少對(duì)料液的特性了解不夠，可能會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)面積不足，從而影響蒸發(fā)器的換熱效率。因此，設(shè)計(jì)蒸發(fā)器時(shí)，需要考慮料液的特性，根據(jù)物料、熱量平衡等因素設(shè)置科學(xué)合理的蒸發(fā)面積。

3.3 真空度

蒸發(fā)器的工作環(huán)境主要為負(fù)壓，負(fù)壓的大小代表了真空度的高低，對(duì)于蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)量影響較大，此外，對(duì)能耗也有較大影響。真空度過(guò)低，末效及整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)的傳熱溫度差。真空度增大，可以降低蒸發(fā)系統(tǒng)的蒸汽消耗、提高設(shè)備生產(chǎn)能力、節(jié)約熱量、可降低預(yù)熱所用的蒸汽量。在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)采用盡可能高的真空度，以達(dá)到高產(chǎn)低耗的目的。影響真空度的因素有不凝氣體、冷卻水量和溫度、真空泵的吸氣量的大小。不凝汽來(lái)自于三部分，分別是二次蒸汽夾帶;冷卻水釋放;連接部位漏入。真空設(shè)備排除能力有限，如果不凝汽沒(méi)有及時(shí)排除容易造成設(shè)備堵塞[2]。再者，如果冷凝器無(wú)法及時(shí)冷凝二次蒸汽，則會(huì)造成二次蒸汽過(guò)多，從而導(dǎo)致真空偏低。

3.4 液面高度

液面過(guò)低，加熱室的加熱管上方易結(jié)垢，對(duì)于強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器，會(huì)造成循環(huán)泵氣蝕和振動(dòng);過(guò)高液面會(huì)導(dǎo)致料液蒸發(fā)速度過(guò)快，氣液分離空間小，降低蒸發(fā)效率。因此，對(duì)各效的蒸發(fā)器料液液面高度的精準(zhǔn)控制，對(duì)蒸發(fā)效率起著至關(guān)重要的作用。

3.5 各效之間的傳熱溫差

如何進(jìn)行效數(shù)選擇，主要由加熱蒸汽的溫度決定，應(yīng)該充分考慮，使得各效之間的傳熱溫差處于合理水平，避免出現(xiàn)上下效之間的溫差過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)量不足，影響蒸發(fā)效果，使得能耗增大。造成效間溫差脫節(jié)的原因包括能量利用率低、漏氣、蒸汽冷凝不暢。比如后一效面積小或者料液量不足、傳熱系數(shù)低，就會(huì)造成后一效不能及時(shí)利用前一效提供的熱源，或者冷凝水堵塞，造成蒸汽冷凝不暢。除此之外，影響多效逆流蒸發(fā)的因素還有其他因素，比如轉(zhuǎn)料泵動(dòng)力不足導(dǎo)致前一效的積液以及后一效缺料，使得效間溫差增大，出現(xiàn)干燒或結(jié)焦堵塞;進(jìn)料量過(guò)大導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，進(jìn)料量過(guò)小，使得蒸發(fā)溫度升高，造成干燒、結(jié)焦;進(jìn)料濃度和進(jìn)料溫度會(huì)影響料液的物性參數(shù)，直接影響傳熱系數(shù)。

3.6 燃燒溫度

濃縮液進(jìn)入直燃爐進(jìn)行燃燒，焚燒溫度的選擇取決于廢水的性質(zhì)，溫度過(guò)低無(wú)法達(dá)到燃燒效果;溫度過(guò)高，造成資源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)費(fèi)用高。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于多效逆流蒸發(fā)和焚燒聯(lián)合處理法的影響因素較多，上述僅從幾個(gè)大的方面進(jìn)行了分析，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還有很多其他的因素，如轉(zhuǎn)料泵動(dòng)力不足導(dǎo)致前一效的積液以及后一效缺料，使得效間溫差增大，出現(xiàn)干燒或結(jié)焦堵塞;進(jìn)料量過(guò)大導(dǎo)致傳熱系數(shù)降低，進(jìn)料量過(guò)小，使得蒸發(fā)溫度升高，造成干燒、結(jié)焦;進(jìn)料濃度和進(jìn)料溫度會(huì)影響料液的物性參數(shù)，直接影響傳熱系數(shù)等。焚燒爐的參數(shù)優(yōu)化以及焚燒效率是焚燒技術(shù)未來(lái)的主要研究方向。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)各參數(shù)的變化綜合分析，并采取相應(yīng)的措施，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉榮新.高鹽高COD廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)保與節(jié)能，2020：34-35.

[2]梁立強(qiáng).不凝性氣體對(duì)母液蒸發(fā)的影響與排除[J].有色冶金節(jié)能，2008，6（3）：34-35.