對苯二甲腈廢水處理工藝研究

王海波

摘 要：本文對多效逆流蒸發和焚燒法聯合處理法的工藝進行了介紹，并且系統的總結了多效逆流蒸發和焚燒法聯合處理法處理對苯二甲腈產生的高氨氮和高COD廢水過程中，效數、蒸發面積、真空度、液面高度、各效之間的傳熱溫差、燃燒溫度等對處理效果的影響，對保證其正常運行提出了建議。

關鍵詞：高氨氮廢水;高COD廢水;對苯二甲腈;多效逆流蒸發;焚燒法;聯合處理

1 概況

對苯二甲腈生產的過程中，會產生高氨氮廢水和高COD廢水兩種污染物，在一般情況下，針對高氨氮廢水可以使用折點加氯、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行處理，而針對高COD廢水的處理方法則較多，按照類型可以分為生物處理法、物理處理法以及化學處理法，一般情況下要聯合使用以上方法，處理效果更好，也被稱為聯合處理法。

多效逆流蒸發是一種物理方法，是多效蒸發技術的一種，在高鹽廢水處理中應用廣泛。多效逆流蒸發指的是氣相和液相物料逆流流動。料液和蒸汽流動方向相反，原料由末效進入，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。焚燒法是一種化學該方法，通過高溫化學反應使廢水中有機物質燃燒生成二氧化碳和水，整個過程隨著溫度升高經歷蒸發、氣化、氧化三個階段[1]。

許多研究者結合實際經驗，針對苯二甲腈生產過程中產生的高氨氮以及高COD廢水提出改進的處理方案，比如使用聯合法處理。本研究是采用多效逆流蒸發技術和焚燒法相結合的方法處理高氨氮和高COD廢水。

2 工藝流程

一套三效逆流蒸發和焚燒相結合的裝置主要由五個結構組成，分別是過濾裝置、預熱裝置、三效逆流蒸發器裝置、氣液分離裝置以及濃縮液燃燒裝置等。利用三效逆流蒸發和焚燒相結合的裝置處理對苯二甲腈產生的高氨氮和高COD廢水的過程中，主要工藝內部流向分為氣相流向與液相流向兩個流程，最后進行燃燒處理，以下分別進行介紹：

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。三效逆流蒸發裝置最大的特點就是在氣相工藝流動中實現了熱量的多級利用，熱源利用率較高。首先飽和蒸汽通入一效預熱器中進行換熱冷凝，冷凝后的冷凝液仍然含有較大的熱量，如果直接排出會造成能源的浪費，因此將其通入預熱單元內可以利用剩余熱量對苯二甲腈生產過程中造成的廢水進行預熱處理;而一效蒸發器又會產生蒸汽，即二次蒸汽，二次蒸汽作為新的熱源被送入二效蒸發器中進行換熱冷凝;二效蒸發器也會再一次產生二次蒸汽，同樣也作為熱源送入三效蒸發器中進行換熱冷凝，二效蒸發器產生的冷凝液則被送入冷凝液中間罐;而三效蒸發器產生的蒸汽則會送入冷凝器內直接冷凝，其產生的冷凝液與二效蒸發器產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行回收利用。

2.2 液相流向

液相流向主要是對苯二甲腈產生的高氨氮和高COD廢水的流動處理過程。首先廢水要送入預熱裝置中進行預熱，預熱完成后送入三效蒸發器中，在三效蒸發器中經過換熱濃縮過程，廢水主要分為液相與氣相兩個部分，并被送入氣液分離裝置中進行氣液分離，廢水的濃度達到要求后則會被送入二效蒸發器中進行第二次換熱濃縮，同樣進行氣液分離后，達到一定濃度后再送入一效蒸發器中進行換熱濃縮。經過連續三次換熱濃縮后，廢水的濃度已經達到工藝要求，最后送到濃縮液燃燒裝置中進行燃燒處理。

2.3 燃燒處理

主要是對污染物進行處理，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，需要對其進行換熱利用，此外，燃燒氣中還含有大量有害氣體，因此要通過SCR反應器和噴淋塔進行處理，保證無害化，處理完成后，無害化的燃燒氣體會通過煙囪排出。以上三個流程就是多效逆流蒸發和焚燒法聯合處理法處理對苯二甲腈產生的高氨氮和高COD廢水的主要流程。

3 廢水處理過程中的影響因素

3.1 效數

多效逆流蒸主要是相對于單效蒸發器而言，其最大的優勢就是實現了熱量的多級利用，上一效蒸發器換熱后產生的二次蒸汽都作為二次熱源在下一效蒸發器中進行利用，極大的提高了能源的利用率，有效的降低了蒸汽用量，同時降低了總蒸發量，減輕了鍋爐壓力。但是多效蒸發器的設備投入較高，因此，要根據工廠的實際應用情況進行選擇，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 蒸發面積

廢水是通過逐級加熱進行濃縮的，為了提高預熱效率，預熱的升溫范圍應控制在10～15℃之間，范圍太寬就很難達到溫度的預設值。 蒸發面積直接關系到蒸發器的換熱效率，不同的料液特性不同，從而影響蒸發面積的選擇。如料液的密度、粘度、比熱容以及導熱系數等都會對廢水的換熱效率造成影響;料液的表面張力會影響氣液分離過程和分離器的大小選擇等。所在實際生產應用中，因缺少對料液的特性了解不夠，可能會導致蒸發面積不足，從而影響蒸發器的換熱效率。因此，設計蒸發器時，需要考慮料液的特性，根據物料、熱量平衡等因素設置科學合理的蒸發面積。

3.3 真空度

蒸發器的工作環境主要為負壓，負壓的大小代表了真空度的高低，對于蒸發器的蒸發溫度和蒸發量影響較大，此外，對能耗也有較大影響。真空度過低，末效及整個蒸發系統的傳熱溫度差。真空度增大，可以降低蒸發系統的蒸汽消耗、提高設備生產能力、節約熱量、可降低預熱所用的蒸汽量。在實際生產中應采用盡可能高的真空度，以達到高產低耗的目的。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。真空設備排除能力有限，如果不凝汽沒有及時排除容易造成設備堵塞[2]。再者，如果冷凝器無法及時冷凝二次蒸汽，則會造成二次蒸汽過多，從而導致真空偏低。

3.4 液面高度

液面過低，加熱室的加熱管上方易結垢，對于強制循環蒸發器，會造成循環泵氣蝕和振動;過高液面會導致料液蒸發速度過快，氣液分離空間小，降低蒸發效率。因此，對各效的蒸發器料液液面高度的精準控制，對蒸發效率起著至關重要的作用。

3.5 各效之間的傳熱溫差

如何進行效數選擇，主要由加熱蒸汽的溫度決定，應該充分考慮，使得各效之間的傳熱溫差處于合理水平，避免出現上下效之間的溫差過大，否則會導致蒸發量不足，影響蒸發效果，使得能耗增大。造成效間溫差脫節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、傳熱系數低，就會造成后一效不能及時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，影響多效逆流蒸發的因素還有其他因素，比如轉料泵動力不足導致前一效的積液以及后一效缺料，使得效間溫差增大，出現干燒或結焦堵塞;進料量過大導致傳熱系數降低，進料量過小，使得蒸發溫度升高，造成干燒、結焦;進料濃度和進料溫度會影響料液的物性參數，直接影響傳熱系數。

3.6 燃燒溫度

濃縮液進入直燃爐進行燃燒，焚燒溫度的選擇取決于廢水的性質，溫度過低無法達到燃燒效果;溫度過高，造成資源浪費，經濟費用高。

4 結語

對于多效逆流蒸發和焚燒聯合處理法的影響因素較多，上述僅從幾個大的方面進行了分析，在實際生產過程中還有很多其他的因素，如轉料泵動力不足導致前一效的積液以及后一效缺料，使得效間溫差增大，出現干燒或結焦堵塞;進料量過大導致傳熱系數降低，進料量過小，使得蒸發溫度升高，造成干燒、結焦;進料濃度和進料溫度會影響料液的物性參數，直接影響傳熱系數等。焚燒爐的參數優化以及焚燒效率是焚燒技術未來的主要研究方向。在實際生產過程中，需要根據各參數的變化綜合分析，并采取相應的措施，以保證正常運轉。

參考文獻：

[1]劉榮新.高鹽高COD廢水處理技術研究進展[J].環保與節能，2020：34-35.

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