对苯二甲腈废水处理工艺研究

王海波

摘 要：本文对多效逆流蒸发和焚烧法联合处理法的工艺进行了介绍，并且系统的总结了多效逆流蒸发和焚烧法联合处理法处理对苯二甲腈产生的高氨氮和高COD废水过程中，效数、蒸发面积、真空度、液面高度、各效之间的传热温差、燃烧温度等对处理效果的影响，对保证其正常运行提出了建议。

关键词：高氨氮废水;高COD废水;对苯二甲腈;多效逆流蒸发;焚烧法;联合处理

1 概况

对苯二甲腈生产的过程中，会产生高氨氮废水和高COD废水两种污染物，在一般情况下，针对高氨氮废水可以使用折点加氯、气体吹脱、沉淀、离子交换法以及生物硝化反硝化法等方法进行处理，而针对高COD废水的处理方法则较多，按照类型可以分为生物处理法、物理处理法以及化学处理法，一般情况下要联合使用以上方法，处理效果更好，也被称为联合处理法。

多效逆流蒸发是一种物理方法，是多效蒸发技术的一种，在高盐废水处理中应用广泛。多效逆流蒸发指的是气相和液相物料逆流流动。料液和蒸汽流动方向相反，原料由末效进入，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸汽的流向仍是由第一效顺序至末效。焚烧法是一种化学该方法，通过高温化学反应使废水中有机物质燃烧生成二氧化碳和水，整个过程随着温度升高经历蒸发、气化、氧化三个阶段[1]。

许多研究者结合实际经验，针对苯二甲腈生产过程中产生的高氨氮以及高COD废水提出改进的处理方案，比如使用联合法处理。本研究是采用多效逆流蒸发技术和焚烧法相结合的方法处理高氨氮和高COD废水。

2 工艺流程

一套三效逆流蒸发和焚烧相结合的装置主要由五个结构组成，分别是过滤装置、预热装置、三效逆流蒸发器装置、气液分离装置以及浓缩液燃烧装置等。利用三效逆流蒸发和焚烧相结合的装置处理对苯二甲腈产生的高氨氮和高COD废水的过程中，主要工艺内部流向分为气相流向与液相流向两个流程，最后进行燃烧处理，以下分别进行介绍：

2.1 气相流向

气相流向主要为供热蒸汽的流向，因此如何提高热源的利用率极为重要。三效逆流蒸发装置最大的特点就是在气相工艺流动中实现了热量的多级利用，热源利用率较高。首先饱和蒸汽通入一效预热器中进行换热冷凝，冷凝后的冷凝液仍然含有较大的热量，如果直接排出会造成能源的浪费，因此将其通入预热单元内可以利用剩余热量对苯二甲腈生产过程中造成的废水进行预热处理;而一效蒸发器又会产生蒸汽，即二次蒸汽，二次蒸汽作为新的热源被送入二效蒸发器中进行换热冷凝;二效蒸发器也会再一次产生二次蒸汽，同样也作为热源送入三效蒸发器中进行换热冷凝，二效蒸发器产生的冷凝液则被送入冷凝液中间罐;而三效蒸发器产生的蒸汽则会送入冷凝器内直接冷凝，其产生的冷凝液与二效蒸发器产生的冷凝液一样送入冷凝液中间罐。冷凝液中间罐的冷凝液与三效蒸发器冷凝后的冷凝液都被送入气液分离装置，未冷凝的蒸汽则使用真空泵进行回收利用。

2.2 液相流向

液相流向主要是对苯二甲腈产生的高氨氮和高COD废水的流动处理过程。首先废水要送入预热装置中进行预热，预热完成后送入三效蒸发器中，在三效蒸发器中经过换热浓缩过程，废水主要分为液相与气相两个部分，并被送入气液分离装置中进行气液分离，废水的浓度达到要求后则会被送入二效蒸发器中进行第二次换热浓缩，同样进行气液分离后，达到一定浓度后再送入一效蒸发器中进行换热浓缩。经过连续三次换热浓缩后，废水的浓度已经达到工艺要求，最后送到浓缩液燃烧装置中进行燃烧处理。

2.3 燃烧处理

主要是对污染物进行处理，燃烧后的尾气含有大量的热量，为提高能源利用率，降低能耗，需要对其进行换热利用，此外，燃烧气中还含有大量有害气体，因此要通过SCR反应器和喷淋塔进行处理，保证无害化，处理完成后，无害化的燃烧气体会通过烟囱排出。以上三个流程就是多效逆流蒸发和焚烧法联合处理法处理对苯二甲腈产生的高氨氮和高COD废水的主要流程。

3 废水处理过程中的影响因素

3.1 效数

多效逆流蒸主要是相对于单效蒸发器而言，其最大的优势就是实现了热量的多级利用，上一效蒸发器换热后产生的二次蒸汽都作为二次热源在下一效蒸发器中进行利用，极大的提高了能源的利用率，有效的降低了蒸汽用量，同时降低了总蒸发量，减轻了锅炉压力。但是多效蒸发器的设备投入较高，因此，要根据工厂的实际应用情况进行选择，综合考虑能效比与投入比。通常情况下一般考虑，三效、四效、五效。

3.2 蒸发面积

废水是通过逐级加热进行浓缩的，为了提高预热效率，预热的升温范围应控制在10～15℃之间，范围太宽就很难达到温度的预设值。 蒸发面积直接关系到蒸发器的换热效率，不同的料液特性不同，从而影响蒸发面积的选择。如料液的密度、粘度、比热容以及导热系数等都会对废水的换热效率造成影响;料液的表面张力会影响气液分离过程和分离器的大小选择等。所在实际生产应用中，因缺少对料液的特性了解不够，可能会导致蒸发面积不足，从而影响蒸发器的换热效率。因此，设计蒸发器时，需要考慮料液的特性，根据物料、热量平衡等因素设置科学合理的蒸发面积。

3.3 真空度

蒸发器的工作环境主要为负压，负压的大小代表了真空度的高低，对于蒸发器的蒸发温度和蒸发量影响较大，此外，对能耗也有较大影响。真空度过低，末效及整个蒸发系统的传热温度差。真空度增大，可以降低蒸发系统的蒸汽消耗、提高设备生产能力、节约热量、可降低预热所用的蒸汽量。在实际生产中应采用尽可能高的真空度，以达到高产低耗的目的。影响真空度的因素有不凝气体、冷却水量和温度、真空泵的吸气量的大小。不凝汽来自于三部分，分别是二次蒸汽夹带;冷却水释放;连接部位漏入。真空设备排除能力有限，如果不凝汽没有及时排除容易造成设备堵塞[2]。再者，如果冷凝器无法及时冷凝二次蒸汽，则会造成二次蒸汽过多，从而导致真空偏低。

3.4 液面高度

液面过低，加热室的加热管上方易结垢，对于强制循环蒸发器，会造成循环泵气蚀和振动;过高液面会导致料液蒸发速度过快，气液分离空间小，降低蒸发效率。因此，对各效的蒸发器料液液面高度的精准控制，对蒸发效率起着至关重要的作用。

3.5 各效之间的传热温差

如何进行效数选择，主要由加热蒸汽的温度决定，应该充分考虑，使得各效之间的传热温差处于合理水平，避免出现上下效之间的温差过大，否则会导致蒸发量不足，影响蒸发效果，使得能耗增大。造成效间温差脱节的原因包括能量利用率低、漏气、蒸汽冷凝不畅。比如后一效面积小或者料液量不足、传热系数低，就会造成后一效不能及时利用前一效提供的热源，或者冷凝水堵塞，造成蒸汽冷凝不畅。除此之外，影响多效逆流蒸发的因素还有其他因素，比如转料泵动力不足导致前一效的积液以及后一效缺料，使得效间温差增大，出现干烧或结焦堵塞;进料量过大导致传热系数降低，进料量过小，使得蒸发温度升高，造成干烧、结焦;进料浓度和进料温度会影响料液的物性参数，直接影响传热系数。

3.6 燃烧温度

浓缩液进入直燃炉进行燃烧，焚烧温度的选择取决于废水的性质，温度过低无法达到燃烧效果;温度过高，造成资源浪费，经济费用高。

4 结语

对于多效逆流蒸发和焚烧联合处理法的影响因素较多，上述仅从几个大的方面进行了分析，在实际生产过程中还有很多其他的因素，如转料泵动力不足导致前一效的积液以及后一效缺料，使得效间温差增大，出现干烧或结焦堵塞;进料量过大导致传热系数降低，进料量过小，使得蒸发温度升高，造成干烧、结焦;进料浓度和进料温度会影响料液的物性参数，直接影响传热系数等。焚烧炉的参数优化以及焚烧效率是焚烧技术未来的主要研究方向。在实际生产过程中，需要根据各参数的变化综合分析，并采取相应的措施，以保证正常运转。

参考文献：

[1]刘荣新.高盐高COD废水处理技术研究进展[J].环保与节能，2020：34-35.

[2]梁立强.不凝性气体对母液蒸发的影响与排除[J].有色冶金节能，2008，6（3）：34-35.