蒸发结晶对高盐有机废水性质的影响

2024-03-30宋超向轶顾一飞李玲缪锡飞章澔

石化技术与应用 2024年1期

宋超，向轶，顾一飞，李玲，缪锡飞，章澔

（1.绍兴越信环保科技有限公司，浙江绍兴 312000；2.兰州大学资源环境学院，甘肃兰州 730000；3.中煤能源研究院有限责任公司，陕西西安 710054；4.浙江德创环保科技股份有限公司，浙江绍兴 312000）

高盐有机废水是指总含盐质量分数不低于1%的废水［1］，其成分复杂，来源广泛，涉及石化、煤化、纺织、食品、医药、农药等多个领域，除盐类含量高之外，还含有大量的氨氮、油类、表面活性剂、悬浮物等物质，化学需氧量大、毒性强、色度高、有异味，直接排放会造成土地盐碱化、水体富营养化等严重的环境污染。我国每年排放的高盐有机废水超过3 亿m3［2］，常用处理方式包括物理法、化学法、生物法和生化法［3-6］，但从技术性和经济性上看，高盐有机废水的高效清洁处理仍存在一定难度，还需要对现有工艺进行深入探索。

蒸发结晶在废水处理工艺中应用广泛，可以将高盐有机废水通过蒸发浓缩、结晶析出将盐类和母液分离出来，得到可以循环回用的再生水，由此完成废水的资源化和减量化。本工作针对复杂成分的高盐有机废水，考察了蒸发结晶过程对结晶盐和母液特性的影响，可为废水处理工艺的参数选取和效能提升提供数据支撑。

1 实验部分

1.1 原料

高盐有机废水（以下简称原水），取自绍兴越信环保科技有限公司，其主要性质如表1 所列。

表1 高盐有机废水主要性质

1.2 试样制备

蒸发结晶取300 mL 原水于烧杯中，在100 ℃的电炉上加热，控制浓缩比（蒸发结晶前后溶液体积比）为3∶1，对浓缩液进行过滤，分别得到原水结晶盐和母液。将结晶盐脱水烘干后，再配制成质量分数为20%的溶液，可测得溶液的TOC 质量浓度，根据溶液的TOC 质量浓度可计算出结晶盐含TOC 量。

重结晶将不同TOC 的结晶盐配制成质量分数为20%的溶液后，按照上述方法，进行蒸发结晶，控制浓缩比为3∶1，得到重结晶盐和母液，将重结晶盐脱水烘干后，配成质量分数为20%的溶液，可计算得到重结晶盐含TOC 量。

活性炭吸附将活性炭按质量分数为0.2%的比例掺入原水结晶盐溶解后的溶液中，采用磁力搅拌器搅拌30 min 后，蒸发结晶。

1.3 分析仪器及设备

采用浙江泰林分析仪器有限公司制造的HTY-CT 1000 B 型TOC 测试仪进行样品TOC 的测定。采用上海精其仪器有限公司制造的WSB-2型白度计进行样品白度的测定。

2 结果与讨论

2.1 原水性质对蒸发结晶效果的影响

TOC 是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量，对原水结晶盐和母液成分有直接影响。由图1 可以看出：随着原水TOC 质量浓度的增大，原水结晶盐含TOC 量及母液的TOC 质量浓度均呈上升趋势，说明原水结晶盐含TOC 量及母液的TOC 质量浓度与原水TOC 质量浓度呈正相关；随着原水TOC 质量浓度升高，原水结晶盐白度下降，即附着在盐颗粒表面的有机物增多。按照T/CTES 1049—2022［7］的指标要求（产品盐的TOC 应不大于1 mg/g，白度不低于60%），原水TOC 质量浓度应控制在2 g/L 以下。

图1 原水TOC 质量浓度对蒸发结晶的影响

2.2 结晶盐性质对重结晶效果的影响

2.2.1 重结晶盐含TOC 量

由图2 可以看出，随着原水结晶盐含TOC 量的增大，重结晶盐含TOC 量也随之升高，其增幅呈加速趋势。同时可以发现，随着原水结晶盐含TOC量的增大，TOC 脱除率呈现出先上升后下降的趋势，且大部分工况下，TOC 的脱除率都在60%以上，说明当原水结晶盐含TOC 量在0.5～6.0 mg/g时，通过蒸发结晶对盐中有机物的脱除效果良好，但当原水结晶盐含TOC 量高于11.0 mg/g 后，有机物脱除效果大幅降低。这可能是因为：原水结晶盐含TOC 量高，使得配制溶液TOC 质量浓度高，蒸发结晶过程中有机物易析出；当溶液中TOC 质量浓度偏高时，溶液黏度大幅增加，不利于重结晶盐的后续脱水过程，导致重结晶盐经脱水烘干后仍有较高含水率（5%左右），溶入了大量有机物，降低了脱水环节对重结晶盐中有机物的脱除效果。

图2 原水结晶盐性质对重结晶盐特性的影响

对图2 中的重结晶盐含TOC 量进行拟合，采用指数方程来描述重结晶盐含TOC 量随原水结晶盐含TOC 量的变化特性，得到经验公式（1），拟合相关系数（R2）为0.955 67：

式中：Ts为重结晶盐含TOC 量，mg/g；T0为原水结晶盐含TOC 量，mg/g。

按照T/CTES 1049—2022 标准，当Ts不大于1 mg/g 时，根据式（1），计算得到T0不大于5.338 mg/g。由此可知，在浓缩比为3∶1，溶液质量分数为20%的工况下，需要将原水结晶盐含TOC量控制在5.338 mg/g 以下，才能通过一次蒸发结晶使产品盐的含TOC 量符合T/CTES 1049—2022的指标要求。

2.2.2 有机物迁移性

通过对比在重结晶盐和母液的TOC，可得到有机物在蒸发结晶过程中的迁移特性，结果如图3所示。可以看出：随着原水结晶盐含TOC 量的增大，重结晶盐含TOC 量和母液的TOC 质量浓度均增大，但重结晶盐含TOC 量的增长呈逐渐加速的趋势，且在原水结晶盐TOC 高于6 mg/g 后越发明显；而母液TOC 质量浓度的增长则是先加速，当原水结晶盐TOC 高于6 mg/g 后开始减速。以上现象表明，随着原水结晶盐中有机物的增加，在重结晶过程中有机物更倾向于富集在重结晶盐中析出，同样说明当原水结晶盐中有机物含量过高时，通过重结晶来脱除有机物的效率会有所降低，这也与图2 的结论一致。