一、前 言
化工行業廢水的水質比較復雜，屬于高硬度、高堿度、高氯離子并含有較多有機物質的廢水，此類廢水對環境污染性極強,處理難度也較大，這是化工生產企業實現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晶處理工藝。
在蒸發濃縮過程中，隨著廢液濃度的提高，會在蒸發器加熱裝置表面形成硬垢和軟垢，影響蒸發器的傳熱效率，進而導致蒸發器工作效率大大降低。因此設備短時間內就需要停車清洗。這既增加成本又影響生產，成為困擾廢液濃縮的一個難題。
我公司針對蒸發器設備和化工企業廢水特點，開展了以下工作：（1）開發出具有針對性且阻垢分散效果優良的蒸發器專用阻垢分散劑，保證蒸發器等設備系統在強結垢環境中的長期安全穩定滿負荷運行；（2）蒸發器系統在運行過程中，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，延長設備使用年限；（3）通過大量模擬試驗對所開發的蒸發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秀的阻垢分散效果，達到優級指標標準的復合藥劑配方。
二、廢水蒸發過程容易產生的問題及機理
廢水在不斷運行過程中，由于水的不斷蒸發，各種無機離子和有機物質被濃縮，會造成嚴重的水垢附著、腐蝕，泡沫滋生。這些危害會威脅和破壞蒸發器設備長周期安全生產，給工廠造成重大的經濟損失。大量事實證明，在蒸發器系統中采用投加阻垢分散劑和消泡劑進行化學處理的方法，可以有效的解決設備因腐蝕、結垢和泡沫滋生造成的金屬腐蝕和換熱效率下降、蒸發量下降等問題，并且可以節約生產成本，降低能耗，從而保證生產能長期穩定安全地進行。
1.腐蝕機理
（1）水中溶解氧引起的電化學腐蝕
在廢水系統中，當碳鋼與溶有02的水接觸時，由于金屬表面的不均勻性和水的導電性，在碳鋼表面會形成許多腐蝕微電池，微電池的陽極區和陰極區分別發生下列氧化、還原反應：
在陽極區Fe=Fe2++2e 在陰極區02+2H20+4e=40H-
在水中Fe2++20H-=Fe(OH)2 Fe(OH)2=Fe(OH)3
這些反應，促使微電池中陽極區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-是引起應力腐蝕的主要原因，因此水中Cl-離子的含量過高，常使設備上應力集中的部分(如換熱器花板的邊緣)迅速受到腐蝕破壞。
2.成垢機理
蒸發器系統在運行過程中，會有各種物質沉積在管道和換熱器上，這些物質統稱為沉積物。它們主要是由水垢及腐蝕產物、淤泥、有機物構成，后三者統稱為軟垢。
（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生下列反應：
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到過飽和狀態，由水中結晶析出。當水流速比較小或換熱面比較相糙時，這些結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。以上這些沉積物統稱為水垢。由于這些水垢結晶致密，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小的有機物質、泥沙、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀氫氧化物、腐蝕產物組成。
當這樣的水質流經換熱面，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、質地疏松稀軟，故又稱為軟垢，在蒸發系統中有時受熱焦化，表現為焦垢。它們是引起垢下腐蝕的主要原因。
當防腐、防垢措施不力，水垢、污垢相互交織促進，除會加劇腐蝕、結垢外，在蒸發器系統中產生的最主要問題是影響傳熱，碳鋼導熱系數為46.4～69.6W/(m·K)，而污垢導熱系數約為0.11～0.58 W/(m·K)，它是導致換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 ，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 。
蒸發過程中氣泡的產生有以下幾種原因 。
(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，使物料本身容易起泡。
(3)物料在輸送、儲存過程中由于加熱、蒸發使液體中有氣相的產生等 。
一般來說 ，由于機械力的作用使物料產生泡沫是最常見的，但在發酵、污水處理 、農藥生產等行業，物料中催化劑、培養基、微生物蛋白質的存在也會產生大量的氣泡 。
三、 日常運行水處理技術方案
1. 根據貴公司蒸發器水系統的情況及廢水狀況，該系統具有以下特點：
（1）貴公司廢水的堿度高，硬度、磷酸根和濁度很高，廢液蒸發時濃縮倍數也比較高，因此在高溫下具有很嚴重的結垢傾向，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，降低蒸發量；
（2）該廢水電導率、氯離子含量、濁度很高，在高溫下會加劇金屬的電化學腐蝕和引起垢下腐蝕隱患，引起金屬腐蝕穿孔，嚴重時會造成非停車檢修和設備的更換。
2. 水處理的目的：
就是通過化學藥劑抑制水系統中腐蝕，結垢和泡沫滋生危害，保證生產運行高效，安全。根據貴公司蒸發器水系統的特點及工藝狀況，通過以下處理保證系統的長期穩定運行：
2.1 蒸發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，達到分散穩定膠體的作用。
2.2 蒸發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，與基礎金屬結合緊密，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產物相結合形成難溶物，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，當泡沫要產生時，消泡劑會破壞氣泡界膜的彈性，抑制其產生。當氣泡已經產生時，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構，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力不平衡，從而使氣泡破裂。
化學消泡劑的主要作用是從抑制氣泡的產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、蒸發器水系統藥劑使用一覽表
藥劑名稱牌號建議投加濃度投加方法蒸發器專用阻垢劑100 mg/L自動連續蒸發器專用消泡劑根據現場情況確定
注：（1）為了保證蒸發器專用阻垢劑連續均勻的投加到水系統中，使水中藥劑含量穩定，采用自動加藥系統。
（2）建議在更換使用本阻垢劑前進行徹底化學清洗將系統清洗干凈。
（3）在待處理水體進入蒸發器設備之前一定距離（一般2到3米）引入系統，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，每立方待處理液體，蒸發器專用阻垢劑合適的添加量為90g-150ppm，具體用量根據水體與工作狀況決定。蒸發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。
