该废水中的有机成分表观存在形式有三种:一部分是夹带在溶液中的有机油相,其分散性较差,静置后会析出并漂浮在液面上;一部分则是分散在水相中的细小油滴,形成较稳定的乳浊液;还有一部分是溶解在溶液中的可溶性有机物。
2、料液成分对蒸发结晶的影响
硫酸钠蒸发结晶是一个复杂的过程,原料液成分对蒸发结晶产生重要的影响。
2.1 杂质离子的影响
2.1.1 产生蒸发器结垢
蒸发器的结垢物可分为水溶性垢和不溶性料垢。水溶性垢主要是硫酸钠在高温加热管表面析出的产物;而不溶性料垢主要是料液沉淀并吸附在壁面形成的金属离子。二者均会导致蒸发器的传热效率降低、蒸发能力下降。
2.1.2 影响结晶生长
杂质对结晶过程的影响比较复杂,可能影响溶液的过饱和度和稳定性,或在诱导期内影响晶体成核,或影响晶体的生长速率和晶体形貌,也可能影响晶体的团聚过程,具体影响的方向和程度需要进行针对性试验才能确认。从晶体生长方面看,Na2SO4晶体的晶格与杂质的晶格不同,在正常情况下两者不容易相互吸附和粘结;但当杂质成分逐渐富集时,Na2SO4晶格还未来得及成长,杂质就进入了晶核的凹角处形成包藏,导致Na2SO4晶格发生畸变,晶体难以长大,颗粒细小。
2.1.3 影响产品纯度
一方面,杂质成分在硫酸钠晶体中形成的包藏导致产品纯度降低;另一方面,离心后的湿晶体仍夹带少量溶液,干燥后该夹带溶液中的杂质成分也混入产品中,使得产品纯度降低。
2.1.4 腐蚀设备
F-、Cl-都是具有较强腐蚀性的离子。当Cl-吸附在金属表面产生富集,会对金属表面的氧化膜造成破坏,尤其是在酸性环境中,Cl-会在金属表面形成氯化物盐层,导致点腐蚀、应力腐蚀、孔蚀失和缝隙腐蚀,并且温度越高其腐蚀能力越强,因此常规不锈钢无法耐受Cl-。钛材对Cl-具有一定的耐受性,但F-的存在会破坏钛材表面的氧化物膜,造成钛材的整体腐蚀。但F-、Cl-的腐蚀能力与其浓度、pH、温度、溶解氧等因素有关,可以通过控制系统处于碱性环境,降低离子浓度、蒸发温度、溶解氧量等措施减弱其腐蚀性,并综合选用钛材、双相钢、合金钢等材质。
2.2 有机物的影响
2.2.1 料液起泡溢流
泡沫是气体分散在液相中形成的分散体系,是由于表面作用形成的。蒸发产生的二次蒸汽上升至料液表面,被连续液膜分开形成气泡。通常情况下,这些气泡并不稳定,会扩大并破裂,但当料液中存在有机物等成分时,循环浓缩后的溶液粘度增大,使得气泡的液膜强度提高,稳定性增强,气泡的形成量剧增。此外,有机成分还降低了液膜的表面张力,使气泡的半径减小,液膜厚度增大,稳定性增强。上述作用导致蒸发器内的气泡稳定堆积形成泡沫,并终导致起泡溢流。
起泡溢流会给生产带来严重的问题:一方面,物料进入二次蒸汽冷凝水中,导致料液流失、冷凝水水质变差等问题;另一方面,对于MVR蒸发而言,二次蒸汽中夹带的盐会附着在蒸汽压缩机叶片上,影响压缩机的安全使用。
2.2.2 影响结晶生长
晶体粒度控制是提高产品质量的重点,其实质就是抑制初级成核、延长晶体成长、减小二次成核。有机成分对晶体成核和生长过程的影响显著,可改变溶液的表面自由能,改变晶体成核的条件,降低成核速率,严重时甚至导致不出现结晶。在晶体生长中,有机成分吸附在晶面上,降低了Na+、SO42-离子在晶体表面的扩散和聚集,阻碍晶体的生长速率,导致晶体产品的粒径细小。
2.2.3 影响产品白度
在循环浓缩中,萃取系统带入的有机成分导致COD大幅度提高,循环液的颜色逐渐变为酱油色,且有机成分附着在产品上,使得产品白度较差。
2.3 pH值的影响
元明粉的结晶质量与溶液pH值相关。研究表明,当pH>10时,硫酸钠在蒸发中的结晶困难,结晶的颗粒细小。将pH值调至7~9,更有利于结晶。此外,溶液中含有F-、Cl-离子,在酸性条件下对系统设备的腐蚀严重。因此,控制系统进料pH值为中性偏碱有利于设备防腐。
3、蒸发结晶前处理工艺运行存在问题及优化
蒸发结晶前处理工艺需要根据溶液不同的特点采取针对性措施。某企业的前处理工艺采取了去除有机物、去除重金属及调节pH值的措施来处理原料液,流程如图1所示。下文针对该工艺流程和运行存在问题进行分析,并提出优化建议。