一、前 言
化工行业废水的水质比较复杂，属于高硬度、高碱度、高氯离子并含有较多有机物质的废水，此类废水对环境污染性极强,处理难度也较大，这是化工生产企业实现废水零排放的一大难点。目前，对于化工废水的处理，一般采用蒸干浓缩结晶处理工艺。
在蒸发浓缩过程中，随着废液浓度的提高，会在蒸发器加热装置表面形成硬垢和软垢，影响蒸发器的传热效率，进而导致蒸发器工作效率大大降低。因此设备短时间内就需要停车清洗。这既增加成本又影响生产，成为困扰废液浓缩的一个难题。
我公司针对蒸发器设备和化工企业废水特点，开展了以下工作：（1）开发出具有针对性且阻垢分散效果优良的蒸发器专用阻垢分散剂，保证蒸发器等设备系统在强结垢环境中的长期安全稳定满负荷运行；（2）蒸发器系统在运行过程中，会受到高含盐废液的侵蚀和形成垢下腐蚀，蒸发器专用阻垢分散剂含有金属缓蚀成分，可以大大降低金属的腐蚀速率，延长设备使用年限；（3）通过大量模拟试验对所开发的蒸发器专用阻垢分散剂的使用效果进行了测定，确定了对有机物、碳酸盐垢、硫酸盐垢、磷酸盐垢、生物污垢、腐蚀污垢等垢类具有优秀的阻垢分散效果，达到优级指标标准的复合药剂配方。
二、废水蒸发过程容易产生的问题及机理
废水在不断运行过程中，由于水的不断蒸发，各种无机离子和有机物质被浓缩，会造成严重的水垢附着、腐蚀，泡沫滋生。这些危害会威胁和破坏蒸发器设备长周期安全生产，给工厂造成重大的经济损失。大量事实证明，在蒸发器系统中采用投加阻垢分散剂和消泡剂进行化学处理的方法，可以有效的解决设备因腐蚀、结垢和泡沫滋生造成的金属腐蚀和换热效率下降、蒸发量下降等问题，并且可以节约生产成本，降低能耗，从而保证生产能长期稳定安全地进行。
1.腐蚀机理
（1）水中溶解氧引起的电化学腐蚀
在废水系统中，当碳钢与溶有02的水接触时，由于金属表面的不均匀性和水的导电性，在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极区和阴极区分别发生下列氧化、还原反应：
在阳极区Fe=Fe2++2e 在阴极区02+2H20+4e=40H-
在水中Fe2++20H-=Fe(OH)2 Fe(OH)2=Fe(OH)3
这些反应，促使微电池中阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。
（2）有害离子引起的腐蚀
废水在浓缩过程中，除钙镁离子浓度随浓缩倍数增长而增加外，其它的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。当Cl-和S042-离子浓度增高时，会加速碳钢的腐蚀。Cl-和S042-会使金属上保护膜的保护性能降低，尤其是Cl-的离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速，所以氯离子是引起点蚀的原因之一。
对于不锈钢制造的换热器，Cl-是引起应力腐蚀的主要原因，因此水中Cl-离子的含量过高，常使设备上应力集中的部分(如换热器花板的边缘)迅速受到腐蚀破坏。
2.成垢机理
蒸发器系统在运行过程中，会有各种物质沉积在管道和换热器上，这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢及腐蚀产物、淤泥、有机物构成，后三者统称为软垢。
（1）水垢的形成
天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的重碳酸盐如Ca(HC03)2、Mg(HC03)2最不稳定，受热容易分解生成碳酸盐。因此，如果废水中重碳酸盐含量较多，随着水温的升高会发生下列反应：
Ca(HC03)2→CaC03↓+H20+C02↑
如果水中有磷酸盐时，将会生成磷酸钙
2P043-+3Ca2+→Ca3(PO4)2 ↓
上述反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微溶性盐，同时它们的溶解度不是像一般盐类那样，随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低，因此，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态，由水中结晶析出。当水流速比较小或换热面比较相糙时，这些结晶沉淀物就容易沉积在传热表面上。
此外，水中溶解的硫酸钙、硫酸镁、硅酸镁等，当其离子浓度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀，沉积在管道和换热面上。以上这些沉积物统称为水垢。由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又称之为硬垢。
（2）污垢的形成
污垢一般是由颗粒细小的有机物质、泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、腐蚀产物组成。
当这样的水质流经换热面，由于流速较慢，换热面表面粗糙，很容易沉积、粘连在其表面，形成污垢。这些污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢，在蒸发系统中有时受热焦化，表现为焦垢。它们是引起垢下腐蚀的主要原因。
当防腐、防垢措施不力，水垢、污垢相互交织促进，除会加剧腐蚀、结垢外，在蒸发器系统中产生的最主要问题是影响传热，碳钢导热系数为46.4～69.6W/(m·K)，而污垢导热系数约为0.11～0.58 W/(m·K)，它是导致换热效果不好的主要原因。
3.起泡机理
气泡是汽体和液体接触产生的。一般纯液体中，气泡存在时间较短，但在含有表面活性剂的溶液中，如发酵液 、废水、生物药液中，气泡存在时间会较长。气泡的存在与起泡和消泡的速度有关 ，起泡速度快而消泡速度慢 ，泡沫存在时间就长，起泡速度慢而消泡速度快则泡沫存在时间较短 。
蒸发过程中气泡的产生有以下几种原因 。
(1)由于冲击 、撞击等作用，使气体相分散到液相中 。
(2)物料中有蛋白类、油类、脂肪酸、聚二乙醇和硅氧烷等表面活性物质，使物料本身容易起泡。
(3)物料在输送、储存过程中由于加热、蒸发使液体中有气相的产生等 。
一般来说 ，由于机械力的作用使物料产生泡沫是最常见的，但在发酵、污水处理 、农药生产等行业，物料中催化剂、培养基、微生物蛋白质的存在也会产生大量的气泡 。
三、 日常运行水处理技术方案
1. 根据贵公司蒸发器水系统的情况及废水状况，该系统具有以下特点：
（1）贵公司废水的碱度高，硬度、磷酸根和浊度很高，废液蒸发时浓缩倍数也比较高，因此在高温下具有很严重的结垢倾向，将可在金属表面形成一层污垢，降低废液流通面积和换热效率，降低蒸发量；
（2）该废水电导率、氯离子含量、浊度很高，在高温下会加剧金属的电化学腐蚀和引起垢下腐蚀隐患，引起金属腐蚀穿孔，严重时会造成非停车检修和设备的更换。
2. 水处理的目的：
就是通过化学药剂抑制水系统中腐蚀，结垢和泡沫滋生危害，保证生产运行高效，安全。根据贵公司蒸发器水系统的特点及工艺状况，通过以下处理保证系统的长期稳定运行：
2.1 蒸发器专用阻垢分散剂的阻垢作用
（1）螯合作用：与溶液中的阳离子螯合而降低了溶液中微溶盐的过饱和度，从而抑制了垢的形成。
（2）晶格畸变作用：在垢的形成过程中吸附在晶核或微晶上，占据一定的位置，阻碍和破坏了晶体的正常生长，减慢晶体的生长速率，从而减少了垢的形成。
（3）抑制作用：在晶体的生长过程中吸附在微晶的活性生长点上，减慢甚至完全抑制了晶体的生长，使微晶不能长大从水中沉淀出来。
（4）胶粒分散作用：可吸附在水垢的颗粒表面，显著增加其表面电位。因此，增大了颗粒间的静电排斥，达到分散稳定胶体的作用。
2.2 蒸发器专用阻垢分散剂的缓蚀作用
（1）氧化作用：能在金属(如碳钢、铜、不锈钢等)表面形成氧化膜，膜厚一般只有几纳米至0.01um。氧化膜致密，与基础金属结合紧密，比较薄，可以促使金属的氧化速度变得很慢。
（2）沉积作用：与水中其它离子或与电极反应产物相结合形成难溶物，沉积在金属表面，减缓腐蚀的进行。这种膜比较厚，可达0.1um，有时肉眼可见其色晕。对氧化膜是很好的补充，共同保证金属的缓蚀效果。
2.3 蒸发器专用消泡剂的消泡作用
消泡剂是以微粒的形式存在于泡沫体系，当泡沫要产生时，消泡剂会破坏气泡界膜的弹性，抑制其产生。当气泡已经产生时，消泡剂会捕获气泡上的疏水基，形成双层膜，进而扩展形成双层膜结构，最后取代原来的气泡膜。由于消泡剂表面的张力很低，从而降低气泡的自我修复能力，能使含有消泡剂部分的泡膜的膜壁变薄，在周围膜的表面张力牵引下造成气泡膜的应力不平衡，从而使气泡破裂。
化学消泡剂的主要作用是从抑制气泡的产生和加快气泡的破裂两个方面同时进行的。
3. 药剂投加方法、浓度、加药量
表、蒸发器水系统药剂使用一览表
药剂名称牌号建议投加浓度投加方法蒸发器专用阻垢剂100 mg/L自动连续蒸发器专用消泡剂根据现场情况确定
注：（1）为了保证蒸发器专用阻垢剂连续均匀的投加到水系统中，使水中药剂含量稳定，采用自动加药系统。
（2）建议在更换使用本阻垢剂前进行彻底化学清洗将系统清洗干净。
（3）在待处理水体进入蒸发器设备之前一定距离（一般2到3米）引入系统，能使药剂同待处理液体充分混合；药剂一般通过计量泵引入系统，每立方待处理液体，蒸发器专用阻垢剂合适的添加量为90g-150ppm，具体用量根据水体与工作状况决定。蒸发器专用阻垢剂可以单独添加，也可以同专用消泡剂一起引入系统。
