作者：熊 鹰 （重庆水利电力职业技术学院，重庆 永川 402160）

摘 要：高含盐废水若未经处理就直接排放，会对水环境产生很大危害。蒸发结晶工艺是处理高盐 废水的有效途径，但在蒸发过程中易产生污垢，影响废水处理效果。采用 Visual Minteq 软件模拟含盐废 水蒸发过程中的结垢情况，通过 SI 值来初步判断水垢中的主要组分。

关键词：高盐废水；饱和指数；蒸发；Visual Minteq

高含盐废水指的是总溶解性固体在 600 ~ 6000mg/L，甚至更高浓度的废水；或者至少总溶 解固体和有机物的质量分数大于等于 3.5％的废 水 [1-3]。一般含有大量的无机盐离子如 Na+ 、Ca2+、 Mg2+、SO4 2-、Cl等以及 SiO2。 高含盐废水若未经处理就直接排放，会对水 环境产生很大危害。但基于高含盐废水的特性， 简单的生化处理难以达到理想的效果，一般采用 热法处理技术如蒸发结晶、焚烧等工艺等，其中蒸 发结晶工艺是实现废水资源回收的主要途径 [4-5]， 甚至还可以利用废水中的某些有用成分 [6]。我国 水资源短缺，水污染严重，而蒸发脱盐的工艺效 率高、适用性广、占地面积小、处理速度快、能 直接利用废水本身的高温余热等优点。它还具有 资源化程度高，是处理高含盐、难降解废水等的 重要手段。但高含盐废水的蒸发回收也存在比较 突出的问题，一是废水中常含有 Ca2+、Mg2+等离 子以及硅酸盐，由于蒸发浓缩倍数高、易结垢， 轻则影响设备换热，重则造成管道腐蚀和堵塞； 设备运行时不仅需要阻垢药剂，还需要经常停机 维护，降低了蒸发设备运行效率。二是获得的冷 凝水有时不满足特定条件的要求，需要进一步提 升冷凝水的水质 [8]，导致废水的处理费用偏高。 近年来机械式再压缩蒸发技术 （MVR） 和多 效蒸发技术的进步，实现了废水蒸发能耗的大幅 降低 [9-12]。但蒸发过程中尤其是废水高倍浓缩时 各种盐类极易在蒸发器表面结垢，严重影响传 热，本文是拟采用 Visual Minteq 软件模拟含盐废 水蒸发过程中的结垢情况，分析不同离子浓度下 析出物的饱和指数 SI 值。

1 饱和指数定义

依据热力学原理，反应中各物质的沉淀与溶 解由各种物质在水溶液中饱和指数 SI 决定，其 表达式见式 （1）。 SI=logIAP-logKS （1） 式中 IAP 表示溶液的离子活度积，KS 表示物质的 溶度积常数 [13]。 当 SI 大于 0 时，表明溶液中该物质过饱和， 趋向于成垢，当 SI 等于 0 时，表明该物质趋于 平衡状态；当 SI 小于 0 时，表明该物质处于不 饱和状态，趋于溶解。

2 饱和指数计算分析

本文采用采用 Visual Minteq 软件模拟计算蒸 发器中结垢情况。Visual Minteq 软件已经被广泛 应用在模拟环境水平衡溶液中或水体中的离子和 矿物平衡情况的软件，该模型拥有强大的平衡常 数数据库，涉及液相络合、溶解/沉淀、氧化/还 原、气-液相平衡、吸附等多种平衡反应，用于 模拟人工配制的溶液和天然水体中的金属化学形 态，预测沉淀的形成。 高含盐废水中 Mg2 、Ca2+、CO3 2-、SO4 2-和 SiO2 等离子或分子相互结合形成盐，其反应方程见式


蒸发器中浓缩废水的初始值见表 1。经过沉 淀溶解平衡计算，废水蒸发过程中产生沉淀析出 的组分及其 SI 值见表 2。 从表 2 看出，产生沉淀析出的主要组分是碳 酸钙盐、钙镁复盐及硅酸盐，其中钙镁复盐和硅 酸盐的饱和指数 SI 高于碳酸钙盐，因此更趋向 于沉淀。水样 2 的各析出物的 SI 值高于水样 1，分析其原因主要是水样 2 的 Ca2+浓度高于水样 1， 且水样 2 的 pH 值略高于水样 1，对各离子形成 水垢也有一定影响。

3 结语

高含盐废水蒸发浓缩的污垢主要成分是碳酸 钙盐、钙镁复盐及硅酸盐，浓缩液的离子浓度越 大、pH 值越高，越容易结垢。但高含盐废水蒸 发过程中影响其污垢沉淀的因素有很多，如溶液 的各离子浓度、pH 值、在蒸发过程中的各操作 参数以及不同的沸腾状态等都会影响污垢的形 成。用 Visual Minteq 模拟的各析出物饱和指数 SI 在一定程度上能帮助预测水垢的主要组分，但仍 然需要同其他分析方法如污垢的 X 射线分析、扫 描电子显微镜等分析方法相结合方能更加准确的 对污垢进行分析