一文了解工业废盐处理的两种方法,各有哪些优缺点?

⼀⽂了解⼯业废盐处理的两种⽅法,各有哪些优缺点?
电子除垢器⼯业废盐、⾼浓度含盐废⽔的安全、经济有效处置已经成为制约产⽣⼯业废盐、⾼浓度含盐废⽔相关⾏业发展的瓶颈问题。其处置⽅式按照处置物态的不同可分为湿法处置和⼲法处置。
本⽂系统性地梳理了这两类⽅法包含的各种处理技术的优缺点,并对⼯业废盐、⾼含盐有机废⽔的处理技术进⾏了展望。
引⾔
垃圾热解⼯业废盐主要来源于化⼯、制药、农化、煤化⼯⽣产过程中产⽣的含有有机物及其他有毒的含盐废液、固体的⼯业废盐,主要产盐环节有母液(⼯艺废⽔)产⽣的反应盐、酸碱化学反应的中和盐、盐析盐、蒸馏残液产⽣的盐泥等。
废盐中有机物组成复杂,具有种类繁多、成分复杂、来源众多、处理成本⾼、环境危害⼤等特点。
近年来,我国废盐产⽣量不断增加,预计年产⽣量超过3000万吨。
2021年《国家危险废物名录》把多种⽣产过程中的蒸馏和反应残余物、废母液与反应罐及容器清洗废液等废弃物正式列⼊危险废物名录。废盐若处理不当,会直接导致地表⽔、地下⽔、⼟壤的污染。
⽬前,废盐普遍实⾏建库集中暂存的⽅式进⾏处理,⾯临⾼昂的储存、管理成本,企业难以负担,已经成为制约企业发展的"卡脖⼦"问题。
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与此同时,⼯业废盐也是⼀种重要化⼯原料,若能回收利⽤化⼯副产废盐作为⼯业原料⽤盐,不仅可以消除其对环境的污染,还可以充分利⽤盐资源,实现副产盐资源化与循环化利⽤。
在此背景下,废盐的⽆害化、资源化综合利⽤成为废盐处置的必然出路,⽽制约其⼤规模发展的因素主要将废盐中有机物的去除。
⼯业废盐的来源和特点
我国涉及废盐产⽣的⾏业众多,产⽣的废盐种类包括单⼀废盐,混盐和杂盐(含杂质),根据其⽣产⼯艺的特殊性和⽣产环节的差异导致不同⾏业产⽣的废盐有较⼤差别,主要特点如表1所⽰。
其中,农药⽣产是废盐产⽣的主要⾏业。我国⽣产1吨农药产品平均产⽣1吨左右的废盐,其主要来源农药中间体和原药的⽣产过程,因此农药废盐年产⽣量可达到100多万吨。
农药废盐中有机物含量较多,主要为卤代烃类、苯系物类复杂成分,所含有机物沸点和热分解温度均在200-600℃内。
印染⾏业的基本⽣产原料包括萘系、蒽醌、苯系、苯胺及联苯胺类化合物。这些物质在加⼯⽣产过程中易和⾦属、盐类等物质发⽣螯合,使得染料废⽔中含⾼浓度盐、重⾦属,同时存在COD⾼等问题,从⽽造成副产废盐中稠环类有机物含量⾼,同时还可能伴有重⾦属。
在⽔处理过程中,⾼盐废⽔蒸发处理也会间接产⽣废盐。此类废盐在前置⽔处理环节中经过有机物氧化分解⼯序,因此残留有机物多为难降解有机物,去除难度较⼤。
除此之外,⽯油化⼯、煤化⼯、氯碱⼯业、冶⾦等⾏业也产⽣废盐,但有机物含量相对较低,处理难度较⼩。
煤化⼯⾏业中废盐主要来⾃除盐⽔和循环⽔⽣产环节引⼊的盐分,成分主要为NaCI和Na2SO4等简单盐类,不含有机物。但依据《现代煤化⼯建设项⽬环境准⼊条件(试⾏)》规定,该类废物暂时按照危险废物进⾏管理。氯碱⼯业上⽤电解饱和NaCI溶液的⽅法来制取NaOH、Cl2和H2,并以之为原料⽣产⼀系列化⼯产品。此类盐泥产量⼤,主要成分为NaCI,基本不含有机物,可回收利⽤价值⾼。
由此可见,根据⽣产⾏业的不同,废盐的性质各异,其处理难度也不同。含有机物含量⼩的废盐通常处理难度⼩,易于回收⼯业盐。⽽制约我国废盐⽆害化、资源化的主要因素,在于含⾼浓度有机物的废盐中有机物的去除。
⼯业废盐的主要处理⼿段
1湿法
湿法处理先将废盐溶解在⽔中,通过⽔处理领域中的深度氧化技术降解有机污染物,实现废盐的⽆害化。
常⽤的有机物氧化技术包括⾼级氧化法、湿式催化氧化和⽔热氧化技术。
⾼级氧化法以⽣成羟基⾃由基为主体,利⽤羟基⾃由基引发链式氧化反应迅速破坏有机物的分⼦结构,⼏乎可以⽆选择的氧化降解⾼浓度有机废⽔,⽽盐浓度的⾼低对该⽅法的影响可以忽略。
根据产⽣⾃由基的⽅式和条件的不同,可分为湿式氧化法、超临界⽔氧化法以及其他催化氧化法等。湿式氧化是指在⾼温和⾼压的条件下,利⽤空⽓或氧⽓作氧化剂,将⽔中有机物氧化成⼩分⼦有机物或⽆机物。
湿式氧化的条件温度⼀般在120-320℃,压⼒在0.5-20MPa。若提⾼反应的温度和压⼒⾄⽔的临界点以上(温度
374.3℃、压⼒22.05MPa),⽔的基本性能会发⽣很⼤的变化,表现出类似于⾮极性有机化合物的性质,此状况下的反应就称为超临界⽔氧化。
超临界⽔能与⾮极性物质和其他有机物完全互溶,同时超临界⽔还可以和空⽓、⼆氧化碳等⽓体完全互溶,⽽⽆机物特别是盐类在超临界⽔中的电离常数和溶解度则很低,多数盐类能够分离出来,对氧化反应⼏乎⽆影响。
所以当⽤超临界⽔氧化法处理废⽔时,具有强氧化性的羟基⾃由基可将有机污染物彻底降解。此类湿法处理技术可以⽆选择的氧化降解各类污染物。不涉及焚烧等热过程,安全性⾼。缺点是反应条件苛刻、对设备要求⾼、运⾏成本⾼、⽆法适⽤于超⾼浓度的有机废⽔,限制其⼴泛应⽤。
2⼲法
⼲法处置⼯业废盐主要包括焚烧法、⾼温热熔融、有机物碳化热解法。
安全填埋法因其长期的环境危害、对⼟地资源的挤占和法律风险,⽬前已不能满⾜废盐处置的需要,故不再讨论。
(1)普通焚烧法
焚烧法是指在800-1000℃的⾼温条件下,⾼含盐废⽔中的可燃组分(主要是有机物)与空⽓中的氧进⾏剧烈的化学反应,释放能量并转化为⾼温的燃烧⽓和少量性质稳定的固体残渣,从⽽使⾼盐废⽔减容,实现⽆害化的⽬的。
⾼含盐废⽔的焚烧通常有⼆燃室(温度控制在1100℃以上),可以保证废⽔中有机物完全分解,在理想情况下炉⼦下端产出的固体盐可达到⼯业级别回⽤,同时废⽔产⽣的能量可以⽤⼲原料的加热、副产蒸汽等。
普通焚烧处理的缺点在于:受制于焚烧成本、盐的浓度和种类等因素,并不是所有的⾼含盐有机废⽔都适合焚烧,此外该⼯艺容易产⽣氮氧化物、⼆噁英等有毒物质,废⽔中的盐类对装置和设备也会产⽣⼀定程度的腐蚀。
⾼温焚烧处置含盐固体废弃物遇到的难题在于废渣中的⽆机盐组分对焚烧炉运⾏的影响。在⾼温回转窑处置含盐废渣过程中,废渣中的碱⾦属盐受热⽽成熔融状态,熔融碱⾦属盐会对回转窑的耐⽕衬⾥产⽣腐蚀。在回转窑运⾏过程中,黏附在耐⽕砖上的碱⾦属盐会引起黏附处耐⽕砖产⽣腐蚀并进⼀步腐蚀到耐⽕砖内部,缩短了耐⽕砖的使⽤期限。回转窑运⾏过程中耐⽕砖因腐蚀⽽脱落将导致停炉,耐⽕砖更新替换的费⽤是⾼温回转窑危险废物处置系统主要的运⾏成本。
同时回转窑内部的⾼温会使碱⾦属盐发⽣挥发进⼊到⾼温⼆燃室中,引起⾼温⼆燃室内壁的腐蚀,增加了系统运⾏的潜在风险,缩短了设备的运⾏寿命。
流化床焚烧炉针对含盐废渣的处置也受到废渣中碱⾦属盐的影响,流化床炉内熔融碱⾦属盐的存在极易引起床料的结渣导致床料流化失败⽽停炉。浙江⼤学的吕宏俊针对流化床焚烧⾼浓度有机废液遇到
的床料结渣问题,通过向炉内加⼊
导致床料流化失败⽽停炉。浙江⼤学的吕宏俊针对流化床焚烧⾼浓度有机废液遇到的床料结渣问题,通过向炉内加⼊Ca(OH)2、Al2O3和⾼岭⼟等添加剂来抑制床料的结渣,发现Ca(OH)2和⾼岭⼟能有效抑制焚烧炉的结焦结渣,但增加了飞灰与排渣的产量。
(2)有机物热解碳化技术
研究表明⼤部分有机物沸点或热解温度在200-500℃,低于盐的熔点(例如氯化钠熔点801℃),理论上可通过低温⽓化/热解有机物,将有机物从盐中除去,从⽽避免⾼温焚烧时盐熔融的问题。
5-氯-2-戊酮有机物热解碳化是⼀种代表性的路径,通过在低于⽆机盐熔点温度和控氧⽓氛条件下,对废盐中有机物进⾏分解碳化,使废盐中有机物⼀部分热解为挥发性⽓体,另⼀部分变为固态有机碳并形成灰分。
然⽽,研究表明此类⽅法往往⽆法彻底去除有机物。例如胡卫平等将盐渣从热解炉顶部加⼊,物料由上⾄下运动,维持热分解炉内的温度为300-600℃,使盐渣中的有机物在热分解炉内的⾼温条件下不断分解成挥发性尾⽓,引⼊热风炉进⾏⾼温煅烧,消除⼆次污染。
该⽅法采⽤⼀步热解,⼯艺简单有效,所需热量较少,但有机物去除效率不⾼。长链有机物和芳环、稠环和杂环有机物常常发⽣聚合结焦反应,不能彻底分解,这导致废盐中类似焦油的有机聚合物含量
上升,毒性不减。
在⼀步热解碳化的基础上,多步分级碳化⼯艺进⼀步发展⽽来。临界分级碳化技术是由⼀种专⽤的CC临界分级碳化炉来实现的(称CC碳化炉),CC碳化炉是⽤于⼯业废盐的专⽤碳化炉,依据⼯业废盐杂质含量不同,采⽤不同的梯级温度,使废盐中的有机物逐级碳化裂解,部分有机质转化为⽓体,部分有机质形成固定碳。对挥发性⽓体进⾏⾼温处理和快速冷却后排⼊⼤⽓,形成的固定碳进⾏脱碳处理,最终形成成品⼯业盐。分级临界碳化虽提⾼了总转化率,但是⼯艺流程长,设备复杂,投资⼤,需要对物料的化学特性有充分的了解才能达到较好的效果,仍有⼀定的局限性。
(3)⾼温热熔融
⾼温熔融反应温度通常为800-1200℃,此温度⾼于废盐的熔点,使废盐在炉内全部成为熔融态,使有机物能够在此⾼温下完全分解,提⾼了废盐的纯度。⾼温熔融可有效去除有机物,但能耗较⾼,产⽣的烟⽓量⼤且盐颗粒夹带严重,会降低资源化率。盐从固态升温到熔融态⼜重新冷却为固态,造成了能量的浪费、且在冷却凝固过程中仍可能造成设备堵塞,影响收集效率。
总结和展望
针对以上常见处理技术的优缺点,笔者认为⼲法热处理技术具有有机物去除较彻底,适⽤范围⼴泛,⼯艺、设备相对简单等优点,是⼀种值得发展的技术。但是⽬前这类⽅法现有的技术瓶颈在于:
(1)在⾼温焚烧含有机物⼯业废盐过程中,废盐中的碱⾦属盐受热⽽成熔融状态(800℃以上时),熔融碱⾦属盐会对焚烧装置的耐⽕衬⾥产⽣腐蚀,导致设备堵塞、腐蚀,损坏炉衬,造成频繁的停炉-检修-烘炉-点⽕再开车等问题。
(2)反应不充分导致有机物热解不充分,导致去除率不达标。
(3)反应器不能保证充分的扰动和反应时间,导致传质传热效率低。
(4)热处理产物——⾼温含盐烟⽓中,盐的回收困难,回收率低,回收设备寿命短,维护费⽤⾼。转⾃:氯碱产业⽹
2021煤矿与煤化⼯环境保护产业⼤会暨鄂尔多斯环博会择期召开
近期,国内多地发⽣新冠疫情,疫情风险和防控压⼒持续加⼤。10⽉20⽇(报到当天)晚22:00组委会接到鄂尔多斯市政府有关部门“关于建议延期举办2021煤矿与煤化⼯环境保护产业⼤会的紧急通知”,要求⼤会暂缓举办。为配合政府⼯作,有效防范疫情传播风险,确保参会代表⾝体健康,⼤会组委会决定延期举办本届⼤会及对接活动,具体时间待本轮疫情结束后另⾏通知,展商展位及展品原位保留。
蔬菜保鲜柜组委会向多年来始终关⼼并⽀持煤矿与煤化⼯环保事业的1000多位参会代表、150余家参展商、赞助
商及社会各界⼈⼠致以诚挚的敬意,向为2021煤矿与煤化⼯环保产业⼤会付出努⼒的合作伙伴和各位朋友表⽰衷⼼的感谢!
风⾬过后,定有彩虹。我们将和当地政府时刻保持沟通,待本轮疫情得到有效控制后,尽快确定会议具体时间。同时,也将加⼤宣传⼒度,重点邀请和组织专业观众,尽最⼤努⼒办好本届⼤会。
也将加⼤宣传⼒度,重点邀请和组织专业观众,尽最⼤努⼒办好本届⼤会。
再次感谢⼤家的理解和⽀持!由此带来的诸多不便,深表歉意!
中国煤炭加⼯利⽤协会
鄂尔多斯市环保投资有限公司
北京泛地能源咨询中⼼
2021年10⽉28⽇
关于2021 煤矿与煤化⼯环境保护产业⼤会
4位院⼠、100多位专家、10场专业论坛,300多家煤炭、化⼯、电⼒企业及设计院(⼯程公司),16
0个展位,1000多名参会代表,2000多名专业观众。
地⽅政府、园区、⾏业协会,煤炭、化⼯、电⼒企业提前预约免收会务费,提供餐饮
2021煤矿与煤化⼯环保产业⼤会开幕式暨院⼠论坛原定议程
论坛会议主要⽇程
展会开幕式
●时间:10⽉21⽇ 08:30-12:00
●地点:鄂尔多斯国际会展中⼼B馆
主持⼈:张绍强中国煤炭加⼯利⽤协会会长
开幕式介绍与会领导及嘉宾
内蒙古⾃治区⽣态环境厅、鄂尔多斯市政府、主办单位领导致辞
中国煤炭⼯业协会副会长刘峰主旨报告
院⼠论坛
主持⼈:张绍强中国煤炭加⼯利⽤协会会长
“双碳”战略⽬标认识与煤化⼯⾼质量发展
——谢克昌中国⼯程院原副院长、中国⼯程院院⼠
中国氢能源与燃料电池发展战略研究
——彭苏萍中国⼯程院院⼠
绿⾊矿⼭建设与矿⼭环境问题
——武强中国⼯程院院⼠
煤油同⾤技术
煤油同⾤技术
——宋振骐中国科学院院⼠
新技术发布:煤综采⼯作⾯纯⽔绿⾊节能环保技术的研究与应⽤——三⼀重装国际控股有限公司
专题论坛⼀:煤炭矿井⽔深度处理与资源化利⽤
●时间:10⽉21⽇下午 14:00-18:35
●地点:鄂尔多斯国际会展中⼼C馆搭建会议室
主持⼈:郭中权中煤科⼯集团杭州研究院有限公司副总经理
14:00-14:25
“晶种法”在污⽔资源化中的应⽤⽅案
——林勇烟台⾦正环保科技有限公司研发总监
14:25-14:50
煤矿⾼盐矿井⽔膜浓缩处理技术
——郭中权中煤科⼯集团杭州研究有限公司副总经理
14:50-15:15
矿井⽔零排放结晶盐资源化项⽬分享
——张⽔⽔副总经理内蒙古晶泰环境科技有限责任公司
15:15-15:40
纳诺斯通陶瓷超滤在矿井⽔深度处理中的应⽤案例分析
——⾦庆西纳诺斯通⽔务技术(上海)有限公司⽔务亚太区销售总监15:40-16:05
⼤通宝富智能化MVR蒸汽压缩机及其⾏业应⽤
钢结构连廊——缪⼩军南通⼤通宝富风机有限公司技术中⼼副主任
16:05-16:30
结晶盐品质控制及结晶盐深度资源化利⽤技术
——王艳朋南京万德斯环保科技股份有限公司副总⼯程师
16:30-16:55
POREX 管式膜在矿井废⽔上的应⽤

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