工业废盐处理处置现状研究进展

⼯业废盐处理处置现状研究进展
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摘要
国内废盐因产量⼤、毒性⼤、处理处置困难等问题已经受到了公众和管理者的⼴泛关注。从⼯业废盐的处理技术、利⽤处置⽅式、现有管理政策等⽅⾯,综述了国内外⼯业废盐处理处置现状,提出了相关建议。总结如下:排海和填埋是国外含盐废⽔与废盐的主要处置⽅式,国内则主要进⼊安全填埋场填埋,通过物理化学法及⾼温处理法⽆害化处理后的废盐资源化⽔平低,此外,废盐的处理处置缺乏相关标准、环境风险评估等相关管理⽂件,提出了废盐源头减量、⽆害化处置和资源化利⽤相结合,源头减量优先、⽆害化处置保障、资源化利⽤强化、盐合理排放的建议。
引⾔
⼯业废盐来源⼴泛,涉及农药、制药、染料、印染、电镀等诸多⾏业。其含有⼤量有毒有害物质,如有机物、重⾦属等污染物,毒害⼤,难降解,常伴有刺激性的⽓味,易对⼟壤、地下⽔和空⽓造成污染。
⼯业废盐因产量⼤、处理处置困难已引起了环境保护管理部门的⼴泛关注。据统计,2015年,全国化⼯⾏业废盐产⽣量约 3×106t,其中农药 5× 105 t、聚碳5× 105t、煤化⼯ 2× 105t、染料 4× 105t、树脂 4× 105t、橡胶 3× 105t,其他化⼯⾏业产⽣量约 7× 105 t,庞⼤的产⽣量使企业“胀库”现象频现,特别是随着精细化⼯⾏业的快速发展,成倍增长的含盐危险固废仍是企业下⼀步发展的最⼤瓶颈,⼯业废盐有效安全处置已成为亟需解决的环境问题。近年来,⼴⼤科研⼯作者就废盐处理处置技术和相关管理政策展开了⼴泛的研究。
废盐的处理处置现状与研究进展
废盐“去毒”,是实现废盐⽆害化处置或资源化利⽤的前提。不同种类⼯业盐的质量标准见表1。⽬前,常采⽤物理化学法和⾼温处理法对废盐去毒处理,回收得到符合标准的⼯业盐,并将其回⽤于⼯业⽣产中,从⽽实现⼯业盐的循环利⽤。此外,废盐的处置⽅式主要为⽆害化后填埋和排海。
⼀、废盐的处理技术
1、物理化学法
物理化学法主要是利⽤投加的化学药剂与盐中有毒有害物质进⾏中和、沉淀或氧化反应,实现有毒有害物质的去除。如杨炳儒在处理废盐过程中,利⽤硫酸亚铁与废氰盐的热态中和反应实现的破坏,减⼩废氰盐的毒性;赵晋在处理钛⽩粉⽣产中氯化废盐渣时,将废盐重溶于⽔,随后投⼊碱液,沉淀其中的⾦属离⼦,经过渣、⽔分离后,通过晒盐回收⽔中的氯化钠;BOOPATHY 等在处理制⾰⼯业中产⽣的含盐固体废物时,将其重溶于⽔配成近饱和溶液,以氯化氢为沉淀剂,通过选择性沉淀法回收其中的氯化钠,回收盐的纯度达到⼯业盐标准,可以在⽪⾰⾏业或其他加⼯⾏业中使⽤。废盐处理的物理化学法主要技术有重结晶、盐洗法、萃取法、⾼级氧化法和化学法。
(1)重结晶。利⽤溶质的溶解度差异,将溶于溶剂的晶体重新从溶液中结晶析出的过程。此⽅法可以纯化不纯净的废盐,易操作、成本低,但对其中的有机物去除困难,多⽤于废盐去毒去害后的精制与分离。上海市磕⼭劳动轴承⼚理化室通过将废盐溶解、过滤、蒸发结晶并⼲燥后实现对废盐的回收处理,使“废盐”不废,符合热处理淬⽕要求的好盐。
(2)盐洗法。利⽤饱和盐⽔进⾏洗涤,使废盐中的有机物、重⾦属等物质溶解于洗涤液中,从⽽达到净化盐的作⽤。这种⽅法操作简单,处理成本低,但使⽤范围窄,仅适⽤于处理杂质单⼀、杂质含
量少的杂盐,且处理效率较低,常需要多级洗涤,产⽣的⾼盐废⽔也难以处理。
(3)萃取法。利⽤有机萃取剂,将盐渣中的有机污染物萃取到萃取剂中,从⽽降低盐渣中有机污染物的含量,萃取剂中有机物可以通过反萃取回收利⽤。这种⽅法能耗低,操作简单,投资少,往往对有机物浓度⾼,组成成分单⼀的废盐具有较好的效果,常⽤于回收其中⾼附加值的有机物产品,但对于有机物含量低的废盐,处理效果较差,且萃取剂的引⼊,有⼆次污染的风险。GUO 等采⽤硅橡胶模萃取处理含有邻甲苯胺和对甲苯胺的⾼盐废⽔,在萃取时间为 12h
时,芳⾹胺的去除率达到了87.9%。
(4)⾼级氧化法。在饱和盐⽔清洗的基础上,借助化学氧化剂的强氧化性,将有毒有害的有机污染物氧化,从⽽实现废盐的⽆害化,得到⼲净的副产品盐,⽬前主要使⽤的化学氧化剂有次氯酸钠、双氧⽔和臭氧等。⾼级氧化法的处理效果往往取决于有机污染物的性质,适⽤范围⼩,消耗的氧化剂量⼤,处理成本较⾼;此外,对于氧化剂的⽤量不好把握,容易造成氧化剂的过量浪费或有机物的去除不彻底等问题。
物理化学法处理废盐常常存在⼀定的局限性,尤其对于成分复杂、有机物含量⾼的废盐处理,往往需要多种物理化学⽅法组合来完成,导致处理⼯序复杂,且易产⽣⼆次污染物。
2、⾼温处理法
⾼温处理法主要是利⽤盐渣中有机杂质在⾼温条件下易分解挥发的特性,在⾼温下将有机杂质分解成易挥发的⽓体和碳渣,从⽽达到去除有机杂质的⽬的。这种⽅法对废盐的减量化效果明显、有机物去除效果显著,被认为是副产含盐危险固废⽆害化处理最有效可⾏的⽅法。贺周初在对⽔合肼副产盐渣⾼温处理过程中,将其中的⽔合肼和尿素分解为挥发性⽓体去除,处理后的盐能满⾜氯碱⼯业原料⽤盐的要求。湖南化⼯研究院根据农药⾏业副产含盐危险固废的特性,利⽤⾼温烟⽓使含盐固废中的有机物分解,处理后含盐固废总氮质量浓度降到 20mg/L 以下,总磷质量浓度降低到 5mg/L 以下,有机物去除率达 99% 以上,产品盐经权威部门检测属Ⅳ类低毒化学品。
⾼温处理法根据环境中的氧含量差异可分为好氧燃烧和缺氧热解,其均能够将固体废弃物中有毒有害物质分解为⽆害物质;但在处理过程中,⾼温的环境使⽆机盐发⽣软化,造成盐在焚烧炉表⾯粘壁、结垢以及其对设备的堵塞、腐蚀等问题。迄今,国内外研究者还对此⽅法进⾏了深化改进,开发了碳化法和⾼温熔融处理法。
(1)碳化法。根据不同盐渣的临界软化点和临界碳化点选择不同的碳化温度和碳化⽅法⽽开发的分级临界碳化法,试图解决⾼温碳化处理废盐⼯艺中存在的废盐软化、设备粘结、碳化不均、杂质去除不净等问题。杂盐通过⼲燥脱⽔,形成具有流动性较好的颗粒,在合适的温度条件下,与含有⼀定温度的热空⽓结合发⽣传热碳化,使杂盐中的有机物形成挥发份和有机碳,再对盐渣进⾏溶解、⽔洗、过滤、再结晶,形成盐产品。
(2)⾼温熔融处理法。利⽤⾼于盐渣的熔融温度将盐渣完全熔融为液态,同时彻底地将有机物焚烧去除,经急冷再结晶,得到了较⾼品质的副产盐。此⽅法温度⾼(800-1000℃),避开了盐的软化温度区间,防⽌了盐在设备和管道内结圈、结块,有机物去除效果可达 99% 以上,但其运⾏成本和设备投资相对较⾼。
⼆、废盐处置利⽤⽅式
1、填埋
填埋处置作为多数盐⽔浓缩液或固态废盐废渣等危险废弃物的最终处置⽅式,对物料⼊场要求越来越⾼。填埋处置需要占⽤⼤量的场地,造成⼟地资源的紧张与严重浪费,同时废盐容易对防渗衬层造成腐蚀影响,淋滤作⽤会使⼤量废盐重溶于渗滤液中,给渗滤液的处理、地下⽔资源和⽣态系统造成潜在的威胁。近年来,由于填埋法存在的弊端难以采⽤有效的技术⼿段解决,随着⼈们对环境保护意识的不断增强,⼯业废盐的普通填埋处置⽅式受到了限制,因此,废盐的刚性填埋应运⽽⽣。
2、排海
国外,排海是废盐和含盐废⽔的主要处置⽅式,其主要排放⽅式为含盐废⽔在近海直接排海或将收集起来的废盐运⾄公海进⾏深海排放。⽽对于倾倒⼊海的废盐,往往需要进⾏⽆害化处理,例如,⽇本
将农药⽣产过程中产⽣的盐渣经⾼温条件去除其中有毒有害物质后,向海洋倾倒,使盐资源回归⾃然。这种⽅法处理废盐具有局限性,其要求产盐企业位于近海地区,且主要⽤于处理含有氯化钾、氯化钠、氯化钙等成分的废盐,对于含有 Hg,Cd 等有毒物质的废盐⽆法采⽤此⽅式处理。
⽽对于离⼦交换树脂再⽣以及海⽔淡化等过程中产⽣的⼤量废卤⽔,⽬前将其通过地表⽔排放是国外卤⽔的主要处置⽅法,在美国,这种处置⽅式的占⽐⾼达45%,⽽在英国甚⾄⾼达 60%。将卤⽔直接排放到海洋、河流、海湾、湖泊等开放⽔体中,处理量⼤,处理成本低,在美国通过此⽅法处理 1m3 盐⽔仅需0.05-0.30 美元;但废卤⽔中的⾼盐含量以及可能存在的有机物,会对海洋的有限的⾃净能⼒产⽣冲击,引起海洋热污染以及增加⽔体中溶解氧的减少、富营养化和毒性的风险。
3、资源化利⽤
废盐资源化是从根本上解决废盐等固废问题的终极⽅向,其主要表现为对精制盐产品的资源化。⼯业废盐主要以钠、钙盐和混盐为主,去毒后的盐产品资源化途径可归纳为:
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3.1、钠盐
①制纯碱
现阶段,制碱技术已相当成熟,废盐经去毒、提纯、精制后,可作为制纯碱的原料回收氯化钠盐。周
国娥等通过洗涤⽔合肼副产盐渣中的盐碱得到含碱母液和洗涤盐,然后向母液中通⼊⼆氧化碳冷冻析出⼗⽔碳酸钠;再利⽤洗涤盐与碳酸氢铵反应制得碳酸氢钠,碳酸氢钠煅烧制得纯碱,此过程不但创造了额外的经济效益,还避免了⽔合肼废盐对环境的威胁。
②制磷酸⼆氢钠
磷酸⼆氢钠是⼀种重要的化⼯产品,⽬前主要采⽤氢氧化钠或碳酸钠和磷酸的中和反应制备⽣产。⽽将⼯业废盐氯化钠作为⽣产磷酸⼆氢钠的原料,不仅可以有效消纳氯化钠废盐,实现“废盐不废”,还可以降低⽣产磷酸⼆氢钠的成本,带来显著的经济效益。郑学明采⽤浓磷酸和⼯业废盐氯化钠反应⽣产磷酸⼆氢钠,副产浓盐酸既能解决⼯业氯化钠的污染问题,⼜可以把浓磷酸转化成更具有价值的磷酸⼆氢钠,还能得到⼯业⽤浓盐酸。
③制元明粉
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元明粉,⼜称⽆⽔芒硝、⽆⽔硫酸钠,主要通过天然芒硝矿的开采和化⼯副产品的提取来制备。⽽化⼯废盐渣中常含有丰富的硫酸钠盐,通过对废盐去毒、除杂、提纯所回收的硫酸钠可⽤于⼯业元明粉使⽤。郝红勋等利⽤活性炭对⾼盐废⽔进⾏脱⾊预处理,降低其COD,同时去除不溶性杂质,钙镁离⼦、硅酸根等可溶性物质,随后通过电渗析和机械式蒸汽再压缩对⾼盐废⽔进⾏浓缩,使硫酸钠和氯化钠含量接近饱和,最后通过冷却结晶制得芒硝,芒硝经洗涤⼲燥得⽆⽔硫酸钠产品,产品质量可达
到国家标准要求。
④制离⼦膜烧碱
随着 “隔膜法烧碱⽣产装置”(2015年)被列⼊“第三类淘汰类”⽬录中,开发废盐精制应⽤于离⼦膜烧碱的⼯艺,不仅可以拓宽废盐的出路问题,⽽且实现了盐资源的循环利⽤。徐志宏等采⽤ 700-800℃温度,将草⽢膦废盐⾼温煅烧,经除磷、精制后,所得精盐的各项指标符合离⼦膜氯碱标准。
3.2、钙盐作⽔泥添加剂
在⽔泥制作过程中,通过添加盐⽯膏,其主要成分为 CaSO4,可以有效提升其凝结度和受⼒强度。盐⽯膏的不同投加配⽐对⽔泥密度、防渗透能⼒等性能也有⼀定的影响,研究表明,盐⽯膏的添加量在3.1%-3.9% 时可缩短⽔泥的凝结时间,增强其受⼒能⼒。另外,利⽤盐⽯膏代替传统⽣产中的天然⽯膏,⽣产出的产品性能均能符合使⽤要求;但在使⽤过程中,废⽓的产⽣以及所⽤添加剂的盐碱性对⽔泥性能的影响应受到重视。
3.3、混盐作助熔剂或燃煤添加剂
研究表明,MgO,CaO,Fe2O3等碱性氧化物可以降低以酸性氧化物为主要成分的煤灰熔点,在煤灰熔融过程中扮演助熔剂的作⽤;此外,也有学者提出盐泥中含有的 Mg2+,Ca2+,Na+及其他⾦属离
美能达相机维修⼦在燃烧时具有⼀定的助燃性,因此,将氯化钠盐泥作为助熔剂或助燃剂添加到某些⼯艺中以降低⼯艺能耗或提升燃烧效果具有⼀定的可⾏性。⽩云起等将盐泥加⼊到燃煤中后,发现燃煤的着⽕点有⼀定的降低,并且燃烧废⽓中 CO 浓度明显下降,燃煤得到充分燃烧,进⽽⼤⼤提⾼了燃煤的燃烧效能。
⼯业盐是重要的⼯业原料,是宝贵的国家战略资源,将废盐去毒精制,回收的⼯业盐具有⼴泛的⼯业⽤途。然⽽,不同⾏业对⼯业原料盐的品质要求存在⼀定的差异性,结合 QB/T 4890—2015《印染⽤盐》,QB/T 5270 — 2018《离⼦膜烧碱⽤盐》和 HB 5408—2004《航空热处理⽤盐规范》等标准,见表2。由于上述标准未对有机物和重⾦属等特征污染物进⾏限值规定,从⼯业废盐综合利⽤的⾓度看,存在⼀定的资源化利⽤风险。
废盐的管理政策
《国家危险废物名录》将化学药品原料药⽣产过程中产⽣的蒸馏及反应残渣、化学药品原料药⽣产过程中的废母液及反应基或培养基废物划定为危险废物,诸如农药⽣产过程中产⽣的蒸馏及反应残余物(HW04)、农药⽣产过程中产⽣的废母液(HW04)以及氯碱⾏业含汞废盐/泥(HW45含汞废物)等,均属于危险废物。将盐泥残渣及废液纳⼊危废名录,是国家对于环保要求⽇趋严格的重要体现。
GB/T 27945.3—2011《热处理盐浴有害固体废物的管理第3部分:⽆害化处理⽅法》中规范了钡盐渣、硝盐渣、氰盐渣的⽆害化处理⽅法,提出在废盐监管过程中,处理单位应保存废盐处理过程、处理结果和排放批准的记录,并积极配合当地环保部门的检查、监督和管理。《中华⼈民共和国海洋倾废管理条例》对海洋倾废处置作了相关规定:对于需要向海洋倾倒废弃物的单位,应事先向主管部门提出申请;废弃物根据其毒性、有害物质含量和对海洋环境的影响等因素分为 3 类,且需拥有相应资质的许可证⽅可倾倒。
国内废盐的管理与处置还需要解决以下问题:
(1)技术研发⽅⾯,⼯业废盐的有效处理⼿段较为单⼀,且处置技术难度⼤,回收再利⽤的渠道少。
(2)废盐产⽣和贮存数量巨⼤,综合利⽤的成本⾼,⽽资源化价值低,难与市场竞争。此外,废盐资源化缺乏标准的⽀撑和政策引导,且众多企业以不能实现危废解控、标准降低的企业标准来规避危废监管,影响企业回收处置副产⼯业盐的积极性。
麦麦提依明 努尔麦麦提(3)缺乏配套的标准规范和相应的管理办法,废盐的处理⽅法、装备难标准化。
针对⽬前国内废盐管理处理处置中存在的问题,管理部门积极投⾝其中,并取得⼀些实质性的进展:
(1)通过源头控制,⽣产⼯艺优化,实现废盐的减量化;积极探索资源化利⽤途径,为废盐的处置寻求出路;此外,“江苏省⼯业废杂盐处理技术规范”等标准制修订已提上⽇程。
(2)积极动态更新了危险废物名录,为危险废物“点对点”综合利⽤提供了政策保障,完善了危险废物鉴别程序和办法,增强了对废盐的管理。
结论与建议
⼯业废盐⼀直是国内外固体废物处理处置的⼀⼤难题。国外,关于废盐⽆害化处理技术的研究鲜少,其更多地趋向于对含盐废⽔的处理处置研究。排海和填埋是国外含盐废⽔与废盐的主要处置⽅式;国内,废盐主要通过物理化学法及⾼温处理法进⾏⽆害化处理后送⼊安全填埋场填埋,资源化⽔平低。此外,废盐的处理处置缺乏标准的⽀撑、政策的引导、环境风险评估等相关管理⽂件。
废盐的综合治理应从重点⾏业⼊⼿,将源头减量、⽆害化处置和资源化利⽤相结合,源头减量优先、⽆害化处置保障、资源化利⽤强化、盐合理排放,考虑技术指标先进性与经济性相结合,选择合理、⾼效的废盐综合治理途径,实现⼯业废盐的减量化、资源化和⽆害化。
源头减量⽅⾯,重点考虑原材料替代和⼯艺改进,减少因酸碱中和⽽产⽣的废盐量,分质收集处理⾼盐废⽔;⽆害化处置⽅⾯,优先考虑⾼盐废⽔和⼯业废盐去毒,加快研发⾼效的有机废液预浓缩、盐渣脱毒技术和资源化技术;资源化利⽤⽅⾯,⿎励废盐向资源化利⽤处置⽅向转变,将⽆害化的废盐或⾼盐⽔⽤于离⼦膜烧碱、纯碱或⽤作⽔泥助磨剂、印染助剂等⼯业⾏业中;政策⽀撑和管理⽅⾯,明确⼯业废盐⽆害化与资源化途径,制订相关技术指南或标准,评估废盐综合利⽤和排放带来的⽣态环境风险,为废盐处理处置提供技术与政策保障。
作者:周海云,鲍业闯,包健,祝建中
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政策法规
☞今⽇发布!!⽣态环境部征求《关于加强危险废物鉴别⼯作的通知(征求意见稿)》的意见!
☞权威发布:2020年全国⼤、中城市固体废物污染环境防治年报!
☞重磅消息,《国家危险废物名录(2021)》发布了元旦起实施!
☞减少12种,新增豁免16类危废!!新版危废名录有哪些变化??
⾏业资讯
☞王琪:应确⽴危险废物填埋有限存放的技术定位。
☞刘科:关于《危险废物转移环境管理办法》的建议!
☞危废产量与⽇俱增,处置能⼒错配问题突出
☞加强危险废物监管,切实防范环境风险!
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