高含盐有机废液处置调研 对高含盐有机废液产生现状,处置技术、适用范围、优缺点、应用现状进行详细调研,形成如下调研报告:
(1)产生现状及特点 高含盐有机废液指的是 COD>10000mg/L,含盐量>50000mg/L 的废液,是工业废水中极难处置的一类,占工业废水总量的 27%左右,主要产生于农药、制药、盐化工等精细化工行业的膜分离、精馏及盐析等工段,该废液特点如下:
形态各异、成分复杂多变:因来源行业及产生环节广泛,高含盐有机废液中携带有反应原料、反应生成的中间产物、产品及生产过程中产生的污染物,致使废液的水量及水质都具有不稳定性; 处理难度大:废水同时具有高含盐量和高 COD,盐分主要为 NaCl 和 Na2SO4等碱金属和碱土金属,有机物主要为醇类溶剂、芳香族化合物、杂环化合物等,盐分及有机物的类别各异给处理带来了极大的难度,难以形成一套成熟工艺应用于这类废液的处置; 环境健康风险大:高含盐有机废液一般表现为色泽深、气味大、酸碱度强,直接排放对水体造成不可估量的危害。当前产废企业大多采用多效蒸发及蒸汽机械再压缩等工艺进行预处理,进而产生大量的工业废盐。由于多效蒸发操作温度为 100-200℃,没有达到废液中大分子有机物的气化温度,导致废盐渣中依然含有废原液中的大部分有机毒物,需按危废进行安全处置。以农药行业废盐渣为例(HW04),危废填埋处置费用约 3000 元/吨,因处置费用高,导致许多企业大量堆积此类废盐渣,部分企业甚至将具有毒性的废盐渣作为副产盐销售给非法商贩,严重威胁了群众健康。
从环境健康风险角度考虑,高盐有机废液排放前必须得到有效安全处置,但如何高效、彻底处理高含盐有机废液则成为制约众多化工企业发展的一道难题。
(2)主要处置方式 目前应用于高含盐有机废液的处理技术主要有膜分离法、吸附法、氧化法和热处理法。
1)膜分离法 膜分离法是利用膜对混合物中各组分的选择透过性来分离、提纯和浓缩目标产物的分离技术,以具有选择透过性的无机或高分子材料作为分离层,采用压力
差、浓度差、电位差或温度差等的一种或多种推动力,使流体中各组分得以分离、分级或富集的一种方法。与传统分离技术相比,具有无相变、可在常温下连续操作、过程简单、分离效率高、无二次污染等优点。但膜分离法对于膜的品质要求较高,而高含盐废液成分复杂,分离膜在运行中容易堵塞和污染,从而影响膜寿命,增加运行成本。
2)吸附法 吸附法主要利用某些多孔或者大比表面积吸附剂的吸附作用去除高含盐有机废液中的有机物质,然后再用特定的溶剂将吸附剂上的污染物组分解吸附,回收吸附剂,实现污染物分离的目的。该方法运行成本较高,且吸附剂再生困难,此外有些高含盐有机废液中含有水溶液性较高的有机物,处理效果一般。
3)化学氧化法 化学氧化法或高级氧化法主要作用是将有机物降解为无机物或小分子有机物,从而降低废水处理难度或对某些元素进行回收。化学氧化法对 COD 有一定的降解能力,但是它对有机物的降解不完全,处理后的高含盐有机废液经过多效蒸发得到的盐纯度不够,不能回用于工业行业,同时化学氧化的过程往往伴随次生危废的产生,所以常用于低浓度含盐有机废液的预处理。
4)热处理技术 热处理技术主要是采用热传导或对流的方式将废液加热到一定温度,使低沸点的水气脱离,废液中存在的盐分浓缩饱和后结晶析出,进一步升高温度使其中高沸点、大分子有机成分通过挥发或者分解转化为小分子,如彻底与浓缩所得的盐分分离,从而达到高含盐有机废水减量化、无害化的目的,为后续浓缩盐资源化再利用提供条件。目前国内外高含盐有机废水热处理技术主要包括废液焚烧、蒸发结晶及热解气化等工艺。
①废液焚烧技术:利用高温焚烧彻底分解废液中有机物是一种常见的有机废液处理方法,在有氧气氛下,高含盐有机废液中的有机物在 300℃左右开始挥发、分解,当温度达到 800℃以上时,废液中的有机物将彻底分解为 CO2、CO、NOx、SOx 等小分子气体,残余的盐分在高温下以熔融状态排出,从而实现高含盐有机废液的安全处置。焚烧法一般适用于处理 COD>100000mg/L,热值>2500kcal/kg的高浓度有机废液,而对于含盐量>10000mg/L 的有机废液,一般需要进行脱盐
预处理以防止炉内结焦,还需要控制废液中低熔点盐分含量,以防止焚烧过程中形成低熔点的共晶体,导致焚烧炉结焦结渣,影响焚烧炉的运行。根据主体设备的不同,分为流化床焚烧技术、回转窑焚烧技术和定式窑焚烧技术。
流化床焚烧技术:主要用于处理固态或半固态废物,也可以用于协同焚烧有机废液,该技术燃烧效率高、维护成本低,主要结构如图 1 所示,流化床焚烧炉的燃烧室可分为下部的密相区和上部的稀相区两部分,固态或半固态废物中的大部分有机物一般在密相区中完成分解。废液通常从密相区喷入炉膛,利用密相区中物质燃烧产生的热量进行分解,对废液热值波动适应性较强。但在处理高含盐有机废液时,由于炉膛的运行温度高于部分无机盐的熔点,且烟气流速快,容易造成炉膛及部分烟道结焦挂壁现象,影响焚烧炉的稳定运行; 回转窑焚烧技术:是目前较为成熟的危险废物处置技术之一,具有废物形态及热值波动适应性强、处理能力大、烟气量相对较小等特点,主要结构如图2 所示。但在处理高含盐有机废液时,会出现回转窑结圈和熔渣挂壁现象,造成耐火材料严重腐蚀、焚烧效率下降等问题。
定式窑焚烧技术:定式窑的燃烧室一般为一个内置耐火材料的立式圆筒,可以根据需要调整圆筒的高径比,以承受一定程度的熔融结焦,常用于焚烧含较多无机盐或低熔点灰分的有机废液,结构如图 3 所示。定式窑焚烧技术对废液热值和雾化质量要求高,在应用到处理高含盐有机废液中时,成分复杂的低熔点盐可能会堵塞喷嘴,降低喷嘴的雾化效果,影响焚烧炉的正常运行。
图 1 流化床焚烧炉示意图
图 2 回转窑焚烧炉示意图 图 3 定式窑焚烧炉示意图 综上所述,相对于流化床焚烧炉,回转窑及定式窑炉更适合于处理高含盐有机废液,但它们都存在炉体及烟道结焦结渣问题,同时当协同焚烧废物含有氯及苯环等前驱物时,盐分表面易发生二噁英等有毒物质附着现象,影响盐分的资源化利用。
②蒸发结晶:该技术是通过将废液加热到一定的温度(50-150℃),其中的部分小分子挥发性有机物随同水分汽化,从而实现废液与盐分离。蒸发结晶主要有三效蒸发技术和蒸汽机械再压缩技术:
三效蒸发:利用三效蒸发装置依次浓缩,可达到高含盐有机废液中盐分的过饱和结晶析出,实现盐分与废液的分离,提高了废液的可生化性,便于后续处理,其整体工艺流程如图 4 所示。三效蒸发器常适用于处理化工生产、食品加工厂、医药生产、石油和天然气采集加工等行业产生的含盐量<250 000 mg/L、COD<10 000 mg/L 的废液。该技术突出优点是热能利用率高、进水预
处理简单、分离效果好等; 蒸汽机械再压缩技术 :是将已用的蒸汽经压缩机吸入增压升温后输送到蒸发器内循环放热,该技术是一项以电功代替蒸汽输入的先进节能技术,整体工艺流程如图 5 所示,该技术具有工艺集成度高、能耗低、占地面积小等特点。
图 4 三效蒸发工艺流程图 图 5 蒸汽机械再压缩技术工艺流程图 采用蒸发结晶技术可以提高高含盐有机废液的可生化性,但由于运行温度较低,废液中的大分子有机物容易残留在结晶盐表面,导致产生的结晶盐大都仍需按照危险废物进行处置,处理总成本仍较高。
③热解气化:热解气化过程是一种在高温、惰性气氛条件下进行的反应,利用热能将有机物质中大分子内部的化学键切断,生成低分子量的可凝结及不可凝结气体和固态残炭,操作温度范围一般为 300-900 ℃。热解气化技术已经被广泛
应用于生物质、污泥、餐厨废物等有机废物的资源化处理。由于是在无氧气氛下操作,利用热解气化技术处理高含盐有机废液既可以避免高毒性物质(二噁英等)的生成,又可以将废液中的有机物转化为高热值的气体产物,使分离出的盐分彻底解毒,既降低了处理成本,又实现了高含盐有机废液无害化、资源化处理。