【污水處理技術(shù)】焚燒法處理有機(jī)廢液的工藝選擇
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，工業(yè)廢水和生活污水排放量日益增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前世界每年有超過(guò)4200億m3的污水排入江河湖泊，致使1/3的淡水受到不同程度的污染。我國(guó)的廢水排放量也是逐年增加，污染十分嚴(yán)重。其中，化工行業(yè)排放的高濃度有機(jī)廢液對(duì)水環(huán)境的污染更是難以解決的老問(wèn)題。這些高濃度有機(jī)廢液不僅難生物降解，而且對(duì)生物和人類還具有致癌、致畸、致突變等毒害作用，對(duì)人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。據(jù)報(bào)道，人類癌癥的80%～90%都與環(huán)境因素有關(guān)，在已發(fā)現(xiàn)的致癌化學(xué)物中，80%為有機(jī)污染物。因此，對(duì)有機(jī)廢液進(jìn)行有效的處理具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。
由于有機(jī)物具有很好的可燃性，因此有機(jī)溶劑、有機(jī)殘液、廢料液等可采用焚燒法進(jìn)行處理。焚燒法處理有機(jī)廢液就是在高溫條件下將有機(jī)物進(jìn)行氧化分解，使其生成水、二氧化碳等無(wú)害物質(zhì)后排入大氣，COD的去除率可達(dá)99%以上。焚燒法處理有機(jī)廢液是在高溫條件下利用空氣深度氧化處理廢液中有機(jī)物的有效手段，也是高溫深度氧化處理有機(jī)廢液最易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法。熱值高的有機(jī)廢液，其燃燒過(guò)程與液體燃料相似，只要保證良好的霧化效果，供給足夠的燃燒空氣，即可獲得穩(wěn)定的燃燒條件?；ば袠I(yè)排放的有機(jī)廢液可采用這種方法進(jìn)行最終處置，尤其是一些濃度高、組分復(fù)雜、污染物沒(méi)有回收利用價(jià)值而熱值較高的廢液，可直接采用焚燒方法處理。
1 焚燒工藝處理有機(jī)廢液的條件
1.1 有機(jī)廢液的COD值及熱值
一般認(rèn)為COD≥100000mg/L、熱值≥2500kcal/kg的有機(jī)廢液或有機(jī)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10%的有機(jī)廢液采用焚燒法處理較其他方法更加經(jīng)濟(jì)、合理。研究表明：熱值為2500kcal/kg以上的廢液，在有輔助燃料引燃的條件下能夠自燃；但一些廢油與水的混合液，在未乳化混合時(shí)，其熱值達(dá)不到該數(shù)值，不能夠燃燒。對(duì)于COD為10000～100000mg/L、熱值250～2500kcal/kg的有機(jī)廢液，燃燒時(shí)需要補(bǔ)充大量的輔助燃料，這類有機(jī)廢液適合采用濕式氧化法處理，因?yàn)檫@種處理工藝運(yùn)行成本較低，僅為焚燒法的1/3左右。
遼陽(yáng)石油化纖公司從法國(guó)進(jìn)口的焚燒爐用于處理各類生產(chǎn)廢液和廢渣，后因廢液、廢渣相繼得到開(kāi)發(fā)利用，廢液中有機(jī)物含量大大降低(10000mg/L＜COD＜50000mg/L)，使得廢液焚燒處理費(fèi)用增高到165.78元/t，而絮凝氧化僅需61.39元/t。因此，對(duì)有機(jī)廢液進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)廢液中有機(jī)物含量的不同，選擇不同的處理工藝，如下表所示。
有機(jī)廢液處理工藝的選擇
處理工藝 工作條件 適用處理對(duì)象
化學(xué)氧化法 常溫、采用氯或臭氧等強(qiáng)氧化劑 濃度非常低的廢液
生物處理法 無(wú)毒、 COD＜10000mg/L
濕式氧化法 高溫、高壓、閉式 10000mg/L＜COD＜100000mg/L、除鹽
焚燒法 高溫 COD＞100000mg/L
1.2 有機(jī)廢液的生物可降解性
一般用BOD5/COD值表示有機(jī)廢液的生物可降解性。BOD5/COD＞0.45時(shí)為易生物降解，BOD5/COD＞0.30時(shí)為可生物降解，BOD5/COD＜0.30時(shí)為較難生物降解，BOD5/COD＜0.20時(shí)為不宜生物降解。這個(gè)比值雖不能直接表示有機(jī)物中可生物降解部分所占比例，但簡(jiǎn)單實(shí)用，因而在工程實(shí)際中，通常使用這個(gè)比值來(lái)評(píng)定工業(yè)廢水生物處理的可行性。
當(dāng)判斷生物工藝處理有機(jī)廢液不可行，且排除假陰性(BOD5/COD很小，但實(shí)際上很易生化處理)時(shí)，可選擇焚燒法處理有機(jī)廢液。
2 焚燒法處理有機(jī)廢液工藝分析
確定采用焚燒工藝處理有機(jī)廢液后，應(yīng)根據(jù)廢液的物化性質(zhì)選用不同的焚燒工藝。按照物化性質(zhì)的不同，有機(jī)廢液可分為以下幾種：
(1)不含鹵素的有機(jī)廢液
該類廢液為碳?xì)浠衔镱?，主要含有C、H、O，有時(shí)含有S。廢液自身可作為燃料(如廢棄物的有機(jī)溶劑)，與氧化合后產(chǎn)生CO2、H2O和SO2。除SO2外，燃燒產(chǎn)物是清潔的，可以直接排入大氣，燃燒產(chǎn)物中的熱量可以通過(guò)鍋爐或余熱鍋爐加以回收。
(2)含鹵素的有機(jī)廢液
包括含有像CCl4、氯乙烯、溴甲烷和其他含鹵素的有機(jī)物。這類廢液的熱值主要取決于鹵素的含量；焚燒處理時(shí)，可根據(jù)鹵素的含量、熱值來(lái)決定是否需要添加輔助燃料。含鹵素的有機(jī)廢液在焚燒爐內(nèi)氧化后，會(huì)產(chǎn)生單質(zhì)鹵素、鹵素或鹵化氫(HF、HCl、HBr等)，根據(jù)需要可以將其去除或回收。
(3)含高鹽的有機(jī)廢液
該類廢液含有高濃度無(wú)機(jī)鹽或有機(jī)鹽。這種廢液燃燒后會(huì)產(chǎn)生熔化鹽，容易造成焚燒爐的結(jié)焦結(jié)渣。因此，設(shè)計(jì)選擇的最佳焚燒爐型是圓型立式爐。圓型立式爐的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常內(nèi)襯為耐火材料層，還可設(shè)計(jì)成夾套層以預(yù)熱空氣、降低輔助燃料消耗量。該焚燒爐可采用旋流燃燒器，在爐頂部位安置單個(gè)或多個(gè)廢液霧化燃燒器，霧化的廢液微小液滴在高溫火焰區(qū)域內(nèi)懸浮燃燒，有助于與助燃空氣良好混合，增加停留時(shí)間，使霧化廢液微小液滴在高溫區(qū)內(nèi)充分燃燒。
3 焚燒法處理有機(jī)廢液的流程
廢液焚燒處理時(shí)應(yīng)先了解其組成和熱值情況，掌握化學(xué)反應(yīng)特性，再選擇合適的焚燒處理工藝。
3.1 預(yù)處理
有機(jī)廢液由于其來(lái)源不同，成分常常有很大差異；焚燒前，通常要進(jìn)行一定的處理，即進(jìn)行預(yù)處理，使其符合焚燒要求。主要包括以下幾方面：
(1)有機(jī)廢液通常采用霧化焚燒，但廢液中的固體懸浮物易造成噴嘴堵塞、腐蝕或燃燒器內(nèi)結(jié)垢等，降低噴嘴的霧化效果，影響焚燒爐的正常運(yùn)行。故廢液焚燒前，應(yīng)過(guò)濾去除廢液中的懸浮物，使廢水粘度＜40mPas，懸浮物粘度＜40目。
(2)不同類型的工業(yè)廢液，酸堿性常常不一樣，酸性有機(jī)廢液噴入爐內(nèi)，會(huì)對(duì)爐體造成腐蝕；堿性有機(jī)廢液噴入爐后，會(huì)造成爐膛的結(jié)焦結(jié)渣。因此入爐前，有機(jī)廢液要進(jìn)行中和處理。
(3)通過(guò)摻混，改變廢液組成，調(diào)整廢液的物性，使其更好地燃燒。合理的混合能提高難燃有機(jī)物的可燃性。例如，對(duì)于不可燃的四氯乙烷來(lái)說(shuō)，當(dāng)其與壬烷以3∶1的比例混合時(shí)就能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。
(4)低粘度流體比高粘度流體的霧化效率更高。粘度高的廢液，需采用加熱或稀釋的方法降低其粘度，使其適合于泵的輸送和噴嘴霧化。
(5)霧化噴嘴是液體焚燒爐的核心，廢液燃燒情況的好壞與所選用的噴嘴型式有關(guān)。因此，應(yīng)選擇合適的霧化方式和霧化介質(zhì)，保證廢液與空氣良好混合。
3.2 濃縮
對(duì)于水分含量高的有機(jī)廢液，直接送入爐膛焚燒會(huì)降低廢液的焚燒效果、增加輔助燃料的供給量、提高焚燒爐的運(yùn)行成本。因此，焚燒前應(yīng)采用蒸發(fā)或萃取法將稀廢液濃縮，以利于焚燒。此外，由于高濃度有機(jī)廢液通常含有較多的無(wú)機(jī)鹽，如直接焚燒，會(huì)給焚燒爐帶來(lái)腐蝕和結(jié)渣等問(wèn)題，因此，蒸發(fā)還兼有除鹽的目的。
3.3 高溫焚燒
有機(jī)廢液的焚燒過(guò)程大致分為水分的蒸發(fā)、有機(jī)物的氣化或裂解(一般從700℃開(kāi)始)、有機(jī)物與空氣中氧的燃燒反應(yīng)(一般在500℃以上進(jìn)行)三個(gè)階段。焚燒溫度、停留時(shí)間、空氣過(guò)剩量等焚燒參數(shù)是影響有機(jī)廢液焚燒效果的重要因素，焚燒過(guò)程中要進(jìn)行合適的調(diào)節(jié)與控制。
(1)大多數(shù)有機(jī)廢液的焚燒溫度范圍為900℃～1200℃，最佳的焚燒溫度需要根據(jù)有機(jī)物的構(gòu)成元素進(jìn)行選擇。例如含氯有機(jī)廢液的焚燒應(yīng)選擇高限溫度，含氮、含硫有機(jī)廢液的焚燒可選擇低限溫度。
(2)停留時(shí)間需要根據(jù)廢液組成、爐溫、霧化效果確定。在霧化效果好、焚燒溫度正常的條件下，有機(jī)廢液的停留時(shí)間一般為1～2秒。例如含胺、含鈉鹽等有機(jī)物，在爐溫900℃、過(guò)剩空氣量30%、停留時(shí)間1s時(shí)即可保證處理效果。
(3)空氣過(guò)剩量的多少大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。空氣過(guò)剩量大，不僅會(huì)增加燃料消耗，有時(shí)還會(huì)造成副反應(yīng)。如含氯有機(jī)物焚燒，如果空氣量過(guò)多，在高溫下氯化氫會(huì)被氧化成氯氣。一般過(guò)?？諝饬窟x取范圍為20%～30%。
3.4 廢熱回收
是否安裝廢熱回收裝置，主要取決于安裝后能否帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。如果焚燒爐產(chǎn)生的熱量過(guò)低，安裝回收裝置是不經(jīng)濟(jì)的。廢熱回收設(shè)計(jì)還需考慮廢液燃燒產(chǎn)生的HCl、SOx等物質(zhì)的露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題，要控制腐蝕條件，選用耐腐蝕材料，保證其不進(jìn)入露點(diǎn)區(qū)域。
3.5 煙氣處理
有機(jī)廢液大多含有氯、氮、硫、磷等元素，經(jīng)焚燒處理后，會(huì)產(chǎn)生各種酸性氣體。因此，焚燒裝置必須考慮二次污染問(wèn)題。美國(guó)EPA要求所有焚燒爐必須達(dá)到以下三條標(biāo)準(zhǔn)：
(1)主要危險(xiǎn)物P、O、H、C的分解率、去除率≥99.9999%；
(2)顆粒物排放濃度34～57mg/dscm；
(3)煙氣中HCl/Cl2比值為21～600ppmv；干基，以HCl記。
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