必威·(BETWAY)官方网站工业废盐处理处置现状及趋势|张鹏因此,开发高效低成本处理新技术、将多技术耦合形成复合工艺、强化工业废盐中杂质去除和提升产品竞争力将是未来发展重点。
工业废盐是指含有一定污染成分的高浓含盐废液或固体无机盐,主要来源于农药、医药、染料、化工等行业,其中农药占30%、医药占10%、精细化工占15%、其他占45%。
农药行业工业废盐产生量最大,尤其是农药中间体和原药两个子行业,每生产1t水合肼、呋喃酚及酮,分别产生4~5t必威·(BETWAY)官方网站、0.67t及1.1~1.41t废盐,2017年我国仅生产这三种农药原料产生工业废盐约30万t,全行业每年产生废盐估计为2000万吨。
部分工业废盐属于危险废物,《国家危险废物名录》就包括农药、制药、化工等行业产生的精(蒸)馏及反应残余物,工业废盐中的危险废物部分,约占我国年产危险废物总量的15%。
工业废盐具有种类繁多、产量大、成分复杂、毒性大、处理成本高、环境危害大等特点,不能直接作为工业原料利用,目前的处置方式主要是堆放或填埋。《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2019)实施后,水溶性盐总量高于10%的废物不得进入柔性填埋场,大量工业废盐不能填埋,导致库存日益增多,出现“胀库”现象。
目前我国工业废盐处置技术仍处于发展阶段,其处理处置已成为我国工业发展的障碍。基于此,本文将从工业废盐处理现状、技术改进和发展趋势进行综述,为工业废盐处理和管理提供参考。
减量化处理是通过物理化学的方式,将工业废盐中的可回收组分提取,减少废盐的质量和体积。以下是常见减量化技术:重结晶、沉淀-重结晶、盐洗法及萃取法。
优点是操作简单、成本低。缺点是只能处理无机废盐,对有机物处理效果不理想。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溶解→过滤→加热蒸发结晶→干燥的工艺对废盐回收处理,回收的盐满足热处理淬火要求。
基于重结晶技术,发展出沉淀-重结晶技术,用于处理含Cu2+、Mg2+等重金属的废盐,通过添加碱液将重金属离子沉淀,然后将沉淀物过滤,再进行重结晶将废盐回收利用。
通过洗涤剂清洗,将有机物、重金属溶解于洗涤剂中使废盐得到净化,技术操作简单,处理成本低,缺点为仅适用于处理杂质单一、含量少的废盐,且洗涤水或有机溶剂存在二次污染等问题。有时单级清洗效率低,需要多级清洗,会导致饱和盐水使用量急剧增加,处理成本增加。吴哲峰溶剂清洗固体盐+纳滤+氧化+沉降除磷组合工艺,能有效去除草甘膦生产线上副产盐中的有机物,经处理后总有机碳、TN、TP满足氯碱精制盐水指标。方小琴等通过洗盐、冷冻、分离、氧化、纳滤以及蒸发多工艺组合,将废盐中NaCl和NaSO4提纯进行利用,减少排放。
通过有机萃取剂对废盐中的有机污染物进行萃取,降低废盐杂质含量。优点是能耗低、操作简单、投资少。缺点是技术适用于有机物浓度高且组分单一的废盐,对于有机物含量低的废盐效果较差,并且萃取剂会带来二次污染。
减量化处理技术可有效减少废盐的质量和体积,但由于适用范围有限,实际应用不多,多与无害化或资源化处理技术结合使用。在减量化处理过程中,应采取措施减少含盐废液的产生。
无害化技术是通过物理、化学和物理化学手段,将废盐中的有害组分转化为无害的物质或者将其与外部环境隔绝达到无害化的目的。
通过无水硫酸亚铁与加热至900℃的废氰盐进行热态中和去毒反应,生成了碳酸盐、气体以及硫、铁等,该法经济且安全性有保障。
利用高温条件下有机物分解挥发的特征,将废盐中的有机杂质转化为气体和固态有机碳。李强等发现一步碳化热解对长链有机物、芳环有机物、稠环和杂环有机物处理效率不佳,且常发生聚合反应,进而使废盐的毒性不减反增,开发了分级临界碳化技术。临界碳化技术可根据有机杂质性质的不同设置多级分解碳化炉,在不同的分解碳化炉设置不同的操作温度,最后烟气通过焚烧炉进行焚烧,可有效减少燃煤发电产生的CO2、SO2、NOx和其他污染物排放。临界碳化技术优点在于对有机物去除效率高,缺点是设备复杂、投资大。刘志英等通过干燥、预炭化、研磨过滤、活化并将研磨过滤后的滤液在100~120℃下蒸发,得到净盐和活性炭,反应过程无二噁英的生成,污染可控。
在处理有机废盐中,长链有机物和芳环有机物不仅不能分解,反而会发生聚合反应使其毒性增大。杨迪迪等设计了一种无氧裂解炭化+除炭化颗粒+双级膜制酸碱组合工艺,用于处理含氯化钠废水,在裂解阶段使废盐中的小分子有机物被气化,芳环类有机物裂解为氢气、一氧化碳和小分子有机物,裂解阶段得到的气体产物收集后进入RTO焚烧炉;碳化阶段少部分不能彻底裂解的稠环类物质炭化成活性炭,保留在残渣中,全过程几乎不产生二次污染。
热处理法主要通过高温氧化废盐中的有机杂质使废盐得到净化,最常见的为焚烧必威·(BETWAY)官方网站,但焚烧存在无机盐熔融问题,高温耐火材料无法使用,且工业废盐废渣焚烧后,产生的烟气内可能夹带熔融的无机盐,会在后面的处理设备中冷却结晶,对后续设备运行造成影响。废盐热值普遍偏低,焚烧成本大必威·(BETWAY)官方网站,国内对于焚烧处理废盐的报道不多。
为解决焚烧面临的无机盐熔融问题,开发出了高温熔融技术。高温熔融与焚烧系统类似,在800~1200℃下,废盐呈现熔融态,有机物被完全反应,废盐得到净化,广泛用于飞灰和冶金废渣的处理。优点是对废盐的种类形态要求不高,有机物分解彻底,减容和无害化方面效果明显且稳定,解决了盐在管道和设备上结圈、结块问题。缺点是能耗高,产生大量夹带颗粒的烟气,可通过回收烟气热量减少处理成本。
针对碳化热解和焚烧存在的热效率低、废盐结圈和结块导致设备运行不良的问题,常鹰等发明了悬浮焚烧技术高温热解处理工业废盐方法,用悬浮焚烧装置处理工业废盐,以应对废盐结块,可提高热效率和实现大批量连续处理。同时采用低温分级碳化技术,解决高温碳化处理或直接高温处理废盐软化、设备粘结、碳化不均、杂质去除不净等问题。该技术融合了分级碳化热解和焚烧优势,降低了处理成本。
将工业废盐固化后进行填埋是国内目前主要处理工业废盐的方式,处理成本为3500~4000元/t。废盐填埋过程形成的渗滤液处理困难,穿透防渗层可污染土壤或地下水。工业废盐填埋前的固化分为水泥固化、石灰固化、沥青固化、玻璃固化和自胶结固化等。针对工业废盐填埋造成的土壤、地下水污染风险,傅立德等通过采用壁材包裹工业废盐形成微胶囊的方式,无选择性的无害化处理工业废盐。该方法使加热的空气在干燥机内形成气升循环流,带动废盐浮起,高速喷入的壁材将废盐有效包覆,包覆率可到95%,可减少填埋污染释放风险,降低了填埋后对周围环境的污染。
常用的氧化技术包括高级氧化法、湿式催化氧化和水热氧化技术,但存在处理效率低、成本高的问题。超临界氧化和水热氧化技术也可实现有机物的去除,但适用性窄且成本较高,且大部分处于研究阶段。
国外处置工业废盐主要通过排海,例如日本,将废盐无害化处理后倾倒入海洋,废盐回归自然界,但是该法目前已被国际海洋公约禁止。
根据生态环境部发布的《危险废物环境管理指南化工废盐》,工业废盐无害化处理后的盐水排海,应满足海洋生态环境、废水排放标准等相关国家政策标准要求并进行风险评估。
低温等离子体处理技术集自由基氧化、臭氧氧化、紫外光解、高能电子轰击、超临界效应等多种作用于一体,利用电子雪崩生成强氧化性的羟基自由基、臭氧、过氧化氢等活性离子使有机物降解和去除,同时伴随的热辐射、紫外辐射等也会促进有机物分解和去除。王小平等开发出一种介质微孔道放电的工业废盐处理装置,可有效降解和去除工业废盐中有机物。
无害化处理技术中,应用最多的是固化以及填埋。自2019年《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2019)颁布后,大量工业废盐不能满足柔性填埋场要求,导致存量日益增多,“胀库”现象愈发严重。可将减量化和无害化技术组合,减少工业废盐中的有毒有害成分,提升产品资源化利用潜力。
工业废盐经无害化处理后,宜通过精制、分盐等过程生产烧碱、工业氯化钠、无水硫酸钠、磷酸盐、氯化钾、氯化钙、氯化铵、硫酸铵等工业副产盐。
废盐成分复杂,无法作为工业原料直接进入生产环节。姜海超等用流化床高温氧化法对含氰工业废盐做精制处理,温度在700℃以上时,经高温流化氧化处理后工业废盐作原料盐用于制离子膜烧碱。随着“隔膜法烧碱生产装置”被列入“第三类淘汰类”目录后,开发草甘膦副产盐应用于离子膜烧碱不仅拓宽了盐的出路,且实现了资源循环利用。徐志宏等将草甘膦副产盐在700~800℃煅烧15min,经溶盐除磷、精制后,可直接用于离子膜烧碱工业。
工业废盐除了常见的NaCl、KCl,还含有Co、Cu等重金属元素以及有机物等。蒋伟等通过氧化焙烧-硫酸化焙烧-浸出回收了废盐中的钴,在500~600℃氧化焙烧1h、600~620℃酸化焙烧1h的条件下,钴的浸出率高达99.5%。呋喃酚生产过程中产生的醚化废盐渣,90%为工业盐,10%为有机溶剂和单醚。宁文琳等通过对醚化废盐渣用二甲苯洗涤过滤,再将洗涤过滤后的废盐渣再真空干燥机中干燥,回收了废盐渣中单醚和有机溶剂。
海盐工业废渣主要是盐石膏,其中主要成分是CaSO4·2H2O。盐石膏可做水泥添加剂加入水泥中,在对增强水泥凝结性能和力学性能有不错的效果。研究发现盐石膏加入量为3.0~4.0%时,缩短了水泥的初凝和终凝时间,提升了水泥的抗压能力。此外,在水泥配置过程中,经常会加入盐制作成特种水泥。Han发现,可以利用含铬铝渣制备成特种水泥。工业废盐中除NaCl较常见外,Al2(SO4)3也是常见的工业废盐,Sommer发现Al2(SO4)3也可以用于制备硬化剂,用于加速建筑材料的硬化,这种硬化剂的优点在于无碱、无氯,具有良好的抗硫酸盐性。
工业废盐中的NaCl,除了可制备离子膜烧碱,也可制备纯碱和磷酸二氢钠。吕传皎利用株洲化工集团合成水合肼生产过程中的废盐渣,应用于变换气制碱的生产中,降低纯碱的生产成本。郑学明等采用浓磷酸和工业废盐氯化钠反应,生产磷酸二氢钠。
面对比较复杂的杂盐,单独使用一种技术不能满足要求,常采用技术改进和多技术组合的方式提高处理效率。比如:结晶、沉淀以及-重结晶、盐洗法适用于无机盐和重金属杂质去除,萃取法、碳化热解、湿式氧化仅适用于有机废盐,萃取存在二次污染风险,资源化技术适用于特定种类的废盐,因此需要将多技术融合进行废盐处理。
崔咪芬等提出一种工业废盐综合处理再利用方法,先对工业废盐分液处理,得到油相和废盐溶液。随后进行吸附处理,产出工业盐溶液,吸附剂通过微波再生。该技术能够系统高效地处理多种氯化钠废盐,总有机碳去除率达98%以上,氯化钠回收率达99%。技术将不仅能够去除废盐中有机组分,回收氯化钠工业废盐并高效回收,萃取的有机组分也得到净化。
工业废盐资源化利用,需加强产品质量检测和环境污染风险评估,如利用工业废盐制作水泥,防止重金属溶出浓度过高污染环境;利用工业废盐作为融雪剂,需监测所用地土壤和水体监测,防止废盐中的重金属、有机物等污染环境。此外,工业废盐资源利用,还要对其产品进行标注,防范其利用不善带来环境危害。
工业废盐主要来自农药、医药、染料、化工等行业,产量大、种类多、成分复杂,部分属于危险废物,危害大。常用的减量化处理有重结晶、沉淀-重结晶、盐洗法及萃取法,实际应用不多。无害化处理包括中和去毒、热处理、固化以及填埋及湿式氧化技术等,固化和填埋应用最多。资源化处理包括制离子膜烧碱、回收又加金属、制备水泥、纯碱及磷酸二氢钠。
工业废盐主要成分为氯化钠、硫酸钠、亚硫酸钠、硝酸钠、碳酸钠、溴化钠、氯化铵、硫酸铵、氯化钾、硫酸钾、氯化钙等,含有微量的有机物、氰化物及重金属等。
资源化工业废盐处理是技术发展和国家鼓励方向,目前三大因素制约资源化技术发展:一是我国部分工业废盐混合收集、成分复杂,分质资源化利用难;二是工业废盐中有机物等杂质去除成本高;三是处理后所得产品盐在市场上竞争力不足。
长远来看,可以将不同工业废盐分质收集,开发高效低成本新技术和多技术融合形成复合工艺,强化工业废盐中杂质去除和提升产品竞争力是发展重点。
工业废盐来源复杂,种类多样,在资源化利用过程中,需加强产品质量检测和环境污染风险评价。此外,工业废盐资源利用,还要对其产品进行标注,防范其利用不善带来环境危害。
总之,工业废盐的资源化处理具有深远影响,它不仅可以减轻环境污染,还能够推动绿色循环经济的发展,促进社会的可持续发展,让荒芜的工业污染物成为闪耀着人类科技智慧之光的新宝藏。
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