有机废液焚烧处理技术_于维莉.pdf

2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 137 有机废液焚烧处理技术有机废液焚烧处理技术 于维莉(江苏峰科达技术股份有限公司 设计部，江苏 南京 210019)摘 要介绍了焚烧装置用来处理生产工艺中产生磷、氯、氮含量高的废液，整个工艺设计包含焚烧、烟气急冷、文丘里、高效洗涤塔、碱液洗涤、电除雾等，有机废液在焚烧后产生大量氮氧化物、灰分及二恶英，通过文丘里、两级洗涤、电除雾等去除，使之达标排放。关键词有机废液；焚烧；氮氧化物；二恶英；灰分 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0137-02 Treatment Technology of Organic Waste Liquid Yu Weili(Design Department Jiangsu Fengkeda Technology Co.,Ltd.,Nanjing 210019,China)Abstract:Introduces the production technology of burning device for processing high phosphorus,chlorine and nitrogen content of waste liquor,the whole process design include burning,smoke so cold,venturi scrubber,efficient,alkali washing and electricity mist,organic waste liquid after burning to produce large amounts of nitrogen,ash content and dioxins,through the venturi,two levels of washing,the electric mist removal,such as discharging standard.Keywords:organic waste；burning；nitrogen oxides；dioxins；ash 废液焚烧法处理废液是将有机物在高温下进行氧化分解，使有机物转化为水、二氧化碳等无害物质，有机废液通常含高浓度含磷、氯、氮含量高的有机物的废液。因磷、氯、氮含量高，焚烧后会产生大量灰分，传统焚烧处理工艺会堵塞设备和管道，灰分及二恶英超标等诸多弊端。1 处理对象处理对象 有机废液处理量50 t/d，pH为强酸性(盐酸)，NH3-N(氨氮)：60000 mg/L，TP(总磷)：80000 mg/L，TN(总氮)：91000 mg/L，氯离子：280000 mg/L，除氯离子外有机物中氯元素含量：30000 mg/L。2 技术指标技术指标 焚烧炉指标，在炉内完全燃烧，温度达1100 以上，滞留时间2秒以上，使烟气充分燃烧，有害物质完全焚毁，燃烧效率达到99.99%以上；烟气含氧量(干气)6%10%；燃烧效率99.9%；焚烧残渣的热灼减率5%；烟气CO浓度80 mg/Nm3。通过焚烧后，烟气排放达到GB18484-2014危险废物焚烧污染控制标准。3 处理工艺路线处理工艺路线 普通的焚烧处理工艺包含焚烧、烟气冷却、水洗塔、碱洗塔后直接排放烟囱。本焚烧系统处理工艺包含焚烧系统、烟气净化处理系统等几部分。焚烧系统由燃烧器和液中焚烧炉、废液雾化控制系统组成；烟气净化处理系统由SNCR脱硝系统、急冷罐、文丘里除尘设备、洗涤塔、静电除尘器等组成。4 工艺流程说明工艺流程说明 首先，将含高浓度含磷、氯、氮含量高的有机物的废液在1100 的焚烧炉内，滞留时间 2 s，使烟气充分燃烧，有害物质完全焚毁，燃烧效率达到 99.99%以上，废液中的有机物完全破坏分解。废液中间储槽(伴热)+废液输送泵+废液管路(伴热)+组合式烧嘴废液枪入炉。废液燃烧部组合式烧嘴设废液雾化喷枪，利用废液泵的高压实现废液经喷枪雾化后喷入余热回收一体化焚烧炉入炉口，完成废液的进料操作。废液管路采用SUS316L 材质，充分考虑了废液的腐蚀性；考虑废液喷枪雾化口直径，防止废液焚烧产生的细小结晶堵塞枪孔。正常运行时，首先用辅助燃料缓慢升温，当温度升高至 750 以上时开始焚烧液体废物。其次，完全燃烧产生的烟气进入 SNCR 脱硝区，将还原剂氨水喷入 SNCR 区域，为取得更好的脱硝效果，还原剂必须与烟气分散和混合均匀，由于氨很容易挥发，分散的很快，选用高效雾化装置，在压缩空气作用下雾化粒径小，比表面积大，喷雾角度合理使还原剂均匀分布，提高还原剂和烟气的混合程度，提高脱硝效率。在高温下，还原剂迅速与烟气中的NOX进行还原反应生成氮气和水；原理如下：4NH3+4NO+O24N2+6H2O 4NH3+2NO+2O23N2+6H2O 8NH3+6NO27N2+12H2O 氮氧化物的产生来源于废物本身的有机氮燃烧和空气中的热力氮的产生：(1)空气中的热力氮的控制，本系统在焚烧温度和低氮燃烧机理上是合理的空气过剩系数和小于 1500 的燃烧温度，避免空气中的热力氮产生，选用低氮燃烧系统减少氮氧化的物产生。(2)有机氮的来源是废物本身，在高温下燃烧产生的 NOX，本系统采用低氮燃烧系统。物料中的含氮有机化合物在燃烧段800900 热裂解，产生N2、CN、HCN和NHi等中间产物基团，然后再氧化成NOx，但并不是物料中所有的N在燃烧过程中都生成NOx，因为含氮有机化合物热裂解生成物可形成还原性气氛，抑制NOx生成，也可使部分生成的NO还原成N2。故设计干燥燃烧段控温850950，氧化段1100。采用空气分级燃烧技术。SNCR 最佳温度区 9501050，当温度超过此温度，氨容易直接被氧气氧化，当温度低于此温度，氨则不完全反应，或造成氨的逃逸。然后，烟气再进入文丘里除尘器，文丘里由收缩段、喉管、扩散段、文丘里罐、除雾器组成，含尘气体经过收缩段后，流速加大，在喉管处流速达到峰值，清洗液从喉管经雾化喷进去，气液两相间流体的相对流速很大，小液滴在很高的流速气下迅速雾化，含粉尘的烟气湿度迅速达到饱和状态，粉尘颗粒被清洗液润湿。粉尘颗粒与小液滴或粉尘颗粒与粉尘颗粒之间激烈相互碰撞和凝聚，在扩散段，气体和液体流速迅速降低，流体压力上升，以粉尘颗粒为凝结核的凝聚力迅速加快，凝聚成比较大的含粉尘颗粒的小液滴，凝聚的含粉尘颗粒的小液滴混溶于清洗液中，参与循环，循环液循环至一定浓度外排进入后续处理装置。喉管开度根据差压值自动调节，保证除尘效率。经文丘里除尘后，烟气进入两级洗涤塔，循环泵将碱溶液经洗涤塔内的雾化喷嘴送入塔内，溶液均匀喷洒于塔内，烟气与洗涤液相互接触，烟气中残留的酸性气体、粉尘物质穿过此区域时发生中和及吸收反应，达成除污染物质的目的。烟气中重金属的含量多少，与废液的成分、性质、重金属的存在形态、焚烧炉的操作方法及大气污染控制的方式有紧密的关系。消除烟气中重金属污染物的方法主要有：(1)降低重收稿日期 2022-11-22 作者简介 于维莉(1985-)，女，江苏南京人，本科，工程师，主要研究方向为焚烧炉技术。广 东 化 工 2023 年 第 4 期 138 第 50 卷 总第 486 期 金属温度达到饱和状态，凝聚成颗粒后被除尘器去除并收集；(2)其中重金属的饱和温度较低的元素没法全部凝结，但在飞灰表面的催化剂催化的作用下会变成比较高的饱和温度而且比较容易凝结的氧化物或者氯化物，这样就比较容易被除尘设备去除并收集；(3)仍旧是气体形态存在的重金属物质，因为吸附在飞灰表面或者活性炭粉末表面上而被除尘设备一起去除收集；(4)剩余的部分有害物质经洗涤装置再次吸收净化。最后，烟气进入在湿电除尘器的进风口内，装有雾化洗涤系统。洗涤系统喷出来的雾化状的小液滴将把烟气中的粉尘颗粒打湿后变成湿润的粉尘颗粒，接着进入电除尘器的电场，电除尘器高压电源工作的电场区，吧粉尘颗粒物(包括水的小雾滴、干的粉尘、润湿的粉尘)等带上电荷，带电后的粉尘颗粒在电场力的作用下被收集粉尘的电极捕捉到，当收集粉尘的电极上的湿润的粉尘颗粒捕捉到比较多的时侯，安装在电场顶端的洗涤冲洗系统就开始作业，把吸附在阳极上的粉尘颗粒冲洗到下部的灰斗内。因为湿的粉尘和水雾滴可以被捕集到 98%且不会出现二次扬尘的问题。湿式电除雾器的优势：采用阳极放电原理，有效去除烟气中的水雾，减少排入烟囱的水气的同时，降低烟气中的粉尘量，同时也减少二噁英的排放，所以湿电除尘器的除尘效率非常高。灰渣主要成分为废液焚烧后产生的少量盐粉及灰分和尾气处理产生的飞灰等，烟气中 99%以上的细小颗粒粉尘通过湿电除尘器收集下来，确保尾气粉尘浓度达标排放，湿电除尘器捕捉飞灰作为危险废物安全填埋。灰渣主要成分为焚烧后产生的，产生灰渣可作为危险废弃物安全填埋。5 二噁英的抑制二噁英的抑制 二噁英共有 210 个不同的单体，主要由两类含氯的有机化合物组成的，主要通过氯原子在碳链上的数量和位置来确定二噁英的单体。二噁英的单体不同，它们的毒性相差非常大，其毒性随氯代级别的增加而减小，这些二噁英单体中毒性最强的是 2,3,7,8四氯代二苯二噁英。在可以燃烧的废物焚烧处理系统中，二噁英主要是在低温不完全燃烧过程以及在 300500 范围内的烟气飞灰上发生异相催化反应(催化剂和反应物不是同一状态)而成的。现有的采用的去除二噁英的方法有：低温催化、电子辐射、高效过滤、氧化断裂、活性炭吸附以及塑料吸收等。综上所述，废液焚烧排放的二噁英应该在开始生成和后段合成阶段尽可量避开二噁英的生成区间，应该在高温段阶段尽可能全部去除。从废液原料的分离到烟气处理的全部过程。所以，二噁英产生初期生成、高温分解、后期合成的三个阶段，可以总结为二噁英产生的必要条件：含氯有机物废液、二噁英单体和催化剂的作用；燃烧流程中的不好的燃烧组织；低温段烟气的存在。假设在燃烧系统的高温段让废液均匀、稳定、充足的氧气、且有充分的停留时间，可以从头把形成二噁英的总量降低到最小，绝大部分的二噁英和它的单体在燃烧系统的高温段被破坏掉。详细步骤主要有以下几个部分。5.1 待处理废液的源头降低到最小化 为了实现这个目标，待处理废液最小化是一种从源头解决废液焚烧处理产生污染源最小化的最有效的方法，也就是废液的排放必须降低到最小。必须在每个产生废液的环节都采取有效措施确保废液的总量和危险性降低到最小。确保在产生的源头降低二噁英生产的含氯化合物才能降低二噁英的排放，而且也减少了待处理废液的总负荷。废液焚烧处置的源头控制，在我国氯源控制跟国外发达的国家相比还存在比较大的距离，这也是造成我国废液焚烧处理烟气治理难度很大和没法达标的根本原因。所以，加强物料源头总量的控制是实现焚烧尾气污染控制达标的必要条件。5.2 焚烧过程的有效严格控制 通常将温度不低于 500 的焚烧烟气从锅炉排除后采取急冷技术使烟气在 1 s 内迅速降低到 100 以下，从而跳过二噁英的生成区域。与此同时烟气处理过程中必须采取一定的措施确保没有二噁英产生的环境。我们控制二噁英排放的主要阶段是高温分解段，在一个温度特别高的区域，一般在 1100 以上，在比较好的燃烧工况下，既可以抑制二噁英的产生，又可以确保充分的传热和传质，把二噁英的有机单体在此高温段可以充分的燃烧，这样可以尽可能的去除二噁英的再生成。后端的合成控制是为了尽最大可能的减少二噁英的合成率，使燃烧烟气在净化过程中避免再合成，可以采用控制烟气的温度可以有效控制二噁英的再合成。5.3 燃烧的温度 燃烧温度过于低的情况下不能使废液进行充分的燃烧破坏，由此会产生大量二噁英；但是如果燃烧温度太高的话，又会浪费天然气或柴油等燃料，而且会促进大量氮氧化物的产生和重金属的挥发等。一燃室是热解或燃烧的作用，二燃室是可以达到完全燃烧的作用。因为它们的功能不一样，一燃室和二燃室的燃烧温度也会不同，通常一燃室的焚烧温度为 850，二燃室的焚烧温度为 1100。燃烧温度主要是从以下几方面考虑：废物的着火点、氯的含量、氮氧化物、DRE、二噁英等因素。以下是从上面所述的因素进行分析，找到最佳的焚烧温度及其范围。燃烧最大的问题就是会产生很多二噁英，大气环境中有约 50%的二噁英是由焚烧产生的。所以，控制焚烧温度是控制二噁英产生比较好的方法之一。运行数据显示，当燃烧温度在 500800 之间时，会激发二噁英的生成；由下图可以看到，当温度大于 900 时，会破坏二噁英的产生，二噁英的含量迅速下降；当温度在 1070 左右，二噁英几乎不存在。从源头合成的单体在 400750 产生。二噁英产生方法有三种：(1)废液中含有二噁英；(2)从头合成：前体在燃烧过程当中生成二噁英；(3)由相关但无毒的小分子再合成，如含氯物质。焚烧炉阶段主要是破坏机理，目前的研究来看，对废液本身含有的二噁英，理论上破坏温度是 500，当运行温度大于 850 且停留时间超过 2 s 时，二噁英破坏率大于 99.99%。图图 1 焚烧温度及氯含量与二噁英的关系图焚烧温度及氯含量与二噁英的关系图 Fig.1 Graph of the relationship between incineration temperature and chlorine content and dioxins 依据二噁英的产生机理和化学形态，在工艺设计过程中采取了以下几点抑制二噁英产生及净化烟气的措施：5.3.1 物料配伍控制含氯废物入炉 二恶英的产生主要是含氯废物不完全燃烧造成的，为此一方面我们尽量减少含氯废物的入炉，另一方面通过物料配伍控制废物入炉含氯最大值。具体的配伍措施是液废通过限量均匀的方式用组合式燃烧器燃烧的方式均匀焚烧，固体废物中主要含氯物质可以通过桶装废物提升机上料的方式控制入炉含氯浓度。废弃物的配伍要保持污染性物质的稳定性，根据入库前的分析，保证配伍后的 N、P、S、Cl、F、重金属含量的稳定，而且尽量要是投入焚烧炉的物料中含量的均匀化。这样，既能保证烟气排放的稳定性，同时也能保证设备的使用寿命。5.3.2 焚烧炉内抑制二噁英产生及充分分解二噁英 废液在焚烧炉中焚烧温度，确保废液充分燃烧。因为焚烧炉中一直处于高温过程，一般1100，可以避开二恶英生成的区域，二噁英生成温度区间为 300500，可以在焚烧炉中就大大降低二恶英的产生。另外，因为高温的充分焚烧，废液自身含有的二恶英类物质得到很好分解，也大大减少二恶英物质的前驱物 CO 的产生。(下转第 179 页)2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 179 图图 8 SBR 反应器驯化过程中的反应器驯化过程中的 NH4+去除效果去除效果 Fig.8 Removal effect of NH4+during the domestication of SBR reactor 3 结论结论 本研究首先对 UASB、SBR 反应器进行耐盐驯化，分别研究了 UASB、SBR 启动和驯化过程，主要考察出水 pH、污染物浓度等随着盐度提升的变化情况，依据这些出水指标可以评判反应器的运行情况，本研究中反应器驯化启动的思路方法，可以为高盐污水处理提供了理论基础和实验依据。(1)UASB 反应器的启动和驯化过程采用模拟废水作为进水，CODCr浓度控制在 2340 mg/L 左右，通过实验确定反应器的最佳运行 HRT 为 48 h。为了研究反应器可以承受的盐度上限，设定初始 Cl-为 3 g/L，驯化过程中每 5 天提升 1.2 g/L，最终在进水 Cl-浓度达到 33 g/L 时，反应器的运行效果出现了拐点，随后将 Cl-浓度逐渐调整回 12 g/L，COD 去除率最终稳定在 87%左右，随着反应器的运行，最终出水 pH 稳定在 7.8 左右。(2)SBR反应器的启动和驯化同样采用模拟废水作为进水，CODCr浓度控制在780 mg/L左右，初始Cl-浓度为3 g/L，按照3 g/L的梯度增加进水Cl-浓度至12 g/L，在每个梯度下运行5 d，反应器采用间歇式进水，每天运行2个周期，其中每个周期曝气时间为8 h，进出水时间各5 min，沉降时间510分钟，其余时间为闲置期，每个周期排水1.5 L。经过周期为20 d的驯化，MLSS为4400 mg/L，SVI为54.2，MLVSS/MLSS也达到了76.9%，这表明反应器中的微生物系统已经达到初步稳定，经过驯化过程，最终在Cl-浓度为12 g/L的盐度下，反应器对COD去除率可稳定在77%左右，出水COD浓度在180 mg/L以下。参考文献参考文献 1Zhang W，Xia R，Wang H，et al Swine wastewater treatment by combined process of iron carbon microelectrolysis-physical adsorption-microalgae cultivationJWater Science and Technology，2022，85(3)：914-924 2Quartaroli L，Silva C M，Silva L C F，et alEffect of the gradual increase of salt on stability and microbial diversity of granular sludge and ammonia removalJJournal of environmental management，2019，248：109273 3Boopathy R，Bonvillain C，Fontenot Q，et alBiological treatment of low-salinity shrimp aquaculture wastewater using sequencing batch reactor JInternational biodeterioration&biodegradation，2007，59(1)：16-19 4潘超 SBR-超滤联用技术处理含盐生活污水及其微生物群落分析D 哈尔滨工程大学，2019 5Wang Q，Jiang L，Niu H，et alInfluences of humic-rich natural materials on efficiencies of UASB reactor：A comparative studyJBioresource Technology，2021，341：125844 6Cabral C S，Sanson A L，Afonso R，et al Impact of 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健全和完善实验室装备，焚烧的物料建议做好入库前的物料检测，如废物的形态、物理特性、化学特性、热值、污染物含量、重金属、S、CL、无机盐等的含量。焚烧的物料配比直接影响焚烧的温度、处置效果、运行成本、连续性等，建议根据调试及焚烧过程中出现的问题调整物料的混合配比，做到热值基本稳定、含水率均匀、灰渣量基本恒定、硫氯等酸性物质在控制范围。高浓度含磷、氯、氮含量高的有机物的废液在 1100 的焚烧炉内，滞留时间 2 s，使烟气充分燃烧，有害物质完全焚毁后通过 SNCR 脱硝去除烟气中的 NOX，即去除废液中的氮；焚烧后的烟气通过文丘里洗涤、水洗、碱洗，即去除废液中的氯；烟气中的灰分主要通过文丘里除尘+电除尘双重除尘，降低粉尘浓度来除磷及进一步降低二噁英浓度，从而可以使烟气达标排放。参考文献参考文献 1卢文森 高浓度制药有机废液的焚烧处理 化工环保 1985，5(2)：73-77 2董元芳 焚烧法处理三废的情况和技术 化工环保，1989，9(3)：152-156 3周炳炎，刘湘国内外有害废弃物焚烧技术现状和发展趋势上海环境科学，1992，11(10)：19-23 4阴和平译湿式空气氧化法处理废水中的有害有机物国外环境科学技术，1987，(1)：45-46 5古家越译美国的溶剂废液处理技术国外环境科学技术，1987，(1)：67-71 6王兆熊，郭崇涛，张瑛，等化工环境保护和三废治理技术北京：化学工业出版社，1984：69-71 7孙大光高浓度电子废液焚烧处理工艺研究J环境科学与技术，2005(02)8汪洪伟，李丽艳浅议含盐有机废液及含盐废渣的焚烧处置工艺J中国科技纵横，2014，(8)：6-6 9陈杰，谢金芳，安兵涛含盐有机废液焚烧锅炉的研究J工业锅炉，2017，(6)：26-30 10张军，王洪发，冯越，等 造粒焚烧法处理含盐有机废水工艺技术J 中国农药，2013，(1)：28-30 11王培义，周连泉，董志强 四川省医疗废物处理工艺于设备开发，2005 (本文文献格式：于维莉有机废液焚烧处理技术J广东化工，2023，50(4)：137-138)