含盐高浓度有机废液的蒸发结晶及流化床焚烧处理研究

摘要

化工、制药、造纸等行业的发展排放了大量的含低熔点碱金属盐和碱土金属盐的高浓度有机废液，这些废液往往毒性较高，如果直接排放将造成严重的环境污染，而常规的生化处理方法等又无法解决此类污染问题。焚烧法是一种有效的高浓度有机废液处理方法，但是在将传统的焚烧法应用于处理含盐高浓度有机废液时，却遇到了低熔点碱金属盐和碱土金属盐造成的焚烧炉结焦、结渣等问题。因此，开发一种更为可靠、更为有效的含盐高浓度有机废液处理方法已是废液污染治理的迫切需求。本文结合蒸发脱盐预处理和流化床焚烧的优点，开发了蒸发结晶脱盐和流化床焚烧处理含盐高浓度有机废液的方法，有效地解决了焚烧过程中碱金属盐和碱土金属盐导致的结焦问题，为含盐高浓度有机废液的连续稳定无害化处理提供了一种可靠、可行的方法，具有重要的环保效益和应用价值。 本文在全面综述含盐高浓度有机废液排放和处理技术现状的基础上，首先建立了蒸发结晶脱盐和循环流化床焚烧方法的系统，然后对含盐有机废液处理过程中涉及的化学分析方法进行了探讨，建立了离子色谱快速测定高浓度有机废液中常见碱金属、碱土金属离子含量的方法。在此基础上，搭建试验台架，对蒸发脱盐过程的有机物挥发和无机盐脱除效果进行了全面的试验研究；并分别进行了蒸发残液的萃取分离和脱盐后的有机废液蒸气流化床焚烧特性的试验研究；最后建立了废液蒸发和焚烧机理的动力学反应模型。 含氯化钠的苯酚模拟废液通过蒸发结晶可以达到脱盐的效果。有机物的析出率与苯酚的初始浓度、氯化钠的初始浓度及蒸发速度有关。由于有“盐析”效应，氯化钠初始浓度的升高有利于挥发性有机物和半挥发性有机物的挥发。蒸发速度从1.67ml／min提高到2.73ml／min，氯化钠的总去除率在99.88％～99.99％。在蒸发比为0.97的情况下，蒸发结晶技术对氯化钠、硫酸钠和碳酸钠均具有高于99.0％的去除率；降低蒸发比、提高原废液中氯化钾的浓度能提高氯化钾中钾离子的去除率。当模拟废液中含有氯化钠、硫酸钠和氯化钾这些中性碱金属盐时，有机物的析出率都很高。 如果有机废液中主要含挥发性较大的有机物时，蒸发量可以达到比较大，则蒸发残液体积少，残液中含有高浓度的无机盐和高沸点有机物，在蒸发结晶—流化床焚烧工艺中，蒸发产生的残液可喷入流化床焚烧炉中焚烧处理。当有机废液中含有大量高沸点有机物时，蒸发量不能达到很大，则残液中无机盐的量较高，这些蒸发残液可通过溶剂萃取的方法进行有机物和无机盐的分离。以含氯化钠的对硝基苯酚作为模拟废液，乙酸乙酯舶萃取效率较正辛醇的高。当油水比为1:5时，含30,000mg／L氯化钠和1,000mg／L对硝基苯酚的模拟废液经过1min剧烈振荡和10min静置后的一级萃取效率和二级萃取效率分别达到97.12％和99.89％。萃取效率受到水油比、氯化钠初始浓度、萃取剂等因素的影响。萃取对无机盐的去除效果均很明显。当实际的废液含水量很低，有机物和无机盐含量都很高时（如一些垃圾、危险废弃物的浸出液等），萃取一焚烧工艺也可以使用。 蒸发脱盐后的有机废液蒸气直接通入流化床焚烧炉进行焚烧处理。流化床的床料采用氧化铝空心小球。有机物焚烧分解产物利用在线烟气分析仪进行测定。通过CO和CO<,2>含量的变化确定焚烧效果。结果显示焚烧处理的效率受到焚烧温度、烟气停留时间、有机废液蒸气中有机物浓度等因素的影响。如：当焚烧炉的温度从650℃升高到800℃时，进样时间为18min时的焚烧效率从88.74％升高到99.80％；CO的浓度则从200ppm下降到0.6ppm。焚烧 炉温度从800℃升高到900℃时，焚烧效率改变并不明显。这些因素对焚烧效率的影响有协同作用。 利用物料衡算对蒸发过程的有机物析出率进行模拟。在所研究的范围内，有机物析出率受到苯酚初始浓度、无机盐初始浓度及蒸发速度的影响。最后得到实验关联式。 在综述了CHEMKIN应用于气相反应动力学的研究成果的基础上，对苯酚的焚烧降解过程采用CHEMKIN中的plug flow reactor模型进行反应动力学分析。结果显示苯酚的燃烧分解机理可以采用含93个物种，617个基元反应的模型解释。苯酚的分解过程主要经历了苯和苯氧基，环戊二烯和茂基，环状五元碳开环及烃类物质分解等几个过程。苯酚的降解受到焚烧温度、停留时间、过量氧气量等因素的影响。 在蒸发脱盐－焚烧的理论研究基础上，对危险废物焚烧厂中含盐有机废液及含盐废渣的处理提出了拟实施的工艺。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章含盐高浓度有机废液蒸发结晶和流化床焚烧处理系统流程

第三章有机物和离子检测方法研究

第四章碱(土)金属盐和有机物在废液蒸发过程的迁移特性试验研究

第五章蒸发脱盐后有机废液蒸气的液化床焚烧处理试验研究

第六章蒸发残液的萃取——焚烧处理

第七章蒸发和焚烧的反应动力学机理研究

第八章含盐有机废液蒸发结晶及流化床焚烧的实施设想

第九章全文总结和工作展望

全文参考文献

作者攻读博士学位期间发表的论文

致谢