含盐高浓度有机废液的蒸发结晶及流化床焚烧处理研究

论文摘要

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，乙酸乙酯的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—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CO2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

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和目标
• 1.1.1 我国工业有机废液的产生情况
• 1.1.2 研究高浓度含盐有机废液焚烧处理的目的和意义
• 1.2 非焚烧类有机废水处理技术综述
• 1.2.1 生物处理法
• 1.2.2 高级氧化技术
• 1.2.2.1 湿式氧化法和湿式催化氧化法
• 1.2.2.2 光化学氧化和光化学催化氧化
• 1.2.2.3 电催化氧化法
• 1.2.2.4 等离子体技术
• 1.3 有机废液焚烧研究进展
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 有机废液焚烧炉综述
• 1.3.2.1 液体喷射焚烧炉
• 1.3.2.2 回转窑焚烧炉
• 1.3.2.3 流化床焚烧炉
• 1.3.2.4 其他焚烧炉
• 1.3.3 有机废液焚烧工艺研究和应用情况
• 1.4 高浓度含盐有机废液焚烧处理存在的技术困难
• 1.5 本文的研究内容
• 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
• 2.1 概述
• 2.2 含盐有机废液焚烧系统流程设计的基本原则
• 2.3 含盐有机废液的蒸发结晶和流化床焚烧系统设计
• 2.3.1 含盐有机废液预处理工艺的选取
• 2.3.2 含盐有机废液蒸气焚烧方式的选取
• 2.3.3 含盐有机废液蒸发—焚烧系统流程
• 2.3.4 蒸发残液的萃取——焚烧系统流程
• 2.4 焚烧系统控制二次污染物排放的措施
• x排放及其控制措施'>2.4.1 焚烧过程NO_x排放及其控制措施
• x排放及其控制措施'>2.4.2 焚烧过程SO_x排放及其控制措施
• 2.4.3 焚烧过程HCl排放及其控制措施
• 2.4.4 焚烧过程二恶英排放及其控制措施
• 2.5 含盐有机废液蒸发结晶和流化床焚烧系统的优点
• 第三章 有机物和离子检测方法研究
• 3.1 概述
• 3.2 高浓度有机废液中金属离子的离子色谱检测方法
• 3.2.1 检测原理
• 3.2.2 试剂和分析仪器
• 3.2.3 样品的处理与检测
• 3.2.4 色谱条件
• 3.2.5 离子色谱法检测金属离子的准确性
• 3.3 含盐高浓度有机废液中碱（土）金属离子的色谱分析
• 3.3.1 含盐高浓度有机废液的碱（土）金属离子检测精度
• 3.3.2 脱盐后蒸气中金属离子的检测
• 3.4 高浓度有机废液COD的催化快速测量方法
• 3.4.1 选取COD作为废液中有机物浓度表征的原因
• 3.4.2 COD催化快速测定法的原理
• 3.4.3 高浓度有机废液COD催化快速分析方法
• 3.4.4 氯离子对COD测量的干扰分析
• 3.4.5 COD快速测量方法的精密度
• 3.4.6 加标回收率实验
• 3.4.7 对比试验
• 3.5 分光光度法测定含酚废液中的有机物浓度
• 3.5.1 分析仪器设备
• 3.5.2 分光光度法测量对硝基苯酚的特征波长
• 3.5.3 分光光度法测量对硝基酚的测试精度
• 3.5.4 盐浓度对测定结果的影响
• 3.6 本章小结
• 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
• 4.1 前言
• 4.2 试验系统及分析方法
• 4.2.1 试验装置及流程
• 4.2.2 试验主要试剂和仪器
• 4.2.3 分析方法
• 4.3 含氯化钠的苯酚废液蒸发的迁移特性
• 4.3.1 有机物和钠离子的挥发情况
• 4.3.2 氯化钠初始浓度对有机物和盐类迁移特性的影响
• 4.3.3 苯酚初始浓度对有机物和盐类迁移特性的影响
• 4.3.4 蒸发速度对有机物和盐类迁移特性的影响
• 4.4 含硫酸钠的苯酚废液的蒸发结晶
• 4.4.1 钠离子的去除
• 4.4.2 有机物的挥发
• 4.5 含钾盐的苯酚废液的蒸发结晶
• 4.5.1 钾的去除
• 4.5.2 有机物的挥发
• 4.6 碱土金属的去除
• 4.6.1 钙离子和镁离子的去除
• 4.6.2 有机物的挥发
• 4.7 氯和硫酸的去除
• 4.7.1 氯的去除率
• 4.8.2 硫酸根的去除率
• 4.9 本章小结
• 第五章 蒸发脱盐后有机废液蒸气的流化床焚烧处理试验研究
• 5.1 前言
• 5.2 试验装置及分析方法
• 5.2.1 试验装置
• 5.2.2 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 蒸发和脱盐
• 5.3.2 焚烧温度对焚烧效率的影响
• 5.3.3 流化风量对焚烧效率的影响
• 5.3.4 蒸气中有机物浓度对焚烧效率的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 蒸发残液的萃取——焚烧处理
• 6.1 前言
• 6.2 实验装置及试剂
• 6.3 分析方法
• 6.4 有机物的萃取
• 6.4.1 萃取剂对萃取的影响
• 6.4.2 水油比对萃取的影响
• 6.4.3 废液含盐浓度对萃取效率的影响
• 6.5 脱盐
• 6.6 脱盐浓缩后有机物的焚烧
• 6.7 本章小结
• 第七章 蒸发和焚烧的反应动力学机理研究
• 7.1 前言
• 7.2 蒸发的动力学分析
• 7.2.1 蒸发的物料平衡
• 7.2.1.1 苯酚初始浓度的影响
• 7.2.1.2 氯化钠初始浓度的影响
• 7.2.1.3 蒸发速度的影响
• 7.2.2 总动力学方程
• 7.3 焚烧的动力学分析
• 7.3.1 概述
• 7.3.2 气相化学反应动力学研究进展
• 7.3.3 苯酚的反应机理
• 2／O₂的反应机理'>7.3.3.1 H₂／O₂的反应机理
• 1-C₄的反应机理'>7.3.3.2 G₁-C₄的反应机理
• 5-C₆的反应机理'>7.3.3.3 C₅-C₆的反应机理
• 7.3.4 苯酚的燃烧反应分析
• 7.4 本章小结
• 第八章 含盐有机废液蒸发结晶及流化床焚烧的实施设想
• 8.1 概述
• 8.2 某危险废物处置中心的建设背景
• 8.3 医疗垃圾和危险废物的情况
• 8.3.1 医疗废物分类
• 8.3.2 医疗垃圾产生量
• 8.3.3 危险工业废物来源
• 8.3.4 危险工业废物的产量
• 8.4 危险废物焚烧系统
• 8.4.1 焚烧炉本体
• 8.4.2 回转窑一燃室
• 8.4.3 流化床二燃室
• 8.4.4 辅助系统
• 8.4.5 危险废物焚烧炉的设计规模
• 8.5 考虑废液蒸发结晶预处理的危险废物焚烧系统
• 8.6 本章小结
• 第九章 全文总结和工作展望
• 9.1 全文总结
• 9.2 本文研究创新点
• 9.3 下一步工作建议
• 全文参考文献
• 作者攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢