焚烧法处理有机废液的工艺选择

　　随着社会经济的发展和城市化进程的加快，工业废水和生活污水排放量日益增加。据统计，目前世界每年有超过4200亿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。我国的废水排放量也是逐年增加(如图1所示)，污染十分严重。其中，化工行业排放的高浓度有机废液对水环境的污染更是难以解决的老问题。这些高浓度有机废液不仅难生物降解，而且对生物和人类还具有致癌、致畸、致突变等毒害作用，对人类健康构成了严重威胁。据报道，人类癌症的80%～90%都与环境因素有关，在已发现的致癌化学物中，80%为有机污染物。因此，对有机废液进行有效的处理具有深远的社会意义。

　　由于有机物具有很好的可燃性，因此有机溶剂、有机残液、废料液等可采用焚烧法进行处理。焚烧法处理有机废液就是在高温条件下将有机物进行氧化分解，使其生成水、二氧化碳等无害物质后排入大气，COD的去除率可达99％以上。焚烧法处理有机废液是在高温条件下利用空气深度氧化处理废液中有机物的有效手段，也是高温深度氧化处理有机废液最易实现工业化的方法。热值高的有机废液，其燃烧过程与液体燃料相似，只要保证良好的雾化效果，供给足够的燃烧空气，即可获得稳定的燃烧条件。化工行业排放的有机废液可采用这种方法进行最终处置，尤其是一些浓度高、组分复杂、污染物没有回收利用价值而热值较高的废液，可直接采用焚烧方法处理。
1 焚烧工艺处理有机废液的条件
1.1 有机废液的COD值及热值
　　一般认为COD≥100000mg/L、热值≥2500kcal/kg的有机废液或有机成分质量分数≥10%的有机废液采用焚烧法处理较其他方法更加经济、合理。研究表明：热值为2500kcal/kg以上的废液，在有辅助燃料引燃的条件下能够自燃；但一些废油与水的混合液，在未乳化混合时，其热值达不到该数值，不能够燃烧。对于COD为10000～100000mg/L、热值250～2500kcal/kg的有机废液，燃烧时需要补充大量的辅助燃料，这类有机废液适合采用湿式氧化法处理，因为这种处理工艺运行成本较低，仅为焚烧法的1/3左右。
　　辽阳石油化纤公司从法国进口的焚烧炉用于处理各类生产废液和废渣，后因废液、废渣相继得到开发利用，废液中有机物含量大大降低(10000mg/L＜COD＜50000mg/L)，使得废液焚烧处理费用增高到165.78元/t，而絮凝氧化仅需61.39元/t。因此，对有机废液进行处理时，应根据废液中有机物含量的不同，选择不同的处理工艺，如下表所示。

有机废液处理工艺的选择

处理工艺 工作条件 适用处理对象 化学氧化法 常温、采用氯或臭氧等强氧化剂 浓度非常低的废液 生物处理法 - 无毒、COD＜10000mg/L 湿式氧化法 高温、高压、闭式 10000mg/L＜COD＜100000mg/L、除盐 焚烧法 高温 COD＞100000mg/L

1.2 有机废液的生物可降解性
　　一般用BOD5/COD值表示有机废液的生物可降解性。BOD5/COD＞0.45时为易生物降解，BOD5/COD＞0.30时为可生物降解，BOD5/COD＜0.30时为较难生物降解，BOD5/COD＜0.20时为不宜生物降解。这个比值虽不能直接表示有机物中可生物降解部分所占比例，但简单实用，因而在工程实际中，通常使用这个比值来评定工业废水生物处理的可行性。
　　当判断生物工艺处理有机废液不可行，且排除假阴性(BOD5/COD很小，但实际上很易生化处理)时，可选择焚烧法处理有机废液。
2 焚烧法处理有机废液工艺分析
　　确定采用焚烧工艺处理有机废液后，应根据废液的物化性质选用不同的焚烧工艺。按照物化性质的不同，有机废液可分为以下几种：
　　(1)不含卤素的有机废液
　　该类废液为碳氢化合物类，主要含有C、H、O，有时含有S。废液自身可作为燃料(如废弃物的有机溶剂)，与氧化合后产生CO2、H2O和SO2。除SO2外，燃烧产物是清洁的，可以直接排入大气，燃烧产物中的热量可以通过锅炉或余热锅炉加以回收。
　　(2)含卤素的有机废液
　　包括含有像CCl4、氯乙烯、溴甲烷和其他含卤素的有机物。这类废液的热值主要取决于卤素的含量；焚烧处理时，可根据卤素的含量、热值来决定是否需要添加辅助燃料。含卤素的有机废液在焚烧炉内氧化后，会产生单质卤素、卤素或卤化氢(HF、HCl、HBr等)，根据需要可以将其去除或回收。
　　(3)含高盐的有机废液
　　该类废液含有高浓度无机盐或有机盐。这种废液燃烧后会产生熔化盐，容易造成焚烧炉的结焦结渣。因此，设计选择的最佳焚烧炉型是圆型立式炉。圆型立式炉的结构简单，通常内衬为耐火材料层，还可设计成夹套层以预热空气、降低辅助燃料消耗量。该焚烧炉可采用旋流燃烧器，在炉顶部位安置单个或多个废液雾化燃烧器，雾化的废液微小液滴在高温火焰区域内悬浮燃烧，有助于与助燃空气良好混合，增加停留时间，使雾化废液微小液滴在高温区内充分燃烧。
3 焚烧法处理有机废液的流程
　　废液焚烧处理时应先了解其组成和热值情况，掌握化学反应特性，再选择合适的焚烧处理工艺。焚烧工艺处理有机废液的基本流程见图2。

3.1 预处理
　　有机废液由于其来源不同，成分常常有很大差异；焚烧前，通常要进行一定的处理，即进行预处理，使其符合焚烧要求。主要包括以下几方面：
　　(1)有机废液通常采用雾化焚烧，但废液中的固体悬浮物易造成喷嘴堵塞、腐蚀或燃烧器内结垢等，降低喷嘴的雾化效果，影响焚烧炉的正常运行。故废液焚烧前，应过滤去除废液中的悬浮物，使废水粘度＜40mPas，悬浮物粘度＜40目。
　　(2)不同类型的工业废液，酸碱性常常不一样，酸性有机废液喷入炉内，会对炉体造成腐蚀；碱性有机废液喷入炉后，会造成炉膛的结焦结渣。因此入炉前，有机废液要进行中和处理。
　　(3)通过掺混，改变废液组成，调整废液的物性，使其更好地燃烧。合理的混合能提高难燃有机物的可燃性。例如，对于不可燃的四氯乙烷来说，当其与壬烷以3∶1的比例混合时就能实现稳定燃烧。
　　(4)低粘度流体比高粘度流体的雾化效率更高。粘度高的废液，需采用加热或稀释的方法降低其粘度，使其适合于泵的输送和喷嘴雾化。
　　(5)雾化喷嘴是液体焚烧炉的核心，废液燃烧情况的好坏与所选用的喷嘴型式有关。因此，应选择合适的雾化方式和雾化介质，保证废液与空气良好混合。
3.2 浓缩
　　对于水分含量高的有机废液，直接送入炉膛焚烧会降低废液的焚烧效果、增加辅助燃料的供给量、提高焚烧炉的运行成本。因此，焚烧前应采用蒸发或萃取法将稀废液浓缩，以利于焚烧。此外，由于高浓度有机废液通常含有较多的无机盐，如直接焚烧，会给焚烧炉带来腐蚀和结渣等问题，因此，蒸发还兼有除盐的目的。
3.3 高温焚烧
　　有机废液的焚烧过程大致分为水分的蒸发、有机物的气化或裂解(一般从700℃开始)、有机物与空气中氧的燃烧反应(一般在500℃以上进行)三个阶段。焚烧温度、停留时间、空气过剩量等焚烧参数是影响有机废液焚烧效果的重要因素，焚烧过程中要进行合适的调节与控制。
　　(1)大多数有机废液的焚烧温度范围为900℃～1200℃，最佳的焚烧温度需要根据有机物的构成元素进行选择。例如含氯有机废液的焚烧应选择高限温度，含氮、含硫有机废液的焚烧可选择低限温度。
　　(2)停留时间需要根据废液组成、炉温、雾化效果确定。在雾化效果好、焚烧温度正常的条件下，有机废液的停留时间一般为1～2秒。例如含胺、含钠盐等有机物，在炉温900℃、过剩空气量30%、停留时间1s时即可保证处理效果。
　　(3)空气过剩量的多少大多根据经验选取。空气过剩量大，不仅会增加燃料消耗，有时还会造成副反应。如含氯有机物焚烧，如果空气量过多，在高温下氯化氢会被氧化成氯气。一般过剩空气量选取范围为20%～30%。
3.4 废热回收
　　是否安装废热回收装置，主要取决于安装后能否带来经济效益。如果焚烧炉产生的热量过低，安装回收装置是不经济的。废热回收设计还需考虑废液燃烧产生的HCl、SOx等物质的露点腐蚀问题，要控制腐蚀条件，选用耐腐蚀材料，保证其不进入露点区域。
3.5 烟气处理
　　有机废液大多含有氯、氮、硫、磷等元素，经焚烧处理后，会产生各种酸性气体。因此，焚烧装置必须考虑二次污染问题。美国EPA要求所有焚烧炉必须达到以下三条标准：
　　(1)主要危险物P、O、H、C的分解率、去除率≥99.9999％；
　　(2)颗粒物排放浓度34～57mg/dscm；
　　(3)烟气中HCl/Cl2比值为21～600ppmv；干基，以HCl记。