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        廢酸循環(huán)利用的污染源源強(qiáng)核算及環(huán)保措施研究

        2021-11-20 04:45:08謝芳李旭李旺旺鄭星
        化工管理 2021年29期

        謝芳,李旭,李旺旺,鄭星

        (1.湖北恒坤環(huán)保工程技術(shù)有限公司,湖北 孝感 432100;2.湖北孝環(huán)環(huán)境技術(shù)有限公司,湖北 孝感 432100)

        0 引言

        鋁型材及鋼材生產(chǎn)過程中涉及到預(yù)處理、酸洗、堿洗、陽極氧化等多種工藝,其中,酸洗及陽極氧化產(chǎn)生廢酸及含鋁廢渣的處理一直是鋼材行業(yè)生產(chǎn)的重大問題[1],大量排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,而傳統(tǒng)的處理方式為直接焚燒,不僅能耗大,且無法對(duì)廢酸及含鋁廢渣中的有效成分進(jìn)行回收利用,造成大量資源浪費(fèi)。將廢酸、含鋁廢渣作為原料,進(jìn)行凈水劑材料的生產(chǎn),一方面可以為凈水材料的生產(chǎn)提供原材料[2],實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用;另一方面還可以解決鋁材、鋼材等行業(yè)產(chǎn)生廢酸及含鋁廢渣的處理問題,實(shí)現(xiàn)保護(hù)自然環(huán)境[3]。然而,在廢酸、含鋁廢渣的循環(huán)利用過程中,不可避免會(huì)產(chǎn)生其他污染物,如果處理不當(dāng)會(huì)造成新的環(huán)保問題。為此,本文研究以廢酸、含鋁廢渣為原料,生產(chǎn)凈水劑聚氯化鐵工藝過程中的污染源以及環(huán)境保護(hù)措施,以期為廢酸循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)提供方法借鑒。

        1 聚氯化鐵生產(chǎn)工藝

        文章以湖北某年產(chǎn)2萬噸聚氯化鐵的生產(chǎn)企業(yè)為例來研究廢酸循環(huán)利用的污染源源強(qiáng)核算及環(huán)保措施。

        1.1 廢酸成分

        項(xiàng)目所接收含鐵廢鹽酸主要來自鋼材行業(yè)的酸洗工序,由于鋼材行業(yè)酸洗工藝大同小異,對(duì)應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢酸組成也基本一致,同時(shí),項(xiàng)目所接收危廢需達(dá)到進(jìn)廠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及負(fù)面清單要求后才能投入生產(chǎn),可以保證接收危廢中各項(xiàng)指標(biāo)符合項(xiàng)目生產(chǎn)要求。為更好了解確定所接收含鐵廢鹽酸中各組分含量,項(xiàng)目對(duì)寶武武鋼集團(tuán)有限公司對(duì)應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢鹽酸進(jìn)行了取樣檢測(cè),含鐵廢鹽酸成分如表1所示。

        表1 含鐵廢鹽酸成分

        1.2 工藝流程

        項(xiàng)目以高純氧化亞鐵粉(≥99%)、工業(yè)合成鹽酸(31%)、亞硝酸鈉(99%)、液氧(99%)以及含鐵廢鹽酸為原料生產(chǎn)聚氯化鐵水處理劑。在反應(yīng)池(50 m3)中投入鹽酸、氧化亞鐵粉,開啟攪拌,攪拌均勻后,通入蒸汽進(jìn)行加熱,反應(yīng)溫度100~110 ℃,常壓下反應(yīng)2.5 h,得到氯化亞鐵溶液[4]。在配料釜中投入含鐵廢鹽酸和上述氯化亞鐵溶液,混合均勻后打入氧化反應(yīng)釜(10 m3),加入水、催化劑亞硝酸鈉、鹽酸,通入氧氣進(jìn)行循環(huán)氧化反應(yīng),通過PLC系統(tǒng)控制反應(yīng)溫度50~70 ℃,壓力0.2~0.3 MPa,反應(yīng)2.0 h,反應(yīng)結(jié)束后得到的液體即為聚氯化鐵成品[5]。

        工藝中所用氧氣來自液氧氣化裝置,液氧氣化裝置包括液氧罐、氣化器及調(diào)壓閥組。工藝流程如下:低溫液氧由液氧槽車送至廠內(nèi),加入到低溫液氧儲(chǔ)罐中,液氧從低溫液氧儲(chǔ)罐出來后,經(jīng)出液管進(jìn)入液氧氣化器進(jìn)行氣化,氣化后的氣態(tài)氧由調(diào)壓閥組調(diào)至使用壓力,通過管道輸送氧氣至使用車間。

        1.3 物料平衡

        項(xiàng)目所接收含鐵廢鹽酸主要來自鋼材行業(yè)的酸洗工序,由于鋼材行業(yè)酸洗工藝大同小異,對(duì)應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢酸組成也基本一致,同時(shí),項(xiàng)目所接收危廢需達(dá)到進(jìn)廠質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及負(fù)面清單要求后才能投入生產(chǎn),可以保證接收危廢中各項(xiàng)指標(biāo)符合項(xiàng)目生產(chǎn)要求。為更好了解確定所接收含鐵廢鹽酸中各組分含量,項(xiàng)目對(duì)中國(guó)寶武武鋼集團(tuán)有限公司對(duì)應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢鹽酸進(jìn)行了取樣檢測(cè)(詳見附件),企業(yè)與該公司有合作意向,且已達(dá)成口頭協(xié)議,取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)具有一定的代表性,故本次工程分析中使用該取樣檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行衡算。

        項(xiàng)目配套設(shè)置有2個(gè)反應(yīng)池及2臺(tái)氧化反應(yīng)釜,每批次的反應(yīng)時(shí)間為5.0 h,具體每批次的物料平衡情況如表2所示。

        表2 每批次聚氯化鐵物料平衡表 單位:kg/批次

        2 污染源分析

        2.1 廢氣污染源

        聚氯化鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣主要為投料粉塵(G3-1)、中和反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)廢氣(G3-2)與氧化反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)廢氣(G3-3)。廢氣中各污染物產(chǎn)排情況見下:

        (1)G3-1投料粉塵。聚氯化鐵生產(chǎn)時(shí)投加原料氧化亞鐵及亞硝酸鈉為固體粉末,由于原料投加時(shí)反應(yīng)池/釜并未封閉,會(huì)產(chǎn)生一定量的粉塵。根據(jù)建設(shè)單位提供數(shù)據(jù),投料粉塵量約為投入固體總量的0.1%,所投加氧化亞鐵的量為1 091.09 t/a,計(jì)算可得投料產(chǎn)生氧化亞鐵粉塵量為1.09 t/a。投加亞硝酸鈉的量為100.00 t/a,計(jì)算可得投料產(chǎn)生亞硝酸鈉粉塵量為0.10 t/a。

        (2)G3-2反應(yīng)廢氣。聚氯化鐵生產(chǎn)時(shí),鹽酸與氧化亞鐵發(fā)生反應(yīng),由于鹽酸具有較強(qiáng)的揮發(fā)性,反應(yīng)時(shí)會(huì)有部分鹽酸逸散,可利用HJ 992—2018《污染源源強(qiáng)核算技術(shù)指南 制藥工業(yè)》中敞口容器蒸發(fā)過程揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生量的計(jì)算公式進(jìn)行逸散量的核算,經(jīng)核算可得反應(yīng)池中逸散鹽酸量為0.203 t/a。

        (3)G3-3氧化反應(yīng)廢氣。鹽酸與氧化亞鐵反應(yīng)后得到的氯化亞鐵溶液再與亞硝酸鈉、鹽酸混合,并通入氧氣進(jìn)行循環(huán)氧化反應(yīng)。通過氮氧化物傳遞電子,使得氧化亞鐵不斷被氧氣氧化成氧化鐵,反應(yīng)結(jié)束后,反應(yīng)過程產(chǎn)生的氮氧化物部分與水反應(yīng),部分未被水吸收而從液面上方逸出。同時(shí),反應(yīng)過程中也會(huì)有少量鹽酸逸出。

        氧化反應(yīng)過程中需新添加鹽酸至氧化反應(yīng)釜,由于鹽酸具有較強(qiáng)的揮發(fā)性,反應(yīng)時(shí)會(huì)有部分鹽酸逸散,可利用HJ 992—2018中敞口容器蒸發(fā)過程揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生量的計(jì)算公式進(jìn)行逸散量的核算,經(jīng)核算可得反應(yīng)釜中逸散鹽酸量為0.83 kg/a。

        2.2 廢水污染源

        項(xiàng)目生產(chǎn)過程中無廢水產(chǎn)生,產(chǎn)生廢水主要為堿液吸收塔產(chǎn)生的廢液,根據(jù)物料平衡計(jì)算,尾氣吸收投加水量為800 t/a,廢氣帶入水量為2.03 t/a,吸收過程消耗水量約10%,可得廢堿液產(chǎn)生量為722.03 t/a,其中主要成分為氯化鈉、硝酸鈉等。

        2.3 噪聲污染源

        項(xiàng)目主要噪聲源設(shè)備有輸送泵、反應(yīng)釜、尾氣風(fēng)機(jī)、堿液吸收塔等,各噪聲源噪聲強(qiáng)度如表3所示。

        表3 噪聲產(chǎn)生及排放情況表

        2.4 固廢污染源

        項(xiàng)目產(chǎn)生固廢主要為除塵器收集粉塵(S3-1),除塵器收集粉塵主要為氧化亞鐵,根據(jù)上述廢氣源強(qiáng)的核算,可得除塵器收集粉塵量為1.06 t/a。固廢產(chǎn)生及排放情況表如表4所示。

        表4 固廢產(chǎn)生及排放情況表

        3 環(huán)保措施

        投料粉塵(G3-1)通過集氣罩收集后經(jīng)2臺(tái)風(fēng)量為3 000 m3/h的風(fēng)機(jī)排至布袋除塵器進(jìn)行處理,項(xiàng)目分別設(shè)置集氣罩+1臺(tái)布袋除塵器對(duì)兩種粉塵進(jìn)行處理,集氣罩收集效率為90%。收集的粉塵廢氣經(jīng)除塵器處理后經(jīng)同一排氣筒排出,除塵器處理效率可達(dá)99%。反應(yīng)廢氣(G3-2)與中和反應(yīng)廢氣(G3-3)通過1臺(tái)風(fēng)量為4 000 m3/h 的風(fēng)機(jī)排至堿液吸收塔進(jìn)行處理,處理效率可達(dá)90%,3種廢氣經(jīng)處理后通過25 m高排氣筒排放。

        項(xiàng)目廢水主要成分為氯化鈉、硝酸鈉等,排至廠內(nèi)污水處理站進(jìn)行處理。項(xiàng)目噪聲采用優(yōu)選設(shè)備,采取減振、隔聲等措施。項(xiàng)目產(chǎn)生固廢主要為除塵器收集粉塵(S3-1),除塵器收集粉塵主要為氧化亞鐵,可回用于前端生產(chǎn)。

        4 結(jié)語

        研究結(jié)果表明,投料產(chǎn)生亞硝酸鈉粉塵量為0.10 t/a,反應(yīng)池中逸散鹽酸量為0.203 t/a,反應(yīng)釜中逸散鹽酸量為0.83 kg/a;項(xiàng)目產(chǎn)生廢水主要為堿液吸收塔產(chǎn)生的廢堿液,廢堿液產(chǎn)生量為722.03 t/a。項(xiàng)目廢氣經(jīng)過布袋除塵器和堿液吸收塔處理,處理效率可達(dá)90%。項(xiàng)目廢水可排至廠內(nèi)污水處理站可得到有效處理。

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