化工三废处理技术及其发展趋势研究

随着社会的进步, 化工生产为人类带来了各种便利, 从而满足人们日益增长的生活需求。但是在化工生产过程中会产生大量污染物, 如果排放到环境中, 就会导致水资源、土壤以及大气遭受污染, 给人类的生产生活带来极大的危害。

化工污染物主要是废水, 废气, 固废 (固体废弃物) “三废”。三废排放严重危害人类生存环境和健康以及生活质量, 因此在排放前应予处理达到排放标准, 从而控制环境污染, 保护生存条件。治理三废的问题迫在眉睫, 是化工生产的正常运作的前提[1]。

1 化工三废的来源

化工三废来源于化工生产过程, 三废的产生主要取决于三个方面, 工艺路线、原辅料以及生产设备。其中工艺路线的选择尤为重要, 将直接决定三废的产生强度和种类。原辅料选择将影响化学反应能耗和副反应的控制, 如选择适当的催化剂可以改善反应条件和反应速率, 起到节能和减少污染的目的。生产设备、仪表的设计不够科学或精密, 会影响工艺指标的稳定和控制, 因此转化率和选择性下降、反应不完全, 导致三废的增加, 也会因密封精度不够发生泄露增加废气的无组织排放。

2 化工三废处理技术的概况

随着生活质量的提高, 人们对大量优质的化工产品的需求与化工生产造成的三废的排放是目前面临的矛盾。人们在享受化工生产所带来的便利, 同时要面对与自己需求相矛盾的环境问题。因此, 如何有效的处理三废是关乎民生的大问题。

2.1 废水处理技术

化工废水是化工生产过程中产生的工艺废水、设备冲洗水、排凝水等被污染的水, 具有成分和结构复杂、毒性大、B/C低难以生化、恶臭性、色度高等特点。在化工中根据污染物的特征采取不同的处理工艺。化工废水处理方法主要有物理法、化学法、物理化学法、生物法、化学沉淀法[2]、微电解法、以及多种处理方法的组合处理法。

化工作为用水大户, 新鲜水用量大、重复利用率低、污水量大, 不仅浪费水资源、造成环境污染, 且水资源的短缺导致成本的上升和经营的威胁。为保持可持续发展及减少水资源的浪费, 提高经济效益和社会效益, 许多化工企业已开始研究落实污水回用, 甚至污水“零”排放。如煤化工过程中针对高COD、高氨氮的工艺废水, 采取“隔油+混凝沉淀+水解酸化+多级A/O生化+接触氧化+催化氧化+超滤+反渗透”组合处理法实现污水回用。

2.2 废气处理技术

化工废气是指在化工生产中排出的污染大气的有毒有害的气体, 具有易燃易爆性、毒性、腐蚀性、恶臭、浮游粒子种类多等特点。根据化工行业的不同产生的化工废气组成差别很大。通常包括SO2、NOx、COx、Cl2、硫化氢、氯化氢、NH3等呈酸碱性污染物和甲烷等挥发性有机物以及粉尘。

对气态的污染物, 如SO2、NOx、COx一般采用膜分离、冷凝、生物、吸附、燃烧、吸收、催化等方法进行处理[3]。如, 利用氨水对SO2的吸收反应原理的氨法脱硫技术用于SO2的治理;以氨为还原剂的选择性催化还原法 (SCR) 脱硝技术用于NOx的治理;克劳斯-加氢-还原-吸收 (Clous-SSR) 脱硫工艺用于煤化工过程中产生的酸性气中H2S的治理。

以Clous-SSR工艺为例, 酸性气中的H2S与空气燃烧产生克劳斯反应所需的SO2, 在催化剂的作用下, H2S和SO2发生克劳斯反应生成的单质S, 主要化学反应如下:

克劳斯反应尾气中少量硫化物在加氢催化剂的作用下发生加氢反应最终转化为H2S, 再用MDEA溶液吸收返回Claus硫磺回收装置, 主要化学反应式如下:

粉尘的治理根据装置类型大致分为机械式除尘器、过滤式除尘器、洗涤除尘器、静电除尘器以及组合式除尘器等。如, 起源于日本日立公司的转动极板技术的旋转电极电除尘器。

根据大气污染物的排放形式不同又可以将这些大气污染物的产生源分为有组织排放源和无组织排放源。经过几十年的发展, 目前国内利用上述废气处理技术处理有组织排放源的技术比较成熟, 也得到了普及。但是在无组织排放源的治理上国内起步较晚, 仍明显落后国外发达国家。目前国内在大气污染源无组织排放源的治理方面引进、发展和采取的措施主要有尾气回收系统 (VRU) 、泄漏检测与维修 (LDAR) 、浮顶罐及储罐的氮气密封、机泵的双密封、密闭采样系统以及安全泄压排放密闭措施等。山东青岛的一家外资企业在建厂初期就安装了尾气回收系统 (VRU) 、实施了泄漏检测与维修 (LDAR) , 在废气无组织排放的控制上收到了很好的效果。

2.3 固废处理技术

化工固废主要是指化工生产过程中产生的固体状、半固体状和浆状废弃物, 其中主要包扩化工生产或废水处理等辅助生产过程中产生的灰渣、副产物、不合格产物、废吸附剂、废催化剂、废药剂、废润滑油、污泥、废盐、报废设备等。化工固废有量大、种类多、有毒物质多、化学性质复杂、可资源化物资多等特点。这些固废如不妥善处理, 就会影响身体健康, 污染土壤、水体、大气环境, 浪费和占用资源, 破坏生产生活安全。因此, 需要妥善处置实现固废的无害化、资源化和减量化。对这些固废传统的处置方法有焚烧、填埋、堆肥和固化处理。如果用适当的处理技术从中回收有用的物质和能源将会使得固废处理更加资源化[4]。在固废的资源化方面主要有:第一, 物质回收, 是指从废物中回收有利用价值的物质, 如粉煤灰用于建筑材料的生产原料、废催化剂的再生等;第二, 物质转换, 主要是利用无用的废弃物转化为可以使用的新形态的物质, 如有机废弃物的再生产和生物降解;第三, 能量转换, 主要是回收废弃物所含的热值用于生产电能或热能, 如垃圾发电等。

2.4 化工三废处理技术展望

发展先进的科学技术手段对三废进行处理是非常有前景的行业。比如生物降解法, 利用微生物的生命活动有效降解处理三废;又如通过推广CO2气体肥料, 不仅解决了温室气体的排放, 为企业创造了效益, 还减少了化肥的使用以及农作物的增产。

当然控制化工三废的最根本有效的途经是采用新工艺、新技术、开发新能源和新产品, 创新管理模式提高生产效率、减少单位产品三废排放量、提高三废的综合利用率、减少对矿物能源的依赖, 最终实现节能减排和绿色化学。绿色化学是指在化学品的设计、制造和使用时采用的一系列新原理, 以便减少或消除有害物质的使用和产生[5]。目前绿色化学的发展主要有以下几个方向:第一, 通过研发高效、高选择性的催化剂改善生产条件、提高产品转化率;第二, 开发符合绿色、环保的新原料、新产品和新反应, 努力做到用无毒无害原料在无毒无害的条件下生产出无毒无害的绿色产品;第三, 开发利用新能源和研发节能工艺、设备;第四, 推广再生材料、可降解材料的利用和三废的资源化利用;第五, 推进环境友好型替代品的发展。

3 结语

综上所述, 三废污染的防治与每个人的生存健康息息相关, 化学工业三废治理的问题不容忽视。发展绿色化学是解决三废治理问题的根本。绿色化学的发展对消除环境污染、保护人类健康和生存环境、降低环境保护成本意义重大。绿色化学正在证明发展化学工业和保护环境并不矛盾, 通过绿色化学可以做到环境和经济效益的双重最优化。

摘要：随着化工规模的不断提升, 伴随而来的是化工三废的大量排放。本文首先介绍了化工三废的危害, 并系统地综述了化工三废处理技术及其发展, 最后论述了三废治理以及环境保护的必要性。

关键词：三废,污染,废水,废气,固废,治理

参考文献

[1] 杨艳丽.化工企业三废处理技术及其展望[J].资源与环境, 2012, 08, 213.

[2] 严忠浩.人工生态系统与“三废”处理[J].职业与健康, 1994, 05, 19.

[3] 王恒颖, 孙珮石, 王洁, 杨常亮, 常学秀.微生物法处理SO2、NOx废气研究概要.中国环境科学学会学术年会优秀论文集, 2007.

[4] 郑海燕, 应桃开.化学实验“三废”处理与环境教育[J].成都教育学院学报, 2005, 19 (8) , 94.

[5] CLARK J, LANCASTER M.Green chemistry:the path to a sustain-able, competitive chemical industry[J].Ziran Zazhi, 2000, 22 (1) :1-6.随着世界对能源需求量的不断增长, 页岩气气藏作为极具有开发潜力的非常规油气藏在国内外得以重视。在页岩气开发过程中, 由于采用了油基钻井液, 产生了大量的含油钻屑。这些含油钻屑必须进行无害化处理, 才能符合国家排放标准, 否则会造成严重的环保事故。因此, 开展含油钻屑无害化处理技术研究, 对于保护环境, 实现页岩气清洁开发有十分重要的意义。1技术现状目前国内外针对含油钻屑的处理方式主要有溶剂萃取法、地层深度回注法、生物修复法、热解析法和焚烧法等。溶剂萃取法是采用己烷、乙酸乙酯或氯代烃等低沸点有机溶剂将钻屑的油类溶解萃取出来, 萃取液经闪蒸蒸出溶剂得到回收油, 闪蒸出的有机溶剂可以继续循环使用。回收油较彻底, 但剩余污泥量大, 工艺较复杂, 不够成熟, 有安全隐患, 且投资成本较高。深度回注地层前, 钻屑残油应控制在5%以下, 钻屑经破碎加水流化后高压回注地层。但因XX区含油钻屑量太大, 采用此法不合适。生物修复法主要是指利用微生物将含油钻屑中长链烃物质或有机高分子降解成为环境可接受的低分子或气体 (如CO2) , 但用该处理技术的困难是如何选择合适的微生物菌种和载体, 技术不成熟, 且处理周期过长, 具有二次污染风险。热解析法是将包括油类组份在内的各种有机污染物质加热到足够高的温度, 使其蒸发并从受污染介质中分离出来, 从