焚燒法處理DMF廢液的技術(shù)研究

王應(yīng)燦

（福建省固體廢物處置有限公司，福州 350011）

焚燒法處理DMF廢液的技術(shù)研究

王應(yīng)燦

（福建省固體廢物處置有限公司，福州 350011）

在分析DMF廢液處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，指出焚燒法具有占地面積小、處理速度快、污染物破除徹底等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)具有較大的發(fā)展前景。同時(shí)指出該技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中，還存在一些難點(diǎn)，如加熱技術(shù)不成熟、處理成本高、二英的排放不易控制等，亟待解決。

DMF廢液；焚燒法；二英

1 前言

DMF（N, N-Dimethylformamide）的中文名稱是二甲基甲酰胺，分子量為73.09，沸點(diǎn)153℃，凝固點(diǎn)＜60.5℃，比重為0.9445，蒸氣壓在室溫20℃時(shí)為2.7mmHg，閃點(diǎn)＜65℃，在空氣中的爆炸范圍為2.2%～15.2%。作為重要的化工原料以及性能優(yōu)良的溶劑，DMF既是一種用途極廣的化工原料，也是一種用途很廣的優(yōu)良溶劑。二甲基甲酰胺對(duì)多種高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等均為良好的溶劑，可用于聚丙烯腈纖維等合成纖維的濕紡絲、聚氨酯的合成、塑料制膜，也可作去除油漆的脫漆劑，它還能溶解某些低溶解度的顏料，使顏料帶有染料的特點(diǎn)。

由于DMF的這些特點(diǎn)，DMF被廣泛應(yīng)用于合成革企業(yè)，在我國(guó)的沿海地區(qū)應(yīng)用尤為廣泛。中國(guó)每年僅制革行業(yè)排放的含DMF廢液約1億噸[1]。我國(guó)職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)確定DMF為Ⅱ級(jí)（中度危害），美國(guó)確定DMF為人體可致癌物質(zhì)。中國(guó)醫(yī)學(xué)院衛(wèi)生學(xué)研究所經(jīng)研究指出國(guó)內(nèi)地表水中DMF最高容許的質(zhì)量濃度的推薦值為25mg/L[2]，并且DMF廢液排入水中會(huì)導(dǎo)致生物化學(xué)耗氧量和氮含量增加，使水質(zhì)迅速惡化，且難以生物降解。

鑒于DMF廢液的上述特點(diǎn)，如果直接排放，將會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成嚴(yán)重危害。由于DMF廢液成分復(fù)雜，因此治理較為困難，采用一般的廢水治理方法難以滿足凈化處理的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)要求，DMF廢液處理已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。

2 DMF廢液處理方法

有關(guān)DMF廢液的處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了近20年的研究，形成了一些較為成熟的處理工藝。目前，國(guó)內(nèi)處理DMF廢液的處理方法主要有生物法、物化法、化學(xué)法等，以上各種方法分別適合處理不同濃度的DMF廢水。

2.1 生物處理技術(shù)

生物處理法是利用微生物的代謝作用來(lái)分解、轉(zhuǎn)化水體中的DMF和其它各種有害物質(zhì)的生物技術(shù)。傳統(tǒng)的好氧活性污泥法處理工業(yè)廢水是一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的方法，目前也在某些項(xiàng)目中用于DMF廢液的處理。利用好氧活性污泥法處理DMF廢液的過(guò)程中，需要添加磷酸氫二銨、尿素等化學(xué)試劑[3]，調(diào)節(jié)活性污泥的pH值，以加大DMF的去除率。

但是，由于DMF分子的端部都是兩個(gè)甲基，憎水作用很強(qiáng)，且微生物對(duì)有機(jī)物的降解都是從端部開始的，所以利用生物法處理DMF廢液的效率較低，只適用于DMF含量低的廢水。

2.2 物化處理技術(shù)

物化處理技術(shù)是指廢水中的污染物在處理過(guò)程中通過(guò)相轉(zhuǎn)移的變化而達(dá)到去除目的的處理技術(shù)。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、蒸餾法、超聲波降解法等。在這些方法中，萃取法、吸附法和蒸餾法是相對(duì)較為成熟的DMF廢液處理方法，具有效率高、操作簡(jiǎn)單、投資較少等特點(diǎn)，常用于回收DMF。

萃取是指將與水互不相溶且密度小于水的特定有機(jī)相和被處理水接觸，經(jīng)物理或化學(xué)作用，使原溶解于水中的某種組分由水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相的過(guò)程。對(duì)于濃度較高的DMF廢液，可用氯仿、二甲苯等作萃取劑對(duì)其進(jìn)行回收[4]。萃取法簡(jiǎn)單易行，但是存在著如下缺點(diǎn)：處理后的DMF廢液還需要進(jìn)一步處理；吸收DMF的萃取劑需要進(jìn)一步處理，且容易造成二次污染。

吸附法是利用活性炭等比表面積較大的物質(zhì)將廢水中一種或多種物質(zhì)進(jìn)行吸附以凈化廢水的工藝，飽和的吸附介質(zhì)需要做進(jìn)一步處理。吸附法處理DMF廢液具有工藝流程短、處理效果好等特點(diǎn)，但是存在著如何將脫附液中的DMF有效分離并綜合利用的難題需要進(jìn)一步加以解決。

蒸餾法主要有常壓蒸餾、減壓蒸餾、共沸蒸餾、水蒸氣蒸餾等，蒸餾法常用于DMF濃度較高的廢液回收，DMF的回收率可達(dá)90%以上[5]。蒸餾法回收DMF的缺點(diǎn)是：裝置復(fù)雜，設(shè)備成本高，過(guò)程控制難度大等。

2.3 化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)是應(yīng)用化學(xué)原理和化學(xué)作用將廢水中的污染物成分轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，使廢水得到凈化的方法?；瘜W(xué)處理技術(shù)主要包括焚燒法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、催化氧化法等。

焚燒法是在焚燒爐的燃燒室內(nèi)，通過(guò)可控的高溫化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，破壞各種有害物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，把廢液氧化成CO2和H2O等無(wú)害物質(zhì)的技術(shù)。利用焚燒法處理DMF廢液具有占地少、處理速度快、污染物破除徹底等優(yōu)點(diǎn)。雖然焚燒技術(shù)的初期投資大、控制復(fù)雜、操作水平要求高。但隨著相關(guān)技術(shù)水平的提高，焚燒法的處理成本將會(huì)逐漸降低，焚燒技術(shù)具有很廣大的應(yīng)用前景。

其余幾種化學(xué)氧化法的反應(yīng)速度快、控制簡(jiǎn)單，但成本較高，通常難以將難降解的有機(jī)物一步氧化為無(wú)機(jī)物質(zhì)，因此常常作為生化處理的預(yù)處理方法使用。

3 利用焚燒法處理DMF廢液

DMF廢液焚燒處理雖然初期投資大、處理成本高，但是可以將高濃度有機(jī)廢液徹底無(wú)害化處置。隨著相關(guān)技術(shù)水平的提高，其在國(guó)內(nèi)有著廣闊的應(yīng)用前景。

典型的DMF廢液焚燒處理工藝流程如圖1所示。

圖1 DMF廢液焚燒處理工藝流程

3.1 DMF廢液預(yù)處理

由于DMF廢液在常溫下處于凝固狀態(tài)，所以要經(jīng)過(guò)預(yù)處理后才能入爐焚燒。DMF的預(yù)處理方式主要包括加熱系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)。

（1）加熱系統(tǒng)，將DMF廢液加熱使之具有良好的流動(dòng)性。對(duì)于濃度較低的DMF廢液，可以不設(shè)加熱系統(tǒng)；對(duì)于濃度較高的DMF系統(tǒng)，需要設(shè)置加熱系統(tǒng)，將廢液加熱到90℃～100℃。加熱系統(tǒng)所用的熱源優(yōu)先選用廢熱，如生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的蒸氣、熱水等，可節(jié)約成本且利于環(huán)保。當(dāng)沒(méi)有廢熱可以利用時(shí)，可采用電加熱等方式對(duì)DMF廢液進(jìn)行加熱。

（2）過(guò)濾系統(tǒng)，將DMF廢液中的顆粒較大的雜質(zhì)去除，以防廢液堵塞廢液噴槍。過(guò)濾系統(tǒng)通常采用籃式過(guò)濾器，過(guò)濾精度為30～50μm，由于DMF廢液具有腐蝕性，過(guò)濾器的材質(zhì)多選用316L不銹鋼。

（3）輸送系統(tǒng)，將DMF廢液通過(guò)加壓后輸送到焚燒爐中。輸送系統(tǒng)主要包括DMF廢液輸送泵、管路閥門系統(tǒng)和廢液噴槍。

3.2 高溫焚燒系統(tǒng)

DMF廢液焚燒系統(tǒng)通常包括廢液焚燒爐和焚燒輔助系統(tǒng)。焚燒爐是有機(jī)廢液焚燒的主體核心設(shè)備。常用的廢液焚燒爐主要有液體噴射焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐和流化床焚燒爐[6]。

液體噴射焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯焚燒爐均可處理可以用泵輸送的廢液。廢液通過(guò)噴槍霧化為細(xì)小液滴，通過(guò)輔助燃料，在爐內(nèi)高溫焚燒，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處置。焚燒產(chǎn)生的灰渣通過(guò)位于爐底的出灰機(jī)排出。

液體噴射焚燒爐是專用的廢液焚燒爐，可用于焚燒處理各種廢液，具有處理廢液范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐可以同時(shí)焚燒處理廢液和固體廢物，適用于各固體廢物處置中心作為集中處理各種廢物的設(shè)備，回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的示意圖見(jiàn)圖2。其優(yōu)點(diǎn)是可處理廢物的范圍廣，可以同時(shí)處理固體、液體和氣體；缺點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)較高。

圖2 回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)

流化床焚燒爐的工作原理是利用爐底分布板吹出的流化風(fēng)將廢物和床料懸浮成流化狀態(tài)，從而進(jìn)行廢液的焚燒處理。其優(yōu)點(diǎn)是：焚燒效率高、燃燒較為充分；結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小；采用低溫燃燒和分級(jí)燃燒，氮氧化物排出量低。缺點(diǎn)是：不適宜焚燒含雜質(zhì)較多的DMF廢液，易結(jié)焦導(dǎo)致流化失??；焚燒煙氣中的顆粒物含量較高；設(shè)備構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，流化工況較難控制。

綜合上述三種焚燒爐的特點(diǎn)，DMF廢液適合利用液體噴射焚燒爐和回轉(zhuǎn)窯焚燒爐焚燒。當(dāng)廢液量較大且熱值較低（＜2500kcal/kg）時(shí)，應(yīng)采用液體噴射焚燒爐配合輔助燃料進(jìn)行處理；當(dāng)廢液量較大且熱值較高（≥2500kcal/kg）時(shí)，應(yīng)采用液體噴射焚燒爐進(jìn)行處理，無(wú)需輔助燃料；當(dāng)廢液量較小時(shí)，采用液體噴射爐不夠經(jīng)濟(jì)，應(yīng)采用回轉(zhuǎn)窯焚燒爐處理，采用回轉(zhuǎn)窯焚燒處理固體廢物附燒DMF廢液的運(yùn)行方式，DMF作為輔助燃料，既可進(jìn)行無(wú)害化處置，同時(shí)也可將其焚燒的熱量加以利用。

3.3 余熱利用系統(tǒng)

余熱利用系統(tǒng)的作用是將DMF廢液焚燒產(chǎn)生的熱量加以回用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。常用的余熱利用設(shè)備主要包括余熱鍋爐、空氣換熱器等。余熱鍋爐多用在廢液熱值高且處理量大的廢液焚燒系統(tǒng)中。在廢液處理規(guī)模較小的廢液焚燒處理系統(tǒng)中多利用空氣換熱器，將空氣預(yù)熱后輸送至焚燒爐中，達(dá)到余熱利用的目的。余熱利用需要盡量避免二英類物質(zhì)合成的適宜溫度區(qū)間（300℃～500℃）。

3.4 脫酸系統(tǒng)

由于DMF廢液成分復(fù)雜，焚燒后的煙氣中含有SO2、NOx、HCl等酸性氣體，必須經(jīng)過(guò)脫酸處理才能排放到大氣中。

煙氣脫酸的方式主要有三種：濕法脫酸、干法脫酸和半干法脫酸。DMF廢液焚燒系統(tǒng)采用何種方式脫酸與廢液的成分有關(guān)。當(dāng)廢液中含N、S、Cl等成分較少時(shí)，可以采用干法脫酸；當(dāng)廢液中含有大量N、S、Cl等成分時(shí)，可以采用濕法脫酸；一般情況下，國(guó)內(nèi)廢液焚燒系統(tǒng)多采用半干法脫酸。半干法脫酸是干法脫酸和濕法脫酸相結(jié)合的一種煙氣脫酸方法，結(jié)合了干法和濕法的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，投資小，能源消耗少。

3.5 除塵系統(tǒng)

除塵系統(tǒng)的作用是除去DMF廢液焚燒產(chǎn)生的煙氣中的飛灰等顆粒物，降低煙塵排放。常用的煙氣除塵器主要有旋風(fēng)除塵器、袋式除塵器、靜電除塵器等。在上述除塵器中，袋式除塵器在高濃度有機(jī)廢液焚燒系統(tǒng)中的應(yīng)用率較高，其主要是通過(guò)精制的濾袋將煙氣進(jìn)行過(guò)濾，從而去除煙氣中的飛灰，除塵效率能夠達(dá)到99%以上。袋式除塵器應(yīng)考慮濾袋材質(zhì)的使用溫度、力學(xué)性能、耐酸堿腐蝕和耐水解能力、阻燃性等性能特點(diǎn)，袋籠材質(zhì)應(yīng)考慮使用溫度、防酸堿腐蝕等性能特點(diǎn)。

3.6 煙氣達(dá)標(biāo)排放

DMF廢液焚燒產(chǎn)生的煙氣需進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18484）后方可排放。國(guó)內(nèi)部分省市環(huán)保部門規(guī)定的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，有的甚至要求達(dá)到歐盟2000煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 焚燒法處理有機(jī)廢液面臨的困難

目前，國(guó)內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，利用焚燒法處理高濃度有機(jī)廢液具有占地面積小、焚燒處理徹底的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前在國(guó)內(nèi)推廣還有幾個(gè)難點(diǎn)需要解決，如：加熱技術(shù)不成熟、處理成本高、二英的排放不易控制等問(wèn)題。

4.1 加熱技術(shù)不成熟

DMF的預(yù)處理是利用蒸氣加熱或電加熱的方式加熱DMF，使之達(dá)到相應(yīng)的溫度，具備良好的流動(dòng)性。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上尚沒(méi)有較為成熟的DMF加熱技術(shù)和設(shè)備。另外，加熱過(guò)程的溫度控制技術(shù)也不成熟，均有待進(jìn)一步研究。

要解決此問(wèn)題就要加強(qiáng)技術(shù)研究，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式，將研究成果進(jìn)行檢驗(yàn)后在工程上應(yīng)用。

4.2 處理成本高

利用焚燒法處理DMF廢液成本高的原因主要有：

（1）項(xiàng)目初投資大。相對(duì)于其他DMF廢液處理技術(shù)，焚燒法處理DMF廢液系統(tǒng)包括焚燒系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)，所需要的設(shè)備較多，因此初投資較高。

目前，要降低項(xiàng)目的初投資，主要是要進(jìn)一步提高DMF廢液焚燒技術(shù)，降低設(shè)備成本。

（2）處理DMF廢液的熱值波動(dòng)范圍較大，很多DMF廢液在處理時(shí)必須添加輔助燃料，造成處理成本較高。一般認(rèn)為熱值≥2500kcal/kg的廢液，在有輔助燃料引燃的條件下能夠自燃，適宜用焚燒法處理。

要解決好此難點(diǎn)，就需要提前對(duì)DMF廢液進(jìn)行分析，對(duì)于熱值≥2500kcal/kg的DMF廢液，可直接入爐焚燒；對(duì)于熱值＜2500kcal/kg的DMF廢液，如果量比較小，可以隨固體廢物一起進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯焚燒，當(dāng)量較大時(shí)，需要利用輔助燃料，成本較高時(shí)，宜采用其他的處理技術(shù)進(jìn)行處理。

（1）焚燒爐充分燃燒。在焚燒爐中，利用3T+1E（指溫度、時(shí)間、擾動(dòng)和過(guò)剩空氣系數(shù)）綜合控制的原則，確保廢液中有害成分充分分解。

（2）在煙氣降溫過(guò)程中，盡量減少在300℃～500℃溫度段的停留時(shí)間，避免二英在此溫度段的再合成。

（3）高效的煙氣除塵設(shè)施。目前工程中一般采用袋式除塵器進(jìn)行除塵，由于DMF廢液焚燒產(chǎn)生煙氣的飛灰中可能吸附有二英，必須去除，所以收集的飛灰要經(jīng)進(jìn)一步固化后，安全填埋。

5 結(jié)論

DMF廢液對(duì)環(huán)境具有極大的危害性，必須進(jìn)行無(wú)害化處理。綜合分析目前國(guó)內(nèi)外各種DMF廢液處理技術(shù)，焚燒法具有占地面積小、處理速度快、污染物破除徹底等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)具有較大的發(fā)展前景。但加熱技術(shù)不成熟、處理成本高、二英排放不易控制等問(wèn)題制約了DMF廢液焚燒技術(shù)的發(fā)展，急待解決。在國(guó)家環(huán)保政策的支持下，隨著環(huán)保技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這些難點(diǎn)將會(huì)逐步克服或緩解，利用焚燒法處理DMF廢液技術(shù)在國(guó)內(nèi)將會(huì)有更大的發(fā)展。

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Technical Study on DMF Waste Liquid Treated by Incinerating Process

WANG Ying-can

X703

A

1006-5377（2015）03-0051-04