廢酸循環(huán)利用的污染源源強核算及環(huán)保措施研究

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]，大量排放會造成嚴重的環(huán)境污染，而傳統(tǒng)的處理方式為直接焚燒，不僅能耗大，且無法對廢酸及含鋁廢渣中的有效成分進行回收利用，造成大量資源浪費。將廢酸、含鋁廢渣作為原料，進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，實現(xiàn)保護自然環(huán)境[3]。然而，在廢酸、含鋁廢渣的循環(huán)利用過程中，不可避免會產(chǎn)生其他污染物，如果處理不當會造成新的環(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)境保護措施，以期為廢酸循環(huán)利用和環(huán)境保護提供方法借鑒。

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)利用的污染源源強核算及環(huán)保措施。

1.1 廢酸成分

項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，對應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢酸組成也基本一致，同時，項目所接收危廢需達到進廠質(zhì)量標準及負面清單要求后才能投入生產(chǎn)，可以保證接收危廢中各項指標符合項目生產(chǎn)要求。為更好了解確定所接收含鐵廢鹽酸中各組分含量，項目對寶武武鋼集團有限公司對應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢鹽酸進行了取樣檢測，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)，加入到低溫液氧儲罐中，液氧從低溫液氧儲罐出來后，經(jīng)出液管進入液氧氣化器進行氣化，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，對應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢酸組成也基本一致，同時，項目所接收危廢需達到進廠質(zhì)量標準及負面清單要求后才能投入生產(chǎn)，可以保證接收危廢中各項指標符合項目生產(chǎn)要求。為更好了解確定所接收含鐵廢鹽酸中各組分含量，項目對中國寶武武鋼集團有限公司對應(yīng)工序所產(chǎn)生含鐵廢鹽酸進行了取樣檢測(詳見附件)，企業(yè)與該公司有合作意向，且已達成口頭協(xié)議，取樣檢測數(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數(shù)據(jù)進行衡算。

項目配套設(shè)置有2個反應(yīng)池及2臺氧化反應(yīng)釜，每批次的反應(yīng)時間為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，由于原料投加時反應(yīng)池/釜并未封閉，會產(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，鹽酸與氧化亞鐵發(fā)生反應(yīng)，由于鹽酸具有較強的揮發(fā)性，反應(yīng)時會有部分鹽酸逸散，可利用HJ 992—2018《污染源源強核算技術(shù)指南 制藥工業(yè)》中敞口容器蒸發(fā)過程揮發(fā)性有機物產(chǎn)生量的計算公式進行逸散量的核算，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，反應(yīng)過程中也會有少量鹽酸逸出。

氧化反應(yīng)過程中需新添加鹽酸至氧化反應(yīng)釜，由于鹽酸具有較強的揮發(fā)性，反應(yīng)時會有部分鹽酸逸散，可利用HJ 992—2018中敞口容器蒸發(fā)過程揮發(fā)性有機物產(chǎn)生量的計算公式進行逸散量的核算，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

項目主要噪聲源設(shè)備有輸送泵、反應(yīng)釜、尾氣風機、堿液吸收塔等，各噪聲源噪聲強度如表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臺風量為3 000 m3/h的風機排至布袋除塵器進行處理，項目分別設(shè)置集氣罩+1臺布袋除塵器對兩種粉塵進行處理，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99%。反應(yīng)廢氣(G3-2)與中和反應(yīng)廢氣(G3-3)通過1臺風量為4 000 m3/h 的風機排至堿液吸收塔進行處理，處理效率可達90%，3種廢氣經(jīng)處理后通過25 m高排氣筒排放。

項目廢水主要成分為氯化鈉、硝酸鈉等，排至廠內(nèi)污水處理站進行處理。項目噪聲采用優(yōu)選設(shè)備，采取減振、隔聲等措施。項目產(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90%。項目廢水可排至廠內(nèi)污水處理站可得到有效處理。