危險廢物的物化處理工藝研究

摘要：危險廢物的處置方法主要包括資源化利用、物化處理、焚燒處理、安全填埋等，其中資源化利用可對有價值的危險廢物進行資源化利用，焚燒處理可通過高溫分解和深度氧化處理有害物質，安全填埋則是將危險廢物固化穩定化后在安全填埋場填埋，物化處理方法主要應用于廢酸、廢堿、重金屬廢液等危險廢物的處置。本文主要介紹了幾種適用于物化方法處理的危險廢物，以及相應的物化處理方法和此類危險廢物處理技術的研究與應用情況，為安全有效地處理處置危險廢物提供參考。

關鍵詞：危險廢物；物化處理；廢酸；廢堿；重金屬廢液

引言

隨著我國經濟的快速發展，危險廢物產生量逐年增多，非法運輸、傾倒危險廢物現象時有發生。由于危險廢物通常具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性或者感染性等一種或者幾種危險特性，且這些危險性都會給自然環境和人類健康帶來一定潛在的威脅，如果處置不當，就會給人類和環境帶來嚴重損害。如，危險廢物不經處理及不規范處理處置排放，不僅會破壞大氣、水源、土壤等生態環境，還會影響人類健康及制約經濟的可持續發展。

1危險廢物種類

據2021新版《國家危險廢物名錄》[1]，目前我國明確的危險廢物數量共46大類467種，涉及20多種行業，來源廣泛，產量較多。石油和化學工業聯合會及環保部的調研結果表明，2015年近200家被調研化工行業企業危險廢物的產生量中，排名前4的危險廢物為廢酸（HW34）、蒸餾殘渣（HW11）、廢礦物油（HW08）、廢堿（HW35），分別占產生總量的26.01%、18.5%、13.13%和13.07%。2015年化工行業各類危險廢物的占比情況如圖1所示。

通過環境統計數據可看出，6類危險廢物，即廢堿、廢酸、石棉廢物、有色金屬冶煉廢物、無機氰化物廢物、廢礦物油，是目前工業危險廢物產生量較大的高危險廢物。在我國所有工業危險廢物中，這3類危險廢物在2014年、2015年分別占有了69.1%、68%的份額。其中，廢堿、廢酸的總量占到了工業危險廢物總量的30%以上，詳見圖2。

2常見危險廢物的物化處理

目前，主要采用資源化利用、物化處理、焚燒、填埋等方法處理處置危險廢物[2]。其中，對于化工行業占比較高的廢酸、廢堿、廢礦物油、廢有機溶劑等危險廢物，物化處理法是采用較多的方法。

2.1 廢酸的物化處理

在工業生產中，酸的應用很廣泛，往往由于部分生產過程的酸利用率低下，導致產生了大量的具有酸性且含有其他雜質的廢酸（液），如不經處理直接將廢酸（液）排放將會對生態環境造成嚴重破壞，因此對廢酸進行物化處理必要且重要。廢酸的常見物化處理方法主要有回收再用與中和處理2種方式，但在傳統的處理工藝逐漸發展成熟的同時，也有一些新的處理工藝出現。

例如，美國SAR[3]廢酸再生工藝就是一種主要針對化工生產中產生的廢濃硫酸的處理工藝，可主要通過熱裂解、煙氣凈化、轉化和吸收4個單元來完成對廢濃硫酸的物化處理，其中熱裂解是讓硫酸在接近1000℃的高溫下被蒸發并分解成SO2、H2O、O2、SO2再進一步轉化為SO3，并合成硫酸，達到回收的目的。因此，美國SAR廢酸再生工藝可以生產從93%硫酸（H2SO4）到40%發煙硫酸的各種濃度硫酸，甚至可生產出供烷基化裝置使用的99.2%濃硫酸（H2SO4）。

李潛等[4]對擴散滲析回收鈦白廢酸進行了實驗研究，利用集成膜法（聯合擴散滲析和減壓膜蒸餾）濃縮回用鈦白廢酸有技術可行性，針對1.92mol/L的鈦白廢酸，先通過擴散滲析分離硫酸和硫酸亞鐵，獲得硫酸回收液，再通過減壓膜蒸餾對硫酸回收液進行濃縮，獲得約10.3mol/L（質量百分濃度65.3%）的硫酸，滿足了返回鈦白生產使用條件的要求。趙書英[5]采用離子交換技術對某PS版廠的電解工段廢鹽酸進行了研究，結果顯示最佳條件為吸附時間10min，樹脂與酸液的容積比9：25，樹脂飽和吸附容量為48.76mg/g；解吸持續15min，處理的廢酸與可再生溶液的容積比2：1，鋁的解吸率維持在65%左右，廢酸液可達到循環使用的目的。

2.2 廢堿的物化處理

廢堿（液）一般產生于石油化工行業生產過程中，污染物濃度較高、危害性較大，因此必須對其進行預處理，才能確保污水處理廠的正常運行，以及確保最終處理的出水符合國家規定的排放標準要求。廢堿（液）的常見處理方法包括中和、焚燒、濕式空氣氧化和生物處理等。

段波等[6]采用催化氧化工藝對乙烯裝置廢堿液進行處理研究，讓廢堿液經過除油、催化氧化及中和處理后，再經生化單元處理達標后，廢水可達到標準直接外排，其中出水CODCr為47mg/L、石油類為2.056mg/L。高俊英等[7]對改性硅藻土處理乙烯廢堿液進行研究，通過考察改性硅藻土處理乙烯廢堿液的吸附條件對乙烯廢堿液中硫去除率的影響，結果表明其最佳工藝要求為吸附時間40min、吸附溫度20℃、改性硅藻土加入量1.5g、乙烯廢堿液的pH=3，在此條件下乙烯廢堿液中硫含量由560.4mg/L減至29.4mg/L，硫去除率達94.75%；乙烯廢堿液的COD從148000mg/L減至12000mg/L，COD去除率達91.89%，采用改性硅藻土吸附工藝為乙烯廢堿液處理提供了一種新思路。

2.3 重金屬廢液的物化處理

重金屬廢液是指礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業生產過程中排出廢水，因而廢液中一般含有顯著生物毒性的重金屬，如汞、鉛、鎘、鉻和砷等，排入環境中會對環境造成嚴重污染。另外，重金屬廢液中還包括具有一定毒性的鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等。因此，對重金屬廢液進行物化處理，可降低環境污染。目前，對重金屬廢液進行物化處理的主要工藝有電解還原、化學沉淀、離子交換、反滲透和電滲析等。

高寶云等[8]利用化學改性制造出一種巰基改性玉米秸稈粉吸附劑，并以未改性的玉米秸稈粉做為對照，研究巰基改性玉米秸稈粉對水溶液中重金屬離子（Zn2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、Pb2+和Hg2+）的吸附特性，結果顯示與未改性的玉米秸稈粉相比，經巰基改性后的玉米秸稈粉對水體重金屬離子的吸附率可達97%以上，但未改性的玉米秸稈粉對水體重金屬離子的吸附率不足5%。鄧燕寧等[9]將含Fe3+、Cd2+的模擬廢水做為主要研究對象，以細菌絮凝劑和沸石為吸附劑，分析了分別采用2種吸附劑及將2種吸附劑共同應用時對水溶液中重金屬離子的去除效率，結果表明通過2種吸附劑共同處理廢水可彌補各自吸附劑在吸附過程中的缺點，細菌絮凝劑可有效促進天然沸石顆粒物沉降。

2.4 廢乳化液的物化處理

廢乳化液主要產生于機械加工、金屬制造等行業。由于乳化液在加工工藝生產的使用過程中，會參雜大量的金屬和雜質，因而重復使用后須定期更換，就形成了大量的廢乳化液。目前，廢乳化液的物化處理工藝主要有物理分離、化學氧化、鹽析、凝聚等。

荊建剛等[10]采用根據海水淡化的機械蒸汽再壓縮蒸餾工藝發展而來的廢水處理技術，即蒸發濃縮技術對廢乳化液進行處理，在蒸發過程中，二次蒸汽經壓縮機壓縮后壓力與溫度上升、熱焓增加，可送入蒸發器的加熱室作為加熱蒸汽使用，同時保持料液的沸騰狀態，加熱蒸汽冷凝成水，然后從體系中排出，從而實現了原溶液凈化回收的目的。蒸發濃縮技術系統構造模塊化，結構緊湊；蒸發器供給壓縮機所獲取的蒸汽；增壓后的蒸汽在冷凝器中冷凝，無需設置單獨的冷凝器；只需動力源不需熱源；系統運行時的溫度和壓力相對較低，可有效減少熱損和結垢，熱效率高；智能化水平高，使用操作方便。

2.5 廢礦物油的物化處理

廢礦物油是指利用油頁巖、煤炭、石油進行有效成分提煉及精煉而成，在開采、加工處理及應用過程中由于受到外界因素影響，導致物質的原有特性改變，從而使得礦物油無法繼續使用。廢汽油、柴油、潤滑油、液壓油、煤油等都屬于廢礦物油。鄧丹丹[11]通過將分子蒸餾與固定床吸附技術結合對廢礦物油進行處理，研究發現確定一級分子蒸餾的最佳溫度為245～250℃，最合適的真空度為10～20Pa，固定床最佳吸附溫度為115℃；成功調試運行了處置能力為3000t/a的廢礦物油回收利用系統工業試驗線，實現了廢礦物油的回收利用，且生產的產品質量符合中石化Ｉ類油標準。

3物化處理工藝分析

3.1 酸堿廢液典型處理工藝

針對酸堿廢液，采用“中和-氧化-中和-絮凝沉淀-壓濾-蒸發濃縮”的處置工藝，當酸堿廢液積累到一定量后，先使用廢酸輸送泵將一定量的廢酸輸送至綜合反應槽，開啟攪拌機，接著加入廢堿，調節pH至2～3（如處理廢酸時，廢堿的量不夠可采用石灰乳補充中和廢酸），同時為了去除COD，還需在反應槽中加入Fenton試劑，利用其強氧化性將有機物氧化，反應時間控制在30min以上，氧化結束后，繼續加入石灰乳調節pH至8～9，再投加PAC、PAM及DTCR，去除廢水中的重金屬離子，經過壓濾后廢液進入蒸發裝置濃縮，得到結晶鹽，即實現了廢酸堿的無害化處理。該酸堿廢液典型處理工藝可利用廢酸堿進行中和，然后通過芬頓反應去除大部分有害有機物，再進行絮凝沉淀，并將出水蒸發回用，同時得到結晶鹽產品，能對廢酸堿無害化處置。

3.2 廢乳化液處理工藝

采用“過濾預處理-浮油收集-蒸發-污水處理”的廢乳化液處理工藝，首先將廢乳化液經過濾預處理后，讓其進入浮油收集機去除浮油，再將分離浮油后的廢乳化液在泵的提升下進入蒸發器進行蒸發；其次利用蒸汽和真空泵，將蒸發溫度控制在35～45℃的條件下進行低溫蒸發，并根據廢乳化液檢測含水量設置濃縮倍數，當設備達到濃縮倍數后，系統停止蒸發排出殘渣；最后將產生的的冷凝水進入污水處理系統進一步處理。廢乳化液處理工藝可直接適用于可蒸發分離廢乳化液的處理，而對于無法直接蒸發分離的乳化液，應先將其破乳預處理后，再采用本乳化液處理工藝進行處理。

3.3 重金屬廢液處理工藝

含有重金屬雜質的廢液應先經預處理過濾，然后經泵將廢液轉輸至中間罐并投加石灰乳或液堿調節pH，再進入無害化反應器進行處理，同時添加重金屬沉淀劑將重金屬沉淀捕集，以及向廢液中投加雙氧水和硫酸亞鐵去除廢液中絕大部分的有機物，反應完成后向反應槽內投加絮凝劑和助凝劑，使產生的各種絮體凝聚、沉淀，進入到沉降槽進行沉降，再經壓濾后將得到含重金屬泥餅安全填埋即可，濾液則進入污水處理系統處理或回收利用。而在實際應用中，重金屬廢液處理工藝與廢酸液處理工藝較為類似，可通過一套裝置實現重金屬廢液與廢酸液的處理，但需要控制不同反應條件、調節藥劑種類和加入量，實現較佳的處理效果。

結語

危險廢物由于其種類、來源、危害性等特性的各不相同，處理方法也各不相同且差異較大，但最終目的都是無害化。因此，在對危險廢物的實際處理中，要達到無害化目的，就必須要了解掌握各種危險廢物的特性，并根據危險廢物的不同特性，優化處理工藝，采用一系列的物理、化學或生物等手段，有針對性地找到最佳的處置方法，保證處理效果，不斷降低處理成本。

參考文獻

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作者簡介

王思（1993—），女，漢族，陜西興平人，碩士研究生，助理工程師，研究方向為環境工程。