焚烧法处理高浓度有机农药生产废水
摘要：农药生产废水属有害工业废水，成分复杂、有机物含量高、生物降解性很差，生化处理难以达标。对某农药厂废水实行分流处理，将高浓度蒸馏浓缩液利用周边电厂的循环流化床焚烧炉焚烧，并对焚烧效果和实际可操作性、经济性进行了分析，证明采用循环流化床焚烧炉焚烧高浓度复杂成分废水是有效、可行的。
关键词：农药生产废水,焚烧法,循环流化床焚烧炉
农药生产中产生的废水属于有毒有害工业废水，成分复杂，含有大量生物降解性较差和难于生物降解的有机物，可生化性很差，特别是高浓度有机农药废水(如蒸馏浓缩液)，对生物处理系统的冲击较大，常使微生物大量死亡，处理后出水水质波动较大，时有超标现象，给企业的环保工作带来较大压力。针对农药生产不同环节产生的废水有机物浓度、毒性、可生化性等方面都存在着很大的差异，在考虑全厂废水处理工艺时，将高浓度废水与低浓度废水分开，对高浓度废水采用焚烧处理工艺进行单独处理，以减轻废水生物处理系统的负荷，使系统稳定运行，达标排放。
本工程就淄博市某农药厂生产氧乐果、百草枯废水进行了分流，对高浓度蒸馏浓缩液进行单独焚烧处理，从而降低了混合废水的污染物含量，降低生物处理系统负荷，确保了系统出水水质稳定达标排放。
1 工程概况
该公司的高浓度有机污染废水主要来自氧乐果生产氯乙脂精馏工序洗釜水以及百草枯生产废水，废水水量约24 m3／d，其中氧乐果废水量约14 m3／d，百草枯废水量约10 mVd，废水主要水质指标见表1。
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该公司废水处理系统以活性污泥法为主体工艺，因为氧乐果生产废水的COD和氨氮含量很高，对生物处理系统影响很大，2002年未分离氧乐果废水之前，废水处理系统出水年均COD和NH3-N 分别达到1 245 mg／L和142 mg／L。废水处理厂在 2004年进行了改扩建，增加了絮凝沉淀工艺，CODc，和NHs—N降低了很多。氧乐果为季节性生产，这部分废水的加入对改建后的系统影响仍然很大，出水水质不稳定，COD在200 500 mg／L，NH3-N 在55～65 mg／L，仍不能达到《污水排人城市下水道水质标准》(CJ 3082--1999)要求。在百草枯生产线投产之后，由于百草枯废水的CODc。和NH。一N很高，尤其是NH3-N高达30 000 mg／L，无法采用常规的废水处理工艺进行处理，所以对氧乐果和百草枯生产废水进行了分流，单独焚烧处理，从而降低了原混合废水的污染物含量及生物处理系统负荷。废水处理系统现在达到了稳定运行，出水CODc，和 NH3一N分别在300 mg／L和35 mg／L以下，达到 CJ 3082--1999的要求。
2焚烧处理技术原则及工艺条件
2．1焚烧处理技术原则
焚烧法处理废液是将含高浓度有机物的废液在充分供给氧气(空气)、反应系统有良好搅动、系统的操作温度必须足够高的三个主要工况条件下进行氧化分解，使有机物转化为水、二氧化碳、灰烬以及释放热能，达到无害排放目的。化工厂的高浓度有机废液常采用这种方法进行处理。通常，热值为 10 500 kJ／kg以上的废液，在有辅助燃料引燃时便能够自燃，热值较低的废水由于可燃物比例小，不足以维持焚烧温度，所以往往先浓缩(如用蒸发和蒸馏法)再焚烧或依靠辅助燃料进行焚烧。
流化床焚烧炉(见图1)的工作原理：废水随二次风进人流化床密相区床层，密相区床层中有大量的惰性床料(如煤及煤渣等)，其热容量很大，能够满足有机废液的蒸发、热解、燃烧所需大量热量的要求。由布风装置送到密相区的空气使床层处于良好的流化状态。床层内传热工况十分优越，床内温度均匀稳定，维持在840～980℃，有利于有机物的分解和燃尽。焚烧后产生的烟气夹带着少量固体颗粒及未燃尽的有机物进入流化床稀相区，由二次风送入的高速空气流在炉膛中心强烈扰动，混合充分，未燃尽成分可在旋风分离器继续进行燃烧。
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与常规焚烧炉相比，流化床焚烧炉焚烧废水具有以下优点：
(1)焚烧效率高。流化床焚烧炉由于燃烧稳定，炉内温度场均匀，加之采用二次风增加炉内的扰动，炉内的气体与固体混合强烈，废水在炉膛停留时间≥3 S，可以充分氧化(参照某焚烧炉数据)，废水的蒸发和燃烧瞬问就可以在炉膛内部完成。未完全燃烧的可燃成分在旋风分离器内继续燃烧，使得燃烧非常充分。
(2)对各类废液适应性强。由于流化床层中有大量的高温隋性床料，床层的热容量大，能提供低热值、高水分的废液蒸发、热解和燃烧所需的大量热量，所以流化床焚烧炉适合焚烧各种水分含量和热值的废液。
(3)环保性能好。流化床焚烧可以使废水中的主要有害有机化合物的破坏率达99．999％；流化床焚烧炉采用低温燃烧和分级燃烧，所以焚烧过程中NOx的生成量很小，其体积分数通常小于0.0001；在床料中加入合适的添加剂可以消除和降低有害焚烧产物的排放，如在床料中加入石灰石可中和焚烧过程产生的SO2、 HCl，HCl去除率达99％以上，达到环保要求。
(4)重金属排放量低。重金属属于有毒物质，升高焚烧温度将导致烟气中粉尘的金属含量大大增加，这是因为金属挥发后转移到粒径<10μm的颗粒上，某些焚烧实例表明，铅、镉在粉尘中的含量随焚烧温度呈指数增加。由于流化床焚烧炉焚烧温度低于常规焚烧炉，因此重金属排放量较少。
(5)系统简单、投资少，运行可靠率高。利用周边电厂现有设备，稍加改造即可投入使用；因电厂锅炉全年运行，废水处理设施可全年运行。
流化床焚烧炉的缺点是，当焚烧含有高浓度碱金属盐类的废液时，在床层内容易形成低熔点的共晶体(熔点在635～815℃)，如果熔化盐在床内积累，将导致流化失败。解决这个问题的办法是向床内添加合适的添加剂，他们能够将碱金属盐类包裹起来，形成像耐火材料一样的熔点在1 065～ 1 290℃的高熔点物质，从而解决了低熔点盐类的结焦问题。对于具体情况，需进行深入研究。
2．2工艺条件
目前，该公司有燃煤锅炉130 t／h循环流化床锅炉3台，炉膛温度840～980℃；炉膛内介质流速 ≤7 m／s；炉膛内净高28 m；燃煤量16～20 t／h；流化床焚烧炉内衬耐火材料，下部由布风板构成燃烧室。燃烧室分为两个区域，即上部的稀相区(悬浮段)和下部的密相区。
2．3实施方案说明
综合以上情况分析，拟采用废水随二次风进入的方案，即安装废水储罐(50 m3)，废水经过滤后由多级离心泵加压进入废水总管输送至锅炉，在锅炉左右侧二次风管各配置两支雾化器(0．3～0．5 t／h)，废水雾化后随二次风进入炉膛燃烧。
废水在燃烧前调pH为7～9，储罐及管道采用普碳钢材料，储罐及管道需保温，必要时加伴热。储罐全密闭，安装呼吸阀，以防止异味溢出。由于废水中氯离子及有机物含量高，高压软管采用衬氟软管。雾化器安装于二次风管内靠近内墙位置，保证雾化效果并不被磨损和烧毁。雾化器停用或检修时可方便地退至炉外。烟道设置取样孔，监测污物是否完全氧化。
2．4主要设备
(1)多级离心泵。2台，1用l备，扬程2 MPa，流量2 m3／h，控制箱选用室外型，有总电源开关；由于流量需调节的范围大，为保证雾化效果，变频控制系统恒压；每台泵控制有自动、手动、检修、备用切换；备用泵在备用状态时，系统压力低可自动切换备用泵，并报警；现场人工启动，低液位自动停泵；控制箱装电流电压表，显示每台泵的状态；可手动切换 1、2号泵；泵前过滤器不小于100目，并易于清理。
(2)机械雾化喷嘴。机械雾化喷嘴也叫做离心式喷嘴，它的喷口前有一个旋流室，液体从旋流室的外圆沿切向进入，从旋流室的中心喷口喷出。液体的高压在喷出口处转变成液体的流速，其中大部分速度分量是沿周向的旋转速度，少部分沿轴向的喷出速度。由于离心力的作用，喷出后的液体形成一个喇叭状的扩张锥型膜。随着液体离喷口越来越远，扩张锥底的半径越来越大，膜也越来越薄，再加上与助燃空气的相互冲击，膜最终撕裂破碎，雾化成细小的液滴。
3 系统运行应考虑的问题及对策
(1)由于焚烧水量1．2～2 m3／h，加热、燃烧、汽化并加热至140℃随烟气排出，将对锅炉效率产生一定影响。计算锅炉效率应将燃烧1 m3废水耗煤 95 kg考虑在内，便于准确监控锅炉运行情况。
(2)由于焚烧水量相当于煤湿度增加3．6％～ 6％，水分增加将降低燃烧室温度，影响燃料着火。为减小对燃烧的影响，应将焚烧的废水尽量多点喷人、雾状喷人，避免废水直接喷溅到一点，而且投用和退出时，要注意对床温的影响，及时进行调整。
(3)废水为常温喷雾进入炉膛，如果出现对炉膛内介质扰动影响燃烧时，可在管道上增加加热器，以提高废水进入炉膛的温度，减轻扰动。
(4)烟气中蒸汽量增加，且考虑到烟气中会增加一定量的HCl、SO2，对空气预热器、烟道和静电除尘器等设备的有一定的腐蚀影响，应适当提高空气加热温度和排烟温度，以防结露腐蚀空气预热器和静电除尘器。冬天应及时投用暖风器，提高空气预热器冷端受热面壁温，保持空气温度不低于30℃，对排烟温度控制应较设计值高1～2℃，控制在125～130℃。
(5)烟气中NOx、SO2、HCl增加，通过在床料中加入合适的添加剂(石灰石)，可消除或降低有害焚烧产物的排放。
通过近一年的运行实践，对农药厂高浓度有机污染废水全部进行了焚烧处理，该系统运行稳定。对锅炉的燃烧和稳定运行未造成影响；通过检修时的观察，也未见对空气预热器、烟道和静电除尘器等设备的腐蚀影响；对比焚烧废水前后的烟气成分 (见表2)，未见有明显变化，对烟气达标排放不造成影响。循环流化床焚烧法成本低、易操作，证明具有较强的实践可操作性。
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4技术经济分析
焚烧法处理农药生产废水会造成锅炉热效率降低，经计算煤耗增加为95 kg／m3，按目前市场价折算约为48元／m3。
5结论
(1)本工程对农药生产废水分流处理。其中高浓度的蒸馏浓缩液采用循环流化床焚烧炉焚烧，大大降低了系统负荷，确保废水处理系统的稳定运行。
(2)工程实践证明，循环流化床焚烧炉在高浓度农药废水焚烧处理中具有明显的优越性和可操作性，环境、经济效益显著。
参考文献
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