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陶瓷行业对环境污染的治理方法

时间:2015-05-30 关键字: 作者:王银川来源:陶卫网浏览次数:674

最近几十年来,由于工业企业的迅猛发展,国内人为的环境污染加剧,大气、水、土地资源等都受到不同程度的污染。在大气污染方面,雾霾的危害巨大;在水污染方面,来自工业、农业和生活三大部分的污染源令水质不断恶化;此外,在固体废物对环境的污染方面,不仅来自于生活垃圾、一般工业固体废物和危险废物三种,还来自于农业固体废物、建筑废料及弃土。其中,与陶瓷行业息息相关的便是一般工业固体废物,主要包括粉煤灰、冶炼废渣、炉渣、尾矿、工业水处理污泥、煤矸石及工业粉尘。

陶瓷行业对环境污染的治理

1、颗粒物

(1)、颗粒物污染产生的环节

陶瓷工业不仅在原料、辅料以及煤炭的运输过程中,而且在粉碎、筛分、配料、成型、干燥、修坯以及烧制等整个生产过程中,都会产生颗粒物污染。其中,生产过程中产生的粉尘是颗粒物的主要来源。陶瓷生产过程中产生的颗粒物,一般分为两种,一种为粉尘状污染物,产生于原料称配入磨、原料加工、泥坯料制备、釉料制备、压制成形和施釉等工段;另一种为含颗粒的气体,则产生于干燥和烧成工段。根据陶瓷企业的工艺特点及粉尘产生的状况,一般采用脉冲袋式除尘器和滤筒除尘器对颗粒物进行去除。

烟气污染物不达标的原因分析及应对措施

(2)、颗粒物处理工艺技术

采用脉冲袋式除尘器或湿法除尘器是陶瓷企业普遍采用的除尘工艺,相比湿法除尘而言,脉冲袋式除尘器效率较高且稳定。建筑陶瓷的喷雾塔采用的是脉冲袋式除尘器,滤袋的品质很重要,直接影响除尘效果,采用PTFE覆膜滤袋处理后的烟尘排放浓度小于10 mg/m3,窑炉除尘以前大多是利用湿法除氟去除窑炉烟气的烟尘,一些采用干法除氟的企业在窑炉上也使用脉冲袋式除尘器。

喷雾塔烟气温度一般在80-115℃,当炉况发生变化时温度可达150℃至更高,此时会发生烧袋现象;当烟气含湿量大于35%,露点温度70℃,除尘器会结露和糊袋。为了防止除尘器结露和糊袋以及由于温度过高等而发生的恶性事故,除尘器的进风管道,本体及灰斗都采取了保温措施,以防止除尘器结露;在除尘器的进风口处也安装有温度检测与自动报警装置,并在除尘器进风口设计了烟气冷却装置,废气一旦超过除尘器的使用温度范围,则发出警报,自动采取温控措施,以确保除尘器安全运行。

除尘工艺流程图:


(压机扬尘、打磨扬尘处理流程图)


(喷雾塔烟气粉尘处理工艺流程图)

2、二氧化硫

陶瓷生产废气中SO2主要来源于燃料及陶瓷原料中的硫。高温时,原料中一部分硫形成SOX释放到窑炉烟气中。当陶瓷原料中含有CaCO3时,CaCO3与SOX反应可减少硫的排放,反应产物留在陶瓷坯体中。

SO2污染治理已有多种成熟技术,主要包括:①湿法抛弃法:石灰石/石灰法、双碱法、加镁的石灰石/石灰法、碳酸钠法、海水法等。②湿法回收法:氧化镁法、钠碱法、柠檬酸盐法、氨法、碱式硫酸铝法。③干法抛弃法:主要有喷雾干燥法。④干法回收法:主要有活性碳吸附法。通常湿法脱硫工艺的效率可达95%以上,而干法和半干法工艺的效率通常在60-85%之间。

湿法脱硫工艺

从喷雾塔排出的烟气经过除尘器,去除烟气中的颗粒物后经引风机引入高效脱硫吸收塔进口烟道,与布置在进口烟道的喷淋装置形成的水幕进行传质换热,烟气在这里初步降温、脱硫后的烟气向下切向进入脱硫吸收塔。

烟气螺旋上升进入布置在塔体中的气动旋流装置,与装置上保持的一定液面首先进行接触洗涤,同时托盘上的液体与经过各个区域布置的旋流板的高速旋动气流的充分搅拌旋切作用下,与从塔内上部喷淋布水装置大面积喷淋出来的吸收液形成一个充分雾化区,在雾化区烟气与液体充分混合接触,由于旋流装置的合理设计,烟气在塔内产生气动旋流,强劲的上旋力与冲击力对吸收液激烈搅动,获得最佳的搅拌及雾化效果,单位体积的洗涤液表面积增加上千倍,雾化的洗涤液与二氧化硫充分搅拌,达到最理想的接触面积与方式,吸收溶解及充分反应。

在脱除SO2的过程中,同步对除尘器未除尽的粉尘在碰撞、拦截、凝聚、粘附的机理中进一步脱除。

经过净化后的烟气继续在塔体里上升,最终进入塔内设置的脱水装置——专业脱硫除雾器进行气液分离后,从而使经过脱水除雾后的烟气中的含水量小。脱水除雾后的净烟气最终进入水平烟道、烟囱迅速抬升排放。

(喷雾塔烟气除尘脱硫工艺流程图)


3、氮氧化物

(1)、氮氧化物的产生的机理

A、热力型NOx:燃烧时,空气中的氮气在高温下氧化产生,随着反应温度的升高,其反应速率按指数规律增加。

B、快速型NOx:由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的 CH 自由基可以和空气中氮气反应生成 HCN 和 N ,再进一步与氧气作用以极快的速度生成,在反应区附近会快速生成 NOx 。

C、燃料型NOx:由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。在生成燃料型 NOx 过程中,首先是含有氮的有机化合物热裂解产生 N、CN、HCN等中间产物基团,然后再氧化成 NOx 。

对于现代建筑卫生陶瓷工业来说,NOx几乎都属于热力型。热力NOx主要在燃料燃烧过程中生成,温度低于1400℃时生成速度较慢,之后,随温度提高呈指数规律增加。根据配方的不同,建筑卫生陶瓷的完全瓷化温度在1160-1260℃间,提供的高温火焰温度应该在1400℃左右,所以,控制坯体烧成温度是业内减低氮氧化物的主要手段。近年来颇有成效的低温快烧配方技术取得一定效果,但在建筑卫生陶瓷工业中,还没有实施专门的脱硝处理工艺。

NOx主要在燃料燃烧过程中产生,其中氮少量来自燃料,大部分是空气中的氮在高温时同氧化合生成:NOx的生成速度与燃烧过程中的最高温度及氧氮的浓度有关,NOx生成的浓度与气体在高温区停留的时间密切相关,停留的时间越长,烟气中NOx的浓度越大,故在工艺中调整坯釉料配方,充分利用优质原料或工业废渣,以及提高坯料细度等措施,以降低陶瓷的烧成温度。如在高岭石—蒙脱石质粘土中引入Li20时,液相出现的温度由1170℃降至800℃,引入Na2O时降至815℃,引入K2O时降至925℃;又如添加1%的菱镁矿和0.5%氧化锌可使硬质瓷烧成温度从1390℃降至1300℃等,这方面的例子很多。据报道,当其他条件相同时,烧成温度每降低100℃,单位燃耗下降13%左右,而烧成时间每缩短10%,产量可增加10%。单位制品热耗可降低4%。

故优化配方,缩短烧成时间,不但可以节约燃料,减少废气的排放量,提高窑炉热效率,提高产量、质量,而且烧成温度的降低,可大大减弱氮氧化物的生成条件,缩短烧成时间可抑制其生成过程。

(2)、氮氧化物的主要处理方法

液体吸收法

此法是利用氮氧化物通过液体介质时被溶解吸收的原理,除去NOx废气。此方法设备简单、费用低、效果好,故被化工行业广泛采用,现在主要的方法有:

A、碱液吸收法:比较各种碱液的吸收效果,以NaOH作为吸收液效果最好,但考虑到价格、来源、操作难易以及吸收效率等因素,工业上应用最多的吸收液是Na2CO3。

B、仲辛醇吸收法:此法采用蓖麻油裂解的副产物—-仲辛醇作为吸收液处理NOx尾气。仲辛醇不但能有效地吸收NOx,且自身被氧化成一系列的中间产物,该系列中间产物可以氧化得到重要的化工原料己酸。吸收过程中,NOx有一小部分被还原成NH3,大部分被还原成N2。

C、磷酸三丁酯(TBP)吸收法:此法先将NOx中NO全部转化为NO2后在喷淋吸收塔内进行逆流吸收,以TBP为吸收剂,在吸收NOx 后形成配合物TBP·NOx,其吸收率高达98%以上,配合物TBP·NOx与芳香醇(α–醇酸醋)反应能回收得到TBP,回收率高达99.2%,且 NOx几乎全部被还原成氮气,不会产生二次污染。

D、尿素溶液吸收法:应用尿素作为氮氧化物的吸收剂,此法运行费用低,吸收效果好,不产生二次污染。然而,只用尿素溶液吸收,尾气中氮氧化物浓度仍高达0.06%-0.08%。为进一步提高净化效率,用弱酸性尿素水溶液吸收,通常可以加硫酸、硝酸、盐酸或者醋酸。吸收液的温度控制在30℃-90℃, pH 值在1-3之间,吸收后尾气中NOx的去除率高达 99.95%。

4、生产废水循环利用

陶瓷厂的废水有两个共性,一是污水量大,二是污水中含泥量大。从目前废水设施运转情况来看,目前实现了回用这个基本要求,但也能从许多方面加以改进。

(1)、加药方式

目前都是在进水渠中投加药剂,药剂投加量靠以往的经验来控制,污水紊流而使药剂与水接触反应,这样的弊端在于,污水和药剂难以充分的接触,导致药剂没有完全利用,增加用药量和产泥量,增加用药成本和人力成本。在污水渠中安装流量计,采用药泵加药,用流量计通过模拟信号控制加药泵,避免水量波动导致的过渡用药。同时在加药点后,采用折流混合器,使得药剂和污水充分接触,提高药剂的使用效率。

(2)、加药点的选择

加药点的选择也有待改善,我们的污水渠,通常都是多股污水混合,有些污水,药剂需求量少,如抛光废水,而有些污水,药剂需求量大,如原料废水,不同的废水,宜在未混合前分别加药,提高加药精度。同时加药点不宜离沉淀池太远,避免在水渠中沉淀造成水流不畅。

(3)、药剂选择以及现场人员管理

污水处理投加的药剂主要是PAC、PAM以及硫酸铝,工人加药,基本是配药完后,一边加自来水一边出药,这样药池的药不断的被稀释,药剂浓度难以保证。采用液态的PAC,用大型储药罐存储药剂,减少人为因素带来的影响且可降低工人劳动强度。

通过全面的改造提升,不仅能回用水质更好,还能节约成本、降低工人劳动强度,一举多得。

5、酚水的产生及处理

(1)、煤气发生炉酚水的产生

酚水主要是由煤气发生炉燃烧原煤产生。煤气站的含酚污水由酚类、氰化物、焦油、悬浮物等有害物质组成。其中酚类以一元酚为主,以苯酚含量最高,其次还有间对甲苯酚,含酚水主要来源于煤气净化过程中的间接冷却器的冷凝水和水封水,其中含酚冷凝水的生成量取决于气化煤质及所采用的工艺。

(2)、酚水的危害

高浓度的酚影响农作物生长发育,使其植株变矮,根系发黑,叶片狭小,叶色灰暗,阻碍植物对水分养分的吸收和光合作用的进行,产量大大降低,严重时庄稼干枯颗粒无收。高浓度的酚在植物体内积累,产品食味恶化,带酚味,品质下降,特别是蔬菜作物影响更大。酚类化合物是一种原型质毒物,所有生物活性体均能产生毒性,可通过与皮肤、粘膜的接触不经肝脏解毒直接进入血液循环,致使细胞破坏并失去活力,也可通过口腔侵入人体,造成细胞损伤.高浓度的酚液能使蛋白质凝固,并能继续向体内渗透,引起深部组织损伤,坏死乃至全身中毒,即使是低浓度的酚液也可使蛋白质变性.人如果长期饮用被酚污染的水能引起慢性中毒,出现贫血、头昏、记忆力衰退以及各种神经系统的疾病,严重的会引起死亡.酚口服致死量为530mg/kg(体重)左右,而且甲基酚和硝基酚对人体的毒性更大。

(3)、煤气发生炉含酚水处理几种常规方法

A、蒸汽化学脱酚法

用强烈的高温蒸汽加热含酚污水,使污水中的酚蒸发后随蒸汽逸出,然后再通入碱液吸收成为酚钠盐,从而达到脱酚的目的。该法操作简单,投资也较少,但蒸汽耗量较大,且脱酚效率不够理想,一般达不到彻底治理之目的。

B、蒸汽脱酚法

将含酚污水加热,使酚随水蒸汽挥发出来,再将这部分含酚蒸汽通入发生炉炉底混入空气中作为气化剂使用,在炉内酚在高温下燃烧分解成CO2和H2O最终达到脱酚的目的。其缺点在于此法只能脱除低沸点酚系物,且能耗较大,每蒸发1吨污水约需燃料折合标煤180公斤左右。

C、焚烧法

将含酚污水喷入焚烧炉,使酚类有机物在1100℃左右的高温下,发生氧化反应,最终生成CO2和H2O排放,此法工艺简单,操作方便,但能耗较大,每焚烧1吨含酚废水其成本约在1200-1500元左右。利用焚烧法处理含酚污水另一个缺点在于一旦操作不慎,炉温下降,往往会造成燃烧不完全,易形成二次污染。

D、溶剂萃取脱酚法

该法的主工艺分萃取和解吸两部分,萃取过程是一个物质再分配过程,利用萃取剂将酚从污水中萃取出来;含酚萃取剂再与碱液相互接触,萃取剂中的酚与碱发生反应生成酚钠盐,该过程是一个解吸过程。利用该种脱酚方法处理后的出水尚含100-200mg/l的酚,不能直接排放,而且萃取剂的流失会造成污水乳化,并形成二次污染。另外该方法须采用高效率的萃取剂及碱,运行成本较高。

E、树脂脱酚法

该法主要工艺过程包括吸附和解吸,用树脂吸附废水中的酚,然后用碱液进行解吸,生成酚钠,此法工艺过程较为复杂,且影响脱酚效率的因素较多,运行成本相对较高。

F、磺化煤吸附法

该法以磺化煤极性基团吸附酚,然后以碱液吸收而成酚钠盐脱酚,磺化煤吸附是间歇进行的,完成一次循环包括吸附和再生两个环节。该法的主要缺点在于磺化煤的吸酚量过低,吸附周期太短,解析、再生也比较困难。

G、生化法树脂脱酚法

对含酚污水进行生化处理是培养微生物,并利用微生物将污水中的酚类有机物消化吸收分解成H2O和CO2的过程。该方法根据微生物的承载方式及供氧方式的不同又可分为曝气法、接触氧化法、生物转盘法及生物滤池法等。生化法对进入生化池的污水水质要求较为严格,污水中焦油及酚等有机物浓度不可超过微生物所能承受的浓度,否则,需要将污水稀释后才能进入生化池,这样便限制了处理水量。同时微生物驯化比较困难,进水浓度超标、环境温度不适宜,都很容易限制微生物的生存。

(4)、煤气站酚水处理装置及工作原理


水封循环槽7中的含酚污水过多时会从溢流管10溢出而进入到酚水箱1中。然后往蒸汽加热管2中通入蒸汽对酚水箱1中的含酚污水进行加热,加热至合适温度如90℃时,打开引流 阀111并启动循环泵3,将含酚污水从酚水箱1中引出,通过酚水引出管14、缓存罐6及引流管11后,含污酚水被加压引入酚水雾化器4,最后经雾化后喷出。与此同时,打开进气阀81和排气阀91,从进气管8中引入空气,上升的空气与向下雾化的酚水进行逆向热交换,经热交换后的空气能达到煤气发生炉对气化剂所需的饱和要求和温度要求,即:经热交换后的空气可以作为煤气发生炉的气化剂,雾化后的酚水中的酚等有害物质被空气携带着一起通过饱和排气管9排出,并被送入煤气发生炉底部,在煤气发生炉中的火层1100-1200℃的高温下,将酚等有害物质在高温环境下燃烧生成无害的水和二氧化碳。在工作过程中,雾化量的大小可通过循环泵3进行调节。

工作一段时间后,当需要检修或清理蒸汽加热管2时,由于盖板15设置成 可拆卸式结构,因此可将盖板15及蒸汽加热管2一起从酚水箱1中吊出进行检 修或清理;另外,本装置的饱和混合塔5内无需充装任何填料,避免了由于填 料堵塞造成停机的事故。

总之,本实用新型设备不仅提高了处理量,而且员工也不会因清洗、更换饱和混合塔内的填料等原因而增加工作量以及与酚水进行直接接触,提高了工作效率,消除了给人身带来的安全隐患,杜绝了由于堵塞、清理、疏通而造成的环境污染现象。

6、固体废弃物的处理

(1)、分类:将可用与不可用的固体垃圾分类存放,废砖、废粉、废泥分为一类,将完全不可用的垃圾分为一类。

(2)、再加工

 A、加工工序造成的抛光、磨边泥,原料浆料、粉料输送遗漏的废料经过水处理,加药沉淀,在进行压榨后配入坯体配方,或者改用水泥、环保砖的原料配方,即良好的处理了垃圾,又可有效的节约原料成本;

 B、废砖坯、废砖渣,经过破碎后再加入坯体配方中使用。

(3)、不可用的垃圾物,统一集中按当地政府部门的要求进行统一处理。

总结语

“社会生活你我他,环境保护靠大家”。奋战在陶瓷行业的同仁们,你们开办企业、技术创新本身就是造福社会、造福人类的莫大功德。若在我们为社会创造物质财富、精神财富的同时,将环境保护理念时刻渗透到我们工作地每时每刻,渗透到投资办厂、生产实践的每一个细小环节中都时刻谨慎的保护着我们的家园,保护着我们的生存环境,那么,何愁天不蓝、水不碧?

作者系陶瓷生产技术职业经理人)

(责任编辑/彭谱英)

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