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以系统工程破解废硫酸治理与资源化利用难题
2019年12期 发行日期:2019-06-17
作者:南京大学江宁环保技术创新研究院 李 杰 王 赟 刘福强 南京环保产业创新中心 王德兴 王在军 王风贺

    硫酸是一种重要的无机化工产品,广泛应用于工业生产,可用作清洗剂、原料、催化剂等。当硫酸中杂质达到一定浓度时,不能再直接用于生产工艺中,便成为了工业废硫酸。废硫酸是一种具有腐蚀性的工业危废,但同时也是一种潜在的资源。中国是世界工业硫酸生产使用大国,随着国内硫资源紧缺以及环保要求的日益严格,工业废硫酸的治理和资源化成为必然选择。

工业废硫酸主要特征
    
    工业废硫酸具有以下特征:
    一是来源广,浓度成分各异。
    硫酸应用领域众多,如钛白粉、染料、石油加工、钢铁酸洗等行业都会产生大量废硫酸,涵盖高、中、低浓度,且往往含有不同浓度、种类的无机盐,难降解有机物和重金属等,成分复杂、有害杂质含量高,直接生产下游产品会造成二次污染。
    二是利用难度大,限制多。
    废硫酸,尤其是中低浓度、含重金属废硫酸,可直接利用量少,部分利用处置技术仅适于大规模化应用,如裂解制酸、水泥窑协同处置等,废硫酸产量相对较小的企业无法应用;部分利用处置技术,如真空浓缩器、扩散渗析膜等高投资、高能耗,建设、运维、处置成本高。

工业废硫酸资源化思路
    
    经调研分析,目前我国工业废硫酸的治理和资源化技术应用已有不少成功案例,如表1所示。
    由表1可见,由于废硫酸中酸浓度以及杂质成分不同,废硫酸治理与资源化需要采取不同思路。可分类总结为以下几个方面:
    1.低浓度废酸(废硫酸浓度6%~30%)
    废酸中酸浓度小于30%,可以采用萃取法、膜分离法、氧化法、酸性聚合法、结晶法等,同时可以生产水处理剂(氯化铝、硫酸盐等)。这种废硫酸通过与铁屑反应后加热蒸发得到浓缩液,并用硝酸银、硫化钠、氢氧化钠去除掉氯、铜、铅、砷等杂质,除杂浓缩后即可停止加热,过滤后自然结晶,即可获得硫酸亚铁产品。
    2.中浓度废酸(废硫酸浓度30%~60%)
    针对中等浓度的废酸,一般可采用蒸发浓缩法,例如高温/低温浓缩法、MVR(蒸汽机械再压缩法)、真空浓缩法等。钛白废硫酸、钢铁酸洗废硫酸、含氯废硫酸、含氟废硫酸等无机废硫酸,以及芳烃硝化废硫酸、染料废硫酸、磺化废硫酸、含氯废硫酸、含醛废硫酸等有机废硫酸均可采用蒸发浓缩法处理。
    3.高浓度废酸(废硫酸浓度≥60%)
    高浓度废硫酸可以采用高温裂解和掺烧制酸的方式处理。废硫酸高温裂解是解决废硫酸难直接利用、成分复杂、处理难度大等问题行之有效的方法,可以彻底解决废硫酸污染的问题,实现硫酸的再生循环利用。而废硫酸掺烧法工艺成熟、可靠,是相对较清洁的废硫酸处理方法,处理量大,并可处理废硫酸铵。该法可直接生产硫酸含量达98%的硫酸或发烟硫酸。但对于规模较小的废硫酸产生企业,建设和运营小的硫酸制酸装置,运行成本高、操作风险大。
    综上所述,中、高浓度的废酸(废硫酸浓度>30%)易于再生利用,尤其是组份简单的废酸,可采用简单分离、脱色、除盐预处理后再生利用,但稀废酸(废硫酸浓度<6%)因浓缩能耗高、再生利用难,往往作为废水或废液进行综合处理,造成大量资源浪费以及产生废盐的难题。

工业废硫酸治理与资源化策略
    
    工业废硫酸在资源化过程中存在诸多问题,主要包括:一是管控力度不够,易造成二次污染,在实际应用中,工业废硫酸产生企业更多基于投资成本和运营成本来选择处置方法和渠道,对此过程中防控二次污染物的重视程度严重不足;二是区域管理不均衡、转移难度高,我国各地区的资源、能源价格及废硫酸种类、总量以及处理方法、能力等存在明显的差异,导致危废硫酸处置收费标准差距较大,高处置收费区域的废硫酸有向低处置收费区域转移的客观需求;三是缺乏规范性,难以监管。
    根据技术分析并结合实际应用,所有废硫酸处置利用技术均存在一定局限性。针对废硫酸在资源化过程中的问题,需加强推进以下技术管理相关策略:
    一是完善法规标准,加强环境监管执法。
    完善工业废硫酸利用处置相关法规制度,制定发布相关技术规范或管理指南,对工业废硫酸资源化利用和处置过程进行规范和引导,避免产生“二次污染”。联合环保、公安、税收、质检等部门进行执法检查,进行污染控制全方位、立体式、全过程管控。
    二是开展污染普查,摸清工业废硫酸产生底数。
    加强监管源头控制,调查相关企业废硫酸的酸量、酸浓度、杂质及处理情况,明确废硫酸的去向,并制定工业废硫酸环境监管指南,从源头上控制工业废硫酸的排放和处理。
    三是淘汰落后工艺,规范利用处置途径。
    按照产业结构指导目录,淘汰落后工艺和可能产生重大二次污染的废硫酸利用方案。
    四是开展试点示范,设立区域处置中心。
    在工业废硫酸量较大的化工园区引导建立工业废硫酸专业化处置中心,不仅可以减少分散利用处置的环境风险,而且可以利用投资及处理量的优势,实现最佳处置方案及最低利用成本,体现规模、集约效益。
    五是针对处置单位,定期开展运行评估。
    为防止生产企业变相不合法处理工业废硫酸,合法处置企业不能有效处置工业废硫酸情况的发生,需开展周期性、长效性评估。
    六是整合科创资源,发展产学研用平台。
    对工业废硫酸资源化利用给予一定的补贴政策。政府及相关部门应尽快建立工业废硫酸资源化利用的国家级示范项目,对示范企业给予资金专项支持和贷款扶持。
    随着我国“无废城市”的试点建设,以及相关环保要求越来越严格,工业废硫酸将成为多个典型行业转型升级、绿色发展的“瓶颈”。现有工业废硫酸治理与资源化技术仍存在投资能耗高、处理不彻底、资源化效益不高、环境二次污染严重等问题。可见,工业废硫酸治理与资源化利用是系统工程,需与循环经济发展、生态产业链构建相结合。另外,完善工业废硫酸治理与资源化相关标准,严格监管行业企业工业废酸产生、处置流程,同时加强石化、化工、磷肥、硫酸等上下游企业联合、协作与产业互补,是破解我国废硫酸资源化利用难题的重要途径。


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