YASA ET 亚沙环境丨蒸发浓缩技术对危废源头减量的应用研究

来源: | 作者:YASA ET | 亚沙环境 | 发布时间: 2022-07-19 | 899 次浏览 | 分享到:
随着新固废法的实施及环境监管的日趋严格,企业危废处置成本居高不下。推动蒸发浓缩技术在危废液体减量方面的应用,对降低企业成本、实现危废减量、提高污水资源化利用率,具有重要的意义。希望本文内容对您有所帮助。

蒸发浓缩技术对危废源头减量的应用研究




根据全国生态环境统计公报,我国2019年的危废产生量已经达到8126万吨,是美国2017年的危废产生量的2.3倍。修订后的固废法确立了“减量化、资源化、无害化”的固体废物污染环境防治基本原则,同时危废处置给企业造成了“管理之困”和“经济之困”, 在我国推进危废源头减量尤为迫切和必要。

2021年1月发改委联合工信部、科技部等十部门联合发布了《关于推进污水资源利用的指导意见》,为污水近零排放和资源化利用提供了政策支持。蒸发结晶技术具有浓缩减量和资源化利用的双重优势,得到越来越广泛的应用。本文结合蒸发浓缩技术在某外资企业危废浓缩减量中的应用情况,提出了一些意见和建议,以供参考。

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背景

危险废弃物处理行业是政策驱动型产业,行业上游为产废企业,中游包括危废的分类、鉴别、收集、运输等,下游是指对危废的处理处置。危废的处理处置过程,是利用物理、化学、生物的方法对废弃物进行处理,进而实现无害化、资源化的过程[1]。我国修订后的固废法确立了“减量化、资源化、无害化”的固体废物污染环境防治基本原则,美国、欧盟及日本等发达国家也都先后经历了减量化和资源化的发展历程。

美国

美国早在 1965 年即颁布了《 固体废物处置法案》(Solid Waste Disposal Act),这是第一部针对固体废物处置方法的法令。1976年颁布了《美国资源保护与回收法案》(RCRA),重新建立了国家的固体废物管理系统,随后美国危废市场进入了快速发展期(1980-1990年),随着危废处置成本的上升,在1990-2002年进入了源头减排和清洁生产的调整期,危废产生量逐渐趋于稳定,随后进入产业成熟期(2002年至今) [2]。

欧盟

欧盟在2008年推出了《废物框架指令》(2008/98/EC),通过框架指令、水平立法、垂直立法三个层次,对危废进行管理。明确规定废物管理应当遵从减量、再使用、再利用、其他利用的优先次序,明确将危废源头减量作为危废处置的先要原则 [3]。

日本

日本上世纪 50 年代到 60 年代,随着经济的快速发展导致了大量的环境污染问题。70 年代初期,污染控制被日益提上政府管理的议程并随即颁布了一系列法律法规。《废弃物处理法》、《废弃物处理法实施令》、《废弃物处理法实施规则》三部法律法规。形成了由上至下的法律框架体系。同时还规定,上年度废弃物产生量大于 1000 吨的企业,必须制定方案进行危废源头减量[3]。

图1.1 EVADEST乳化液蒸发设备

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企业危废管理的困境

2020年4月29日,我国十三届全国人大常委会第十七次会议审议通过修订后的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》,自 2020年9月1日起施行。本次修订后的固废法确立了“减量化、资源化、无害化”的固体废物污染环境防治基本原则,也明确了固体废物管理的优先次序。

根据新《固废法》,对产废企业的责任要求包含了8 个方面,包括:制定危废管理计划并备案;建立危废管理台账;禁止将危废提供或委托给无危废许可证者;按标准要求贮存、处置危废,不得擅自倾倒或堆放;转移危废的要求;运输危废的要求;制定意外事故防范措施和应急预案并备案;承担生态环境污染的相应责任[5]。根据上海市南部某镇工业园区的150家企业的调查资料,通过对包含新能源、物流装备机械、电子、金属制品等产业的113家产废企业的分析,产废单位面临的困难主要包含经济之困与管理之困两方面[6]。

2.1 经济之困

根据上海市生态环境局网站公示的危废资质单位处置价格,废油类、废切削液、废乳化液等常见危废的处置价格约为6200- 7000 元/吨,运输费用约为 1600 元/次。另外,小微企业的危废量对危废处置单位吸引力有限,有时会出现企业需要转移时不能及时前来转运的现象,往往还会增加部分成本。

2.2  管理之困

根据《危险废物贮存污染控制标准》(GB18597-2001)及修改单的相关要求,产废单位需要按照规范设置危废贮存设施并做好日常管理工作。还对危废的贮存装置、危废标志及标签、危废台账及相应管理制度进行了严格要求,细化到危废标志及标签的图案、颜色,台账的设置格式等等。为了规避出错的麻烦,多数企业委托专业第三方进行管理。

同时,本次修订后的固废法还明确了工业固体废物产生者连带责任制度,从立法角度倒逼固体废物产生者采取有效措施治理固体废物污染,实现“谁污染、谁负责”“谁产废、谁治理”,从源头上减少或避免固体废物非法转移、倾倒事件的发生[7],同时也成为了企业危废管理的“达摩克利斯之剑”。

图2.1 乳化液危废浓缩减量的效果

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蒸发浓缩减量技术介绍

目前,废液浓缩减排技术可以分为热浓缩和膜浓缩技术。蒸发浓缩即为常见的热浓缩技术,热浓缩技术的工艺路线及原理可以按照图3.1来表示。

图3.1 蒸发浓缩设备浓缩减量工艺路线图

液体危废进入蒸发浓缩设备后,利用不同物质沸点不同的原理,实现水与污染物的分离。COD去除率可达20-30倍,可以通过蒸发形成高洁净度的蒸馏水,进行达标排放或作为生产用水回用。浓缩后的废液体积仅剩5%-10%,作为剩余危废委外处置。

目前的蒸发浓缩设备按照技术类型及进、出料形态,可以按照以下来划分:

3.1 按照技术类型划分为:

(1)低温热泵型

基于热泵原理,利用卡诺热力循环过程,实现废水在真空环境下蒸发,真空度保持-96KPa,废水沸点保持在37~40℃。可以在低温环境下实现水与污染物的分离,具有较高的COD去除率,可以获得更高品质的蒸馏水,缺点是能耗相对较高,约为170-200 kW·h/吨水。

(2)MVR(机械蒸汽再压缩)型

基于机械蒸汽再压缩技术,通过机械能转化为热能,减少了吨水蒸发所需的电量消耗(约为55-95 kW·h/吨水)。具有更大的处理能力,以及更好的行业适应性的优点。

(3)冷热源型

适用于企业自身具有蒸汽、导热油、热水等废余热的情况下,可以实现废能源的再利用,可以节约设备投资。

随着热利用技术的发展,一些基于太阳能、风能等新能源的蒸发器也在研究之中[8]。

3.2 按照进料及出料形态划分:

(1)浓缩型

设备的进料为液态,出料仍然为液态,体积浓缩比约为70%-90%(取决于污染物含水率及沸点升),如图3.2所示切削液浓缩情况的对比。

图3.2 乳化液原液、浓缩液、蒸馏水对比图

(2)结晶型

设备的进料为液体,出料为结晶盐、污泥或半固态,体积浓缩比可达95%-97%(取决于污染物含水率及沸点升),出料的形态根据污染物的不同,基本物料形态如图3.3所示。

图3.3  结晶污泥、结晶盐、半固态污泥对比图

结晶型设备物料输送设计,多采用物料螺旋输送与气力输送组合的方式,对物料起到移动和流化的作用,以便于物料与换热管充分接触换热并蒸发。采用螺旋推料设计,将结晶干物料推到出仓卸料口,收集清运。

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危废浓缩减量案例分析

某外资制造企业,主要从事发电设备、机电设备及相关零部件的加工制作,危废产生来源主要由洗地废水及废切削液两部分,分别收集后作为危废处置,企业年危废处置成本高达百万元。为降低危废处置成本,采取了蒸发浓缩减量处理方案(装置由亚沙环境科技(上海)有限公司提供)。

现场洗地废水及废切削液取样后,提交第三方试验室(上海源净环境技术有限责任公司)进行检测,洗地废水及切削液水质情况如表4.1所示。

表4.1 洗地废水及切削液废水原液水质情况表

从表4.1可以看出,洗地废水及切削液的主要污染物为悬浮物、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总氮及总磷等。

减量浓缩装置选用亚沙环境科技(上海)有限公司的一体化浓缩减量设备,设备设计图、3D模型及实物设备如图4.1所示。

图4.1  危废浓缩减量设备样图

该危废浓缩减量设备,采用低温热泵蒸发原理,装置运行真空度为-96 kpa,废水蒸发温度为44℃。采取高真空、低沸点运行模式,可以有效去除废水中的COD,获得高品质的蒸馏水。经蒸馏后,蒸馏水水质情况如表4.2所示。

表4.2 洗地水、切削液低温蒸馏后水质情况表

数据来源:第三方试验室检测结果

根据表4.2的结果,经低温蒸馏后,洗地废水、切削液中悬浮物、化学需氧量、五日生化需氧量、石油类、动植物油类均满足《中华人民共和国污水综合排放标准》三级指标要求。氨氮、总氮、总磷仍有超标的情况。

对蒸馏水继续进行深度处理,采用臭氧+催化氧化活性炭法进行处理后,水质情况如表4.3所示。

表4.3 蒸馏水深度处理后水质情况表

根据表4.3结果,蒸馏水经深度处理后,可满足排放及生产回用要求。

蒸发过程及深度处理过程,对污染物的去除效果对比分析如图4.2所示。

图4.2 缩减量设备对污染物的去除效果对比分析

数据来源:根据第三方试验室检测结果整理

根据图4.2所示结果,蒸发过程对于悬浮物、COD、BOD、总磷具有明显的去除效果,对于氨氮、总氮去除效果不明显。在深度处理阶段,对于氨氮及总氮具有良好去除效果。

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投资收益分析

5.1 购买模式

根据本案例应用情况,洗地废水经蒸发浓缩后,可有效减少76.7%的体积。废乳化液经蒸发浓缩,可有效减少92.5%的体积,设备投资回收期为1.3年。投资回收期计算如图5.1所示。

图5.1 危废减量装置投资回收期计算

5.2 租赁模式

如年危废产生量较小(低于10吨/月),可采用集中收集后采用移动设备租赁模式,定期对危废液体进行减量后处置。按照年危废产生量100吨计算,处置单价5500元/吨计算,设备租赁处置单价为1800~2000 元/吨,每年可节约危废处置费用约31.5万元。

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结论

参照美国、欧洲等发达国家危废处置的发展历史,结合我国新固废法的修订以及污水资源化的推进政策,产废企业从源头推动浓缩减量,既可以降低企业自身成本,同时可以带来巨大的经济社会效益。

(1)直接降低企业的危废处置成本。通过蒸发浓缩技术对危险废液的浓缩减量,可以有效减少90%的危废处置费用,为企业节约大量的处置成本。

(2)降低企业的管理风险。新固废法明确了工业固体废物产生者连带责任制度,“谁污染、谁负责”“谁产废、谁治理”。从产废源头减量,可以降低企业的管理风险。

(3)实现资源回用,推动企业可持续发展。通过蒸发浓缩技术,可以回用90%的水资源,同时可实现结晶污泥中的贵重金属及结晶盐的资源化利用,对推动企业可持续发展,构建循环经济,具有重要意义。

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相关视频


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视频  蒸发浓缩对乳化液废水的浓缩效果



本文内容由Yasa ET亚沙环境科技原创,原文发表于资源节约与环保杂质,总第244期,P67-P70。

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Reference:


[1]. 刘琪. 无废城市建设下的危险废弃物新机遇. 市场. P28-30

[2]. 刘琪. 美国危废处理行业发展史分析及于中国危废行业的借鉴. 关注. P21-25

[3]. 胡华龙,罗庆明. 从新固废法反观国际经验. 中国生态文明·双月刊. P46-48

[4]. 于斌,柳祥鹏,黄雯. 危废处置与资源化循环经济模式. 化工管理. 2020,12:P61-62

[5]. 何婷婷,史志鹏. 无废城市建设中的关键问题研究. 河南科技.2019,08:P95

[6]. 谭爽. 浅谈小微企业的危废管理及处置困境. 广东化工. 2020,14:136-137

[7]. 罗庆明,侯 琼,张宏伟等. 工业固体废物产生者连带责任辨析及其使用. 2020,12:P21-22

[8]. Akrami, M., et al. A Zero-Liquid Discharge Model For A Transient Solar-Powered Desalination System For Greenhouse. Water. 2020,12(5): 1440

[9]. Muhammad Yaqub, W.L. Zero-Liquid Discharge (ZLD) Technology For Resource Recovery From Wastewater-A Review. Science of the Total Environment. 2019,(05):43-46

[10] Atkinson, S. Membrane-Based Crystallizer Achieves Zero Liquid Discharge Without Using Evaporation. Membrane Technology. 2021,(07):53-59







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