焚燒法處理DMF廢液的技術研究

王應燦

（福建省固體廢物處置有限公司，福州 350011）

焚燒法處理DMF廢液的技術研究

王應燦

（福建省固體廢物處置有限公司，福州 350011）

在分析DMF廢液處理技術的基礎上，指出焚燒法具有占地面積小、處理速度快、污染物破除徹底等優點，在國內具有較大的發展前景。同時指出該技術在實際工程應用中，還存在一些難點，如加熱技術不成熟、處理成本高、二英的排放不易控制等，亟待解決。

DMF廢液；焚燒法；二英

1 前言

DMF（N, N-Dimethylformamide）的中文名稱是二甲基甲酰胺，分子量為73.09，沸點153℃，凝固點＜60.5℃，比重為0.9445，蒸氣壓在室溫20℃時為2.7mmHg，閃點＜65℃，在空氣中的爆炸范圍為2.2%～15.2%。作為重要的化工原料以及性能優良的溶劑，DMF既是一種用途極廣的化工原料，也是一種用途很廣的優良溶劑。二甲基甲酰胺對多種高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等均為良好的溶劑，可用于聚丙烯腈纖維等合成纖維的濕紡絲、聚氨酯的合成、塑料制膜，也可作去除油漆的脫漆劑，它還能溶解某些低溶解度的顏料，使顏料帶有染料的特點。

由于DMF的這些特點，DMF被廣泛應用于合成革企業，在我國的沿海地區應用尤為廣泛。中國每年僅制革行業排放的含DMF廢液約1億噸[1]。我國職業性接觸毒物危害程度分級確定DMF為Ⅱ級（中度危害），美國確定DMF為人體可致癌物質。中國醫學院衛生學研究所經研究指出國內地表水中DMF最高容許的質量濃度的推薦值為25mg/L[2]，并且DMF廢液排入水中會導致生物化學耗氧量和氮含量增加，使水質迅速惡化，且難以生物降解。

鑒于DMF廢液的上述特點，如果直接排放，將會對環境和人體造成嚴重危害。由于DMF廢液成分復雜，因此治理較為困難，采用一般的廢水治理方法難以滿足凈化處理的經濟和技術要求，DMF廢液處理已經成為環境保護行業亟待解決的技術難題。

2 DMF廢液處理方法

有關DMF廢液的處理技術，國內已經進行了近20年的研究，形成了一些較為成熟的處理工藝。目前，國內處理DMF廢液的處理方法主要有生物法、物化法、化學法等，以上各種方法分別適合處理不同濃度的DMF廢水。

2.1 生物處理技術

生物處理法是利用微生物的代謝作用來分解、轉化水體中的DMF和其它各種有害物質的生物技術。傳統的好氧活性污泥法處理工業廢水是一種既經濟又實用的方法，目前也在某些項目中用于DMF廢液的處理。利用好氧活性污泥法處理DMF廢液的過程中，需要添加磷酸氫二銨、尿素等化學試劑[3]，調節活性污泥的pH值，以加大DMF的去除率。

但是，由于DMF分子的端部都是兩個甲基，憎水作用很強，且微生物對有機物的降解都是從端部開始的，所以利用生物法處理DMF廢液的效率較低，只適用于DMF含量低的廢水。

2.2 物化處理技術

物化處理技術是指廢水中的污染物在處理過程中通過相轉移的變化而達到去除目的的處理技術。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、蒸餾法、超聲波降解法等。在這些方法中，萃取法、吸附法和蒸餾法是相對較為成熟的DMF廢液處理方法，具有效率高、操作簡單、投資較少等特點，常用于回收DMF。

萃取是指將與水互不相溶且密度小于水的特定有機相和被處理水接觸，經物理或化學作用，使原溶解于水中的某種組分由水相轉移至有機相的過程。對于濃度較高的DMF廢液，可用氯仿、二甲苯等作萃取劑對其進行回收[4]。萃取法簡單易行，但是存在著如下缺點：處理后的DMF廢液還需要進一步處理；吸收DMF的萃取劑需要進一步處理，且容易造成二次污染。

吸附法是利用活性炭等比表面積較大的物質將廢水中一種或多種物質進行吸附以凈化廢水的工藝，飽和的吸附介質需要做進一步處理。吸附法處理DMF廢液具有工藝流程短、處理效果好等特點，但是存在著如何將脫附液中的DMF有效分離并綜合利用的難題需要進一步加以解決。

蒸餾法主要有常壓蒸餾、減壓蒸餾、共沸蒸餾、水蒸氣蒸餾等，蒸餾法常用于DMF濃度較高的廢液回收，DMF的回收率可達90%以上[5]。蒸餾法回收DMF的缺點是：裝置復雜，設備成本高，過程控制難度大等。

2.3 化學處理技術

化學處理技術是應用化學原理和化學作用將廢水中的污染物成分轉化為無害物質，使廢水得到凈化的方法。化學處理技術主要包括焚燒法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、催化氧化法等。

焚燒法是在焚燒爐的燃燒室內，通過可控的高溫化學反應過程，破壞各種有害物質的分子結構，把廢液氧化成CO2和H2O等無害物質的技術。利用焚燒法處理DMF廢液具有占地少、處理速度快、污染物破除徹底等優點。雖然焚燒技術的初期投資大、控制復雜、操作水平要求高。但隨著相關技術水平的提高，焚燒法的處理成本將會逐漸降低，焚燒技術具有很廣大的應用前景。

其余幾種化學氧化法的反應速度快、控制簡單，但成本較高，通常難以將難降解的有機物一步氧化為無機物質，因此常常作為生化處理的預處理方法使用。

3 利用焚燒法處理DMF廢液

DMF廢液焚燒處理雖然初期投資大、處理成本高，但是可以將高濃度有機廢液徹底無害化處置。隨著相關技術水平的提高，其在國內有著廣闊的應用前景。

典型的DMF廢液焚燒處理工藝流程如圖1所示。

圖1 DMF廢液焚燒處理工藝流程

3.1 DMF廢液預處理

由于DMF廢液在常溫下處于凝固狀態，所以要經過預處理后才能入爐焚燒。DMF的預處理方式主要包括加熱系統、過濾系統和輸送系統。

（1）加熱系統，將DMF廢液加熱使之具有良好的流動性。對于濃度較低的DMF廢液，可以不設加熱系統；對于濃度較高的DMF系統，需要設置加熱系統，將廢液加熱到90℃～100℃。加熱系統所用的熱源優先選用廢熱，如生產過程產生的蒸氣、熱水等，可節約成本且利于環保。當沒有廢熱可以利用時，可采用電加熱等方式對DMF廢液進行加熱。

（2）過濾系統，將DMF廢液中的顆粒較大的雜質去除，以防廢液堵塞廢液噴槍。過濾系統通常采用籃式過濾器，過濾精度為30～50μm，由于DMF廢液具有腐蝕性，過濾器的材質多選用316L不銹鋼。

（3）輸送系統，將DMF廢液通過加壓后輸送到焚燒爐中。輸送系統主要包括DMF廢液輸送泵、管路閥門系統和廢液噴槍。

3.2 高溫焚燒系統

DMF廢液焚燒系統通常包括廢液焚燒爐和焚燒輔助系統。焚燒爐是有機廢液焚燒的主體核心設備。常用的廢液焚燒爐主要有液體噴射焚燒爐、回轉窯焚燒爐和流化床焚燒爐[6]。

液體噴射焚燒爐和回轉窯焚燒爐均可處理可以用泵輸送的廢液。廢液通過噴槍霧化為細小液滴，通過輔助燃料，在爐內高溫焚燒，實現無害化處置。焚燒產生的灰渣通過位于爐底的出灰機排出。

液體噴射焚燒爐是專用的廢液焚燒爐，可用于焚燒處理各種廢液，具有處理廢液范圍廣、結構簡單、運行維護方便、造價低等優點。

回轉窯焚燒爐可以同時焚燒處理廢液和固體廢物，適用于各固體廢物處置中心作為集中處理各種廢物的設備，回轉窯焚燒系統的示意圖見圖2。其優點是可處理廢物的范圍廣，可以同時處理固體、液體和氣體；缺點是造價相對較高。

圖2 回轉窯焚燒系統

流化床焚燒爐的工作原理是利用爐底分布板吹出的流化風將廢物和床料懸浮成流化狀態，從而進行廢液的焚燒處理。其優點是：焚燒效率高、燃燒較為充分；結構緊湊、占地面積小；采用低溫燃燒和分級燃燒，氮氧化物排出量低。缺點是：不適宜焚燒含雜質較多的DMF廢液，易結焦導致流化失敗；焚燒煙氣中的顆粒物含量較高；設備構造相對復雜，流化工況較難控制。

綜合上述三種焚燒爐的特點，DMF廢液適合利用液體噴射焚燒爐和回轉窯焚燒爐焚燒。當廢液量較大且熱值較低（＜2500kcal/kg）時，應采用液體噴射焚燒爐配合輔助燃料進行處理；當廢液量較大且熱值較高（≥2500kcal/kg）時，應采用液體噴射焚燒爐進行處理，無需輔助燃料；當廢液量較小時，采用液體噴射爐不夠經濟，應采用回轉窯焚燒爐處理，采用回轉窯焚燒處理固體廢物附燒DMF廢液的運行方式，DMF作為輔助燃料，既可進行無害化處置，同時也可將其焚燒的熱量加以利用。

3.3 余熱利用系統

余熱利用系統的作用是將DMF廢液焚燒產生的熱量加以回用，實現節能的目的。常用的余熱利用設備主要包括余熱鍋爐、空氣換熱器等。余熱鍋爐多用在廢液熱值高且處理量大的廢液焚燒系統中。在廢液處理規模較小的廢液焚燒處理系統中多利用空氣換熱器，將空氣預熱后輸送至焚燒爐中，達到余熱利用的目的。余熱利用需要盡量避免二英類物質合成的適宜溫度區間（300℃～500℃）。

3.4 脫酸系統

由于DMF廢液成分復雜，焚燒后的煙氣中含有SO2、NOx、HCl等酸性氣體，必須經過脫酸處理才能排放到大氣中。

煙氣脫酸的方式主要有三種：濕法脫酸、干法脫酸和半干法脫酸。DMF廢液焚燒系統采用何種方式脫酸與廢液的成分有關。當廢液中含N、S、Cl等成分較少時，可以采用干法脫酸；當廢液中含有大量N、S、Cl等成分時，可以采用濕法脫酸；一般情況下，國內廢液焚燒系統多采用半干法脫酸。半干法脫酸是干法脫酸和濕法脫酸相結合的一種煙氣脫酸方法，結合了干法和濕法的優點，構造簡單，投資小，能源消耗少。

3.5 除塵系統

除塵系統的作用是除去DMF廢液焚燒產生的煙氣中的飛灰等顆粒物，降低煙塵排放。常用的煙氣除塵器主要有旋風除塵器、袋式除塵器、靜電除塵器等。在上述除塵器中，袋式除塵器在高濃度有機廢液焚燒系統中的應用率較高，其主要是通過精制的濾袋將煙氣進行過濾，從而去除煙氣中的飛灰，除塵效率能夠達到99%以上。袋式除塵器應考慮濾袋材質的使用溫度、力學性能、耐酸堿腐蝕和耐水解能力、阻燃性等性能特點，袋籠材質應考慮使用溫度、防酸堿腐蝕等性能特點。

3.6 煙氣達標排放

DMF廢液焚燒產生的煙氣需進行在線監測，符合國家標準《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB18484）后方可排放。國內部分省市環保部門規定的煙氣排放標準更加嚴格，有的甚至要求達到歐盟2000煙氣排放標準。

4 焚燒法處理有機廢液面臨的困難

目前，國內外的實踐經驗表明，利用焚燒法處理高濃度有機廢液具有占地面積小、焚燒處理徹底的特點，在國內具有廣闊的應用前景。但目前在國內推廣還有幾個難點需要解決，如：加熱技術不成熟、處理成本高、二英的排放不易控制等問題。

4.1 加熱技術不成熟

DMF的預處理是利用蒸氣加熱或電加熱的方式加熱DMF，使之達到相應的溫度，具備良好的流動性。目前，國內市場上尚沒有較為成熟的DMF加熱技術和設備。另外，加熱過程的溫度控制技術也不成熟，均有待進一步研究。

要解決此問題就要加強技術研究，并通過實驗的方式，將研究成果進行檢驗后在工程上應用。

4.2 處理成本高

利用焚燒法處理DMF廢液成本高的原因主要有：

（1）項目初投資大。相對于其他DMF廢液處理技術，焚燒法處理DMF廢液系統包括焚燒系統和煙氣處理系統，所需要的設備較多，因此初投資較高。

目前，要降低項目的初投資，主要是要進一步提高DMF廢液焚燒技術，降低設備成本。

（2）處理DMF廢液的熱值波動范圍較大，很多DMF廢液在處理時必須添加輔助燃料，造成處理成本較高。一般認為熱值≥2500kcal/kg的廢液，在有輔助燃料引燃的條件下能夠自燃，適宜用焚燒法處理。

要解決好此難點，就需要提前對DMF廢液進行分析，對于熱值≥2500kcal/kg的DMF廢液，可直接入爐焚燒；對于熱值＜2500kcal/kg的DMF廢液，如果量比較小，可以隨固體廢物一起進入回轉窯焚燒，當量較大時，需要利用輔助燃料，成本較高時，宜采用其他的處理技術進行處理。

（1）焚燒爐充分燃燒。在焚燒爐中，利用3T+1E（指溫度、時間、擾動和過剩空氣系數）綜合控制的原則，確保廢液中有害成分充分分解。

（2）在煙氣降溫過程中，盡量減少在300℃～500℃溫度段的停留時間，避免二英在此溫度段的再合成。

（3）高效的煙氣除塵設施。目前工程中一般采用袋式除塵器進行除塵，由于DMF廢液焚燒產生煙氣的飛灰中可能吸附有二英，必須去除，所以收集的飛灰要經進一步固化后，安全填埋。

5 結論

DMF廢液對環境具有極大的危害性，必須進行無害化處理。綜合分析目前國內外各種DMF廢液處理技術，焚燒法具有占地面積小、處理速度快、污染物破除徹底等優點，在國內具有較大的發展前景。但加熱技術不成熟、處理成本高、二英排放不易控制等問題制約了DMF廢液焚燒技術的發展，急待解決。在國家環保政策的支持下，隨著環保技術的進一步發展，這些難點將會逐步克服或緩解，利用焚燒法處理DMF廢液技術在國內將會有更大的發展。

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[4] 胡湖生，楊明德，葉血清，等. 萃取——吸附法處理二甲基甲酰胺（DMF）廢水的實驗研究[J].環境科學研究，2004（4）：40-43.

[5] 曲晶心，陳均志.回收及處理合成革廢水中DMF方法的研究進展[J].西部皮革， 2009（21）：34-38.

[6] 馬靜穎. 含鹽高濃度有機廢液的蒸發結晶及流化床焚燒處理研究[Z]..浙江大學博士學位論文，2006，12：8-13.

Technical Study on DMF Waste Liquid Treated by Incinerating Process

WANG Ying-can

X703

A

1006-5377（2015）03-0051-04