焚烧法处理DMF废液的技术研究

王应灿

（福建省固体废物处置有限公司，福州 350011）

焚烧法处理DMF废液的技术研究

王应灿

（福建省固体废物处置有限公司，福州 350011）

在分析DMF废液处理技术的基础上，指出焚烧法具有占地面积小、处理速度快、污染物破除彻底等优点，在国内具有较大的发展前景。同时指出该技术在实际工程应用中，还存在一些难点，如加热技术不成熟、处理成本高、二英的排放不易控制等，亟待解决。

DMF废液；焚烧法；二英

1 前言

DMF（N, N-Dimethylformamide）的中文名称是二甲基甲酰胺，分子量为73.09，沸点153℃，凝固点＜60.5℃，比重为0.9445，蒸气压在室温20℃时为2.7mmHg，闪点＜65℃，在空气中的爆炸范围为2.2%～15.2%。作为重要的化工原料以及性能优良的溶剂，DMF既是一种用途极广的化工原料，也是一种用途很广的优良溶剂。二甲基甲酰胺对多种高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等均为良好的溶剂，可用于聚丙烯腈纤维等合成纤维的湿纺丝、聚氨酯的合成、塑料制膜，也可作去除油漆的脱漆剂，它还能溶解某些低溶解度的颜料，使颜料带有染料的特点。

由于DMF的这些特点，DMF被广泛应用于合成革企业，在我国的沿海地区应用尤为广泛。中国每年仅制革行业排放的含DMF废液约1亿吨[1]。我国职业性接触毒物危害程度分级确定DMF为Ⅱ级（中度危害），美国确定DMF为人体可致癌物质。中国医学院卫生学研究所经研究指出国内地表水中DMF最高容许的质量浓度的推荐值为25mg/L[2]，并且DMF废液排入水中会导致生物化学耗氧量和氮含量增加，使水质迅速恶化，且难以生物降解。

鉴于DMF废液的上述特点，如果直接排放，将会对环境和人体造成严重危害。由于DMF废液成分复杂，因此治理较为困难，采用一般的废水治理方法难以满足净化处理的经济和技术要求，DMF废液处理已经成为环境保护行业亟待解决的技术难题。

2 DMF废液处理方法

有关DMF废液的处理技术，国内已经进行了近20年的研究，形成了一些较为成熟的处理工艺。目前，国内处理DMF废液的处理方法主要有生物法、物化法、化学法等，以上各种方法分别适合处理不同浓度的DMF废水。

2.1 生物处理技术

生物处理法是利用微生物的代谢作用来分解、转化水体中的DMF和其它各种有害物质的生物技术。传统的好氧活性污泥法处理工业废水是一种既经济又实用的方法，目前也在某些项目中用于DMF废液的处理。利用好氧活性污泥法处理DMF废液的过程中，需要添加磷酸氢二铵、尿素等化学试剂[3]，调节活性污泥的pH值，以加大DMF的去除率。

但是，由于DMF分子的端部都是两个甲基，憎水作用很强，且微生物对有机物的降解都是从端部开始的，所以利用生物法处理DMF废液的效率较低，只适用于DMF含量低的废水。

2.2 物化处理技术

物化处理技术是指废水中的污染物在处理过程中通过相转移的变化而达到去除目的的处理技术。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、蒸馏法、超声波降解法等。在这些方法中，萃取法、吸附法和蒸馏法是相对较为成熟的DMF废液处理方法，具有效率高、操作简单、投资较少等特点，常用于回收DMF。

萃取是指将与水互不相溶且密度小于水的特定有机相和被处理水接触，经物理或化学作用，使原溶解于水中的某种组分由水相转移至有机相的过程。对于浓度较高的DMF废液，可用氯仿、二甲苯等作萃取剂对其进行回收[4]。萃取法简单易行，但是存在着如下缺点：处理后的DMF废液还需要进一步处理；吸收DMF的萃取剂需要进一步处理，且容易造成二次污染。

吸附法是利用活性炭等比表面积较大的物质将废水中一种或多种物质进行吸附以净化废水的工艺，饱和的吸附介质需要做进一步处理。吸附法处理DMF废液具有工艺流程短、处理效果好等特点，但是存在着如何将脱附液中的DMF有效分离并综合利用的难题需要进一步加以解决。

蒸馏法主要有常压蒸馏、减压蒸馏、共沸蒸馏、水蒸气蒸馏等，蒸馏法常用于DMF浓度较高的废液回收，DMF的回收率可达90%以上[5]。蒸馏法回收DMF的缺点是：装置复杂，设备成本高，过程控制难度大等。

2.3 化学处理技术

化学处理技术是应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得到净化的方法。化学处理技术主要包括焚烧法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、催化氧化法等。

焚烧法是在焚烧炉的燃烧室内，通过可控的高温化学反应过程，破坏各种有害物质的分子结构，把废液氧化成CO2和H2O等无害物质的技术。利用焚烧法处理DMF废液具有占地少、处理速度快、污染物破除彻底等优点。虽然焚烧技术的初期投资大、控制复杂、操作水平要求高。但随着相关技术水平的提高，焚烧法的处理成本将会逐渐降低，焚烧技术具有很广大的应用前景。

其余几种化学氧化法的反应速度快、控制简单，但成本较高，通常难以将难降解的有机物一步氧化为无机物质，因此常常作为生化处理的预处理方法使用。

3 利用焚烧法处理DMF废液

DMF废液焚烧处理虽然初期投资大、处理成本高，但是可以将高浓度有机废液彻底无害化处置。随着相关技术水平的提高，其在国内有着广阔的应用前景。

典型的DMF废液焚烧处理工艺流程如图1所示。

图1 DMF废液焚烧处理工艺流程

3.1 DMF废液预处理

由于DMF废液在常温下处于凝固状态，所以要经过预处理后才能入炉焚烧。DMF的预处理方式主要包括加热系统、过滤系统和输送系统。

（1）加热系统，将DMF废液加热使之具有良好的流动性。对于浓度较低的DMF废液，可以不设加热系统；对于浓度较高的DMF系统，需要设置加热系统，将废液加热到90℃～100℃。加热系统所用的热源优先选用废热，如生产过程产生的蒸气、热水等，可节约成本且利于环保。当没有废热可以利用时，可采用电加热等方式对DMF废液进行加热。

（2）过滤系统，将DMF废液中的颗粒较大的杂质去除，以防废液堵塞废液喷枪。过滤系统通常采用篮式过滤器，过滤精度为30～50μm，由于DMF废液具有腐蚀性，过滤器的材质多选用316L不锈钢。

（3）输送系统，将DMF废液通过加压后输送到焚烧炉中。输送系统主要包括DMF废液输送泵、管路阀门系统和废液喷枪。

3.2 高温焚烧系统

DMF废液焚烧系统通常包括废液焚烧炉和焚烧辅助系统。焚烧炉是有机废液焚烧的主体核心设备。常用的废液焚烧炉主要有液体喷射焚烧炉、回转窑焚烧炉和流化床焚烧炉[6]。

液体喷射焚烧炉和回转窑焚烧炉均可处理可以用泵输送的废液。废液通过喷枪雾化为细小液滴，通过辅助燃料，在炉内高温焚烧，实现无害化处置。焚烧产生的灰渣通过位于炉底的出灰机排出。

液体喷射焚烧炉是专用的废液焚烧炉，可用于焚烧处理各种废液，具有处理废液范围广、结构简单、运行维护方便、造价低等优点。

回转窑焚烧炉可以同时焚烧处理废液和固体废物，适用于各固体废物处置中心作为集中处理各种废物的设备，回转窑焚烧系统的示意图见图2。其优点是可处理废物的范围广，可以同时处理固体、液体和气体；缺点是造价相对较高。

图2 回转窑焚烧系统

流化床焚烧炉的工作原理是利用炉底分布板吹出的流化风将废物和床料悬浮成流化状态，从而进行废液的焚烧处理。其优点是：焚烧效率高、燃烧较为充分；结构紧凑、占地面积小；采用低温燃烧和分级燃烧，氮氧化物排出量低。缺点是：不适宜焚烧含杂质较多的DMF废液，易结焦导致流化失败；焚烧烟气中的颗粒物含量较高；设备构造相对复杂，流化工况较难控制。

综合上述三种焚烧炉的特点，DMF废液适合利用液体喷射焚烧炉和回转窑焚烧炉焚烧。当废液量较大且热值较低（＜2500kcal/kg）时，应采用液体喷射焚烧炉配合辅助燃料进行处理；当废液量较大且热值较高（≥2500kcal/kg）时，应采用液体喷射焚烧炉进行处理，无需辅助燃料；当废液量较小时，采用液体喷射炉不够经济，应采用回转窑焚烧炉处理，采用回转窑焚烧处理固体废物附烧DMF废液的运行方式，DMF作为辅助燃料，既可进行无害化处置，同时也可将其焚烧的热量加以利用。

3.3 余热利用系统

余热利用系统的作用是将DMF废液焚烧产生的热量加以回用，实现节能的目的。常用的余热利用设备主要包括余热锅炉、空气换热器等。余热锅炉多用在废液热值高且处理量大的废液焚烧系统中。在废液处理规模较小的废液焚烧处理系统中多利用空气换热器，将空气预热后输送至焚烧炉中，达到余热利用的目的。余热利用需要尽量避免二英类物质合成的适宜温度区间（300℃～500℃）。

3.4 脱酸系统

由于DMF废液成分复杂，焚烧后的烟气中含有SO2、NOx、HCl等酸性气体，必须经过脱酸处理才能排放到大气中。

烟气脱酸的方式主要有三种：湿法脱酸、干法脱酸和半干法脱酸。DMF废液焚烧系统采用何种方式脱酸与废液的成分有关。当废液中含N、S、Cl等成分较少时，可以采用干法脱酸；当废液中含有大量N、S、Cl等成分时，可以采用湿法脱酸；一般情况下，国内废液焚烧系统多采用半干法脱酸。半干法脱酸是干法脱酸和湿法脱酸相结合的一种烟气脱酸方法，结合了干法和湿法的优点，构造简单，投资小，能源消耗少。

3.5 除尘系统

除尘系统的作用是除去DMF废液焚烧产生的烟气中的飞灰等颗粒物，降低烟尘排放。常用的烟气除尘器主要有旋风除尘器、袋式除尘器、静电除尘器等。在上述除尘器中，袋式除尘器在高浓度有机废液焚烧系统中的应用率较高，其主要是通过精制的滤袋将烟气进行过滤，从而去除烟气中的飞灰，除尘效率能够达到99%以上。袋式除尘器应考虑滤袋材质的使用温度、力学性能、耐酸碱腐蚀和耐水解能力、阻燃性等性能特点，袋笼材质应考虑使用温度、防酸碱腐蚀等性能特点。

3.6 烟气达标排放

DMF废液焚烧产生的烟气需进行在线监测，符合国家标准《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484）后方可排放。国内部分省市环保部门规定的烟气排放标准更加严格，有的甚至要求达到欧盟2000烟气排放标准。

4 焚烧法处理有机废液面临的困难

目前，国内外的实践经验表明，利用焚烧法处理高浓度有机废液具有占地面积小、焚烧处理彻底的特点，在国内具有广阔的应用前景。但目前在国内推广还有几个难点需要解决，如：加热技术不成熟、处理成本高、二英的排放不易控制等问题。

4.1 加热技术不成熟

DMF的预处理是利用蒸气加热或电加热的方式加热DMF，使之达到相应的温度，具备良好的流动性。目前，国内市场上尚没有较为成熟的DMF加热技术和设备。另外，加热过程的温度控制技术也不成熟，均有待进一步研究。

要解决此问题就要加强技术研究，并通过实验的方式，将研究成果进行检验后在工程上应用。

4.2 处理成本高

利用焚烧法处理DMF废液成本高的原因主要有：

（1）项目初投资大。相对于其他DMF废液处理技术，焚烧法处理DMF废液系统包括焚烧系统和烟气处理系统，所需要的设备较多，因此初投资较高。

目前，要降低项目的初投资，主要是要进一步提高DMF废液焚烧技术，降低设备成本。

（2）处理DMF废液的热值波动范围较大，很多DMF废液在处理时必须添加辅助燃料，造成处理成本较高。一般认为热值≥2500kcal/kg的废液，在有辅助燃料引燃的条件下能够自燃，适宜用焚烧法处理。

要解决好此难点，就需要提前对DMF废液进行分析，对于热值≥2500kcal/kg的DMF废液，可直接入炉焚烧；对于热值＜2500kcal/kg的DMF废液，如果量比较小，可以随固体废物一起进入回转窑焚烧，当量较大时，需要利用辅助燃料，成本较高时，宜采用其他的处理技术进行处理。

（1）焚烧炉充分燃烧。在焚烧炉中，利用3T+1E（指温度、时间、扰动和过剩空气系数）综合控制的原则，确保废液中有害成分充分分解。

（2）在烟气降温过程中，尽量减少在300℃～500℃温度段的停留时间，避免二英在此温度段的再合成。

（3）高效的烟气除尘设施。目前工程中一般采用袋式除尘器进行除尘，由于DMF废液焚烧产生烟气的飞灰中可能吸附有二英，必须去除，所以收集的飞灰要经进一步固化后，安全填埋。

5 结论

DMF废液对环境具有极大的危害性，必须进行无害化处理。综合分析目前国内外各种DMF废液处理技术，焚烧法具有占地面积小、处理速度快、污染物破除彻底等优点，在国内具有较大的发展前景。但加热技术不成熟、处理成本高、二英排放不易控制等问题制约了DMF废液焚烧技术的发展，急待解决。在国家环保政策的支持下，随着环保技术的进一步发展，这些难点将会逐步克服或缓解，利用焚烧法处理DMF废液技术在国内将会有更大的发展。

[1] 刘兴泉，唐毅，等.N，N——二甲基甲酰胺的生产与应用[J].化工科技，2002（1）：46-49.

[2] Florida.Municipal wastewater reclamation and reverse osmosis.Biennial： Proceedings of the National Water Supply Improvement Association，1990： 2251.

[3] 宋珊珊，张林生，等. N，N——二甲基甲酰胺（DMF）废水处理研究进展[J].江苏环境科技，2007（3）：67-70.

[4] 胡湖生，杨明德，叶血清，等. 萃取——吸附法处理二甲基甲酰胺（DMF）废水的实验研究[J].环境科学研究，2004（4）：40-43.

[5] 曲晶心，陈均志.回收及处理合成革废水中DMF方法的研究进展[J].西部皮革， 2009（21）：34-38.

[6] 马静颖. 含盐高浓度有机废液的蒸发结晶及流化床焚烧处理研究[Z]..浙江大学博士学位论文，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