CN103868078A - 一种废液处理装置及其废液处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种废液处理装置，设有用于焚烧废液的马弗炉，该装置通过气泵经进气口向马弗炉内输送空气，并将马弗炉内的废气由排气管输送至降温容器，降温废气经管道输送至废气处理容器。该设备可以有效减少环境污染，且应用前景广阔。

Description

一种废液处理装置及其废液处理工艺

技术领域

本发明涉及一种废液处理装置，尤其涉及卡尔-费休试剂废液处理装置。 

背景技术

卡尔-费休法是一种测定水分的容量分析方法，适用于许多无机化合物和有机化合物中含水量的测定，广泛应用在电力、石油、化工、医药、农药行业及院校科研等单位。 

目前广泛使用的卡尔-费休试剂（简称卡式试剂）是将吡啶、甲醇、碘和二氧化硫按照一定比例配制而成的成品试剂，而卡式试剂中二氧化硫、吡啶、甲醇的用量都是过量的，当卡式试剂中的反应物质消耗完后，产生的废液中主要含有氢碘酸吡啶、甲基硫酸氢吡啶，此外还有未反应完的吡啶、二氧化硫、甲醇等。甲醇对人体有强烈毒性，误饮4毫升以上就会出现中毒症状，超过10毫升即可因对视神经的永久破坏而导致失明，30毫升已能导致死亡。甲醇易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。吡啶及其复合物属于低毒类物质，有强烈刺激性，长期吸入出现头晕、头痛、失眠、步态不稳及消化道功能紊乱，可发生肝肾损害，误服可致死。吡啶还会降低水体的生物活性，降低水体的自清洁能力，对环境造成危害。废液中的二氧化硫等物质都有一定的刺激性，吸入或者误食会对人体造成危害，同时还是形成酸雨的主要物质。如今，卡式试剂废液的一般经稀释后直接排放入下水道或者采用水泥掩埋的方法。这两种方法都不能去除废液中的有毒物质，会对水体及土壤造成污染。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种可以有效去除卡式试剂废液中有毒物质，尽可能减少废液对环境的危害的处理装置。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种废液处理装置，设有用于焚烧废液的马弗炉，该装置通过气泵经进气口向马弗炉内输送空气，并将马弗炉内的废气由排气管输送至降温容器，降温的废气经管道输送至废气处理容器。 

经所述的废气处理容器处理的废气经由管道输送至二次处理容器，所述的二次处理容器设有向大气排放净化气体的排气口。 

输送废气至废气处理容器的管道延伸至其内部，其末端为球状且具有多个通气孔。 

所述的二次处理容器内装有分子筛和活性炭。 

所述的马弗炉配有用于承装废液的坩埚。 

所述的废气处理容器上设有透明的观察窗口。 

一种基于废液处理装置的废液处理工艺，马弗炉内工作温度设定为600-1000摄氏度；所述的降温容器内承装的溶液为稀碱溶液；所述的废气处理容器内承装的溶液为浓碱溶液。 

先将废液倒入坩埚内送入马弗炉内燃烧，燃烧后的废气在气泵的作用下依次导入后续尾气处理设备，最终排至大气。 

所述的废气处理容器内浓碱溶液里添加有PH指示剂。 

所述的废液为卡尔-费休试剂废液。 

所述的马弗炉内工作温度设定为700度；所述的降温容器内的溶液为3升质量浓度为5%的氢氧化钠溶液；所述的废气处理容器内的溶液为2升质量浓度为33%的氢氧化钠溶液。 

本发明的优点在于： 

1、有效减少环境污染 

未采用废液处理装置前，废液都是直接或者间接排入周围环境中，废液中吡啶及其复合物的氮苯环结构稳定，不易被氧化，会在自然环境中日益累积，同时对水体生化处理过程中起重要作用的生物菌有很强的抑制性和毒性，会造成活性淤泥死亡，生化过程瘫痪，严重影响水体的自净能力和城市污水处理系统。 

使用废液处理装置后，吡啶排放量为0，消除了吡啶对水体的污染，极大地降低了废液对环境造成的危害。该项目在全国各行业推广应用，环境保护效果将更加显著。 

2、保障人身安全 

废液中含有的甲醇对人体有强烈毒性，误饮4毫升以上就会出现中毒症状，超过10毫升即可因对视神经的永久破坏而导致失明，30毫升已能导致死亡。吡啶及其复合物属于低毒类物质，有强烈刺激性，长期吸入出现头晕、头痛、失眠、步态不稳及消化道功能紊乱，可发生肝肾损害，误服可致死。如果废液在排入下水道或者掩埋的过程中处理不当，会造成严重后果。 

卡式试剂废液处理装置通过高温化学处理将废液转化成无毒的物质，从根本上消除了废液中的有害物质对人体的影响，从而保障人身安全。 

3、应用前景广阔 

该装置能对卡尔-费休试剂废液进行有效处理，不仅可以应用在电力行业，而且可以适应于石油、医药等领域，具有广阔的应用前景。该废液处理工艺不仅应用于卡尔-费休试剂废液，而且对于多种有机废弃物均能进行有效处理，适用于各类化学实验室，推广前景广阔。 

附图说明

下面对本发明说明书中附图表达的内容及图中的标记作简要说明： 

图1为废液处理装置结构示意图； 

上述图中的标记均为：1、马弗炉；2、控制器；3、进气口；4、排气管；5、气泵；6、降温容器；7、废气处理容器；8、观察窗口；9、二次处理容器；10、排气口；11、坩埚。 

具体实施方式

参见图1可知，废液处理装置设有用于焚烧废液的马弗炉1，马弗炉1设有用于炉温监测和控制的控制器2，马弗炉1内通常配有坩埚11承装需要焚烧的废液。 

为了防止燃烧产生有害气体四处扩散，马弗炉1内部为密封的燃烧室，需要使用气泵5增加燃烧室空气的摄入量，使燃烧更加充分，同时气泵5还可以进行烟气的集中和导流，防止烟气扩散。气泵5经进气口3向马弗炉1内输送空气，并将马弗炉1内的废气由排气管4输送至降温容器6。 

由于燃烧废气为高温气体，为避免损坏后续设备，排气管4优选翅片管，且浸在冷却池内。同时降温容器6内承装有降温溶液，可以进行二次降温。 

通过降温的废气经管道输送至废气处理容器7，废气处理容器7内承装的液体根据处理的废液种类设定，输送废气至废气处理容器7的管道通常由其底部进入，其在容器内部末端为球状且具有多个通气孔，这样能够使废气与废气处理容器7内溶液充分接触。 

此外，经废气处理容器7处理的废气经由管道输送至二次处理容器9，废气处理容器7的出气管道位于其顶部，其将气体由二次处理容器9一端注入，由二次处理容器9另一端的排气口10向大气排放，二次处理容器9内装有分子筛 和活性炭，对尾气进行吸附处理，去除燃烧产生的其他杂质气体。 

优选的，在废气处理容器7上设置透明的观察窗口8，这样可以利用窗口观察内部溶液状态，是否需要更换，废气处理容器7底部设有排液阀，顶部设有注液口，可以方便的进行溶液更换。 

基于上述废液处理装置，当处理卡尔-费休废液时，具体工艺如下： 

通过对卡式试剂废液的成分分析，我们发现废液中含有的都是有机类物质，主要有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）等化学元素，在充分燃烧的情况下主要生成二氧化碳（CO2）、水（H2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）以及二氧化硫（SO2）、三氧化硫（SO3）。一氧化氮不稳定，在空气中易被氧化生成二氧化氮。而二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、三氧化硫则易被碱溶液吸收，生成无毒的无机盐，因此采用高温化学处理然后对产生的气体进行吸收过滤的方法基本可以实现废液的无害化处理，化学反应式如下： 

CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O 

SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O 

SO₃+2NaOH=Na₂SO₄+H₂O 

2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O 

2NaNO₂+O₂=2NaNO₃

甲醇的闪点为12℃，自燃点为463℃，吡啶的闪点为17℃，自燃点为482℃。由于废液中甲醇、吡啶等有机物闪点低，且易产生爆炸，因此不能用明火引燃的方法，应该采用在高温条件下使其自然的方法。通过反复试验，当燃烧室温度高于600℃时，废液可以完全燃烧，综合考虑燃烧室材料的耐高温性能以及后级烟气处理装置的耐热性，我们将燃烧室的工作温度设定为600-1000℃，优选700℃。 

由于废气为酸性气体，降温容器6内承装的溶液为稀碱溶液，优选质量浓度5%的氢氧化钠溶液，废气处理容器7内承装的溶液为浓碱溶液，优选质量浓度33%的氢氧化钠溶液。通过降温容器6内稀碱溶液过滤，不仅可以降低气体温度，还可以过滤气体中的粉尘颗粒物质，防止其堵塞排烟管道。通过废气处理容器7内的浓碱溶液处理，可以吸收烟气中的二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、三氧化硫等酸性气体。 

废液在马弗炉中的燃烧时间与进样量有关，10mL废液全部燃烧需2分钟以上。空气量与废液成分及进样量有关，我们选的是流量30L/min的空气泵，10mL废液约需56L空气。 

废液若为卡尔-费休试剂废液，其充分燃烧的条件 

废液中的可燃物质主要是吡啶和甲醇，它们在氧气中充分燃烧的化学反应方程式如下： 

2C₅H₅N+15O₂=10CO₂+N₂O₅+5H₂O 

2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O 

通过成分分析，废液中吡啶与甲醇的体积比约为3：7，假设有废液X（mL），充分燃烧时需要氧气的含量为 

$\frac{0.3X\×0.98}{79}\×7.5+\frac{0.7X\×0.79}{32}\×1.5=0.05X\left(\mathrm{mol}\right)$

换算成标准状态下空气的体积为 

0.05X×22.4×5=5.6X（L） 

式中0.98、0.79分别为吡啶和甲醇的密度（g/mL）,79、32分别为它们的摩尔质量（g/mol），22.4为标准状态下气体的摩尔体积（L/mol）。 

上面的计算表明使X（mL）废液充分燃烧所需的空气体积约为5.6X（L），由于燃烧炉内腔体积小，腔内空气甚至不足以让1mL的废液充分燃烧，因此需 要使用空气泵增加燃烧炉空气的摄入量，我们选购了一款流量为30L/min的小型空气泵。在600℃的条件下，加入不同量的废液进行反复试验，检测燃烧产生的烟气中气体的浓度来观察废液的燃烧情况。 

当进样量为10mL时，废液燃烧时间约为2分钟，废液完全燃烧需要空气体积为5.6×10=56（L），而空气泵抽入的空气体积约为30×2=60（L），基本符合计算结果。因此可以确定每次的进样量为10mL时废液才能充分燃烧，在此基础上调整不同的燃烧炉温度进行试验，观察废液的燃烧情况。 

上述试验表明，当燃烧室温度高于700℃时，废液可以完全燃烧，综合考虑燃烧室材料的耐高温性能以及后级烟气处理装置的耐热性，我们将燃烧炉的工作温度设定为700℃。 

此外，还可以在废气处理容器7内浓碱溶液里添加有酸碱指示剂，例如酚酞，正常时NaOH溶液呈红色，当碱液被酸性气体完全中和时，溶液呈无色，以此判断溶液是否失效，以便及时跟换。 

采用高温化学处理的方法对卡尔-费休试剂废液进行处理，废液中的有毒物质通过处理吸收后转化成对环境无害的气体，可以直接排入大气。使用过后的碱溶液基本成中性，且溶液中反应生成的物质均为无机盐类，通过酸碱调和成中性后可以直接排放，也不会污染水质，因此基本可以做到废液的无害化处理，大大减少废液对环境的污染。 

研制出的装置能对卡尔-费休试剂废液进行有效处理，不仅可以应用在电力行业，而且可以适应于石油、医药等使用卡尔-费休法测量微水的领域，具有广阔的推广前景。同时还可以处理一些普通的有机类废弃物，可适应于化学实验室的废物处理。 

Claims (10)

1.一种废液处理装置，其特征在于：设有用于焚烧废液的马弗炉，该装置通过气泵经进气口向马弗炉内输送空气，并将马弗炉内的废气由排气管输送至降温容器，降温的废气经管道输送至废气处理容器。

2.根据权利要求1所述的废液处理装置，其特征在于：经所述的废气处理容器处理的废气经由管道输送至二次处理容器，所述的二次处理容器设有向大气排放净化气体的排气口。

3.根据权利要求1或2所述的废液处理装置，其特征在于：输送废气至废气处理容器的管道延伸至其内部，其末端为球状且具有多个通气孔。

4.根据权利要求3所述的废液处理装置，其特征在于：所述的二次处理容器内装有分子筛和活性炭。

5.根据权利要求4所述的废液处理装置，其特征在于：所述的马弗炉配有用于承装废液的坩埚。

6.根据权利要求5所述的废液处理装置，其特征在于：所述的废气处理容器上设有透明的观察窗口。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述废液处理装置的废液处理工艺，其特征在于：马弗炉内工作温度设定为600-1000摄氏度；所述的降温容器内承装的溶液为稀碱溶液；所述的废气处理容器内承装的溶液为浓碱溶液；

先将废液倒入坩埚内送入马弗炉内燃烧，燃烧后的废气在气泵的作用下依次导入后续尾气处理设备，最终排至大气。

8.根据权利要求7所述的废液处理工艺，其特征在于：所述的废气处理容器内浓碱溶液里添加有酸碱指示剂。

9.根据权利要求8所述的废液处理工艺，其特征在于：所述的废液为卡尔-费休试剂废液。

10.根据权利要求8或9所述的废液处理工艺，其特征在于：所述的马弗炉内工作温度设定为700度；所述的降温容器内的溶液为3升质量浓度为5%的氢氧化钠溶液；所述的废气处理容器内的溶液为2升质量浓度为33%的氢氧化钠溶液。

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