CN109821378B - 一种水溶性引发剂生产废气处理系统及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水溶性引发剂生产废气处理系统,其特征在于,包括酸性废气处理装置、碱性废气处理装置及酸碱性废气吸收废水处理装置,其中酸性废气处理装置用于处理由生产装置中排放的氯化氢气体、甲醇挥发性气体和甲苯挥发性气体;所述碱性废气处理装置用于处理由生产装置中排放的氨气、甲醇挥发性气体和甲苯挥发性气体,所述酸性废气处理装置和碱性废气处理装置吸收废水排入酸碱性废气吸收废水处理装置做生产中甲醇、甲苯分层用水。本发明还公开了其处理方法。本发明的有益效果在于,通过酸碱性废气处理对水溶性引发剂当中的酸碱性废气进行处理和吸收液,废水回用,来降低生产后废水废气的处理成本,保持绿色环保的生产工艺和环境。
Description
技术领域
本发明属于工业废气处理技术领域,具体涉及一种水溶性引发剂生产废气处理系统及其处理方法。
背景技术
工业生产中的三废排放是环境污染的主要源头,大量工业废气、废水、废渣如果未经处理直接排入环境中,会给人体健康带来严重危害。因此工业生产中要积极采取多种措施减少三废排放并处理各类废气、废水、废渣,严格遵守排放标准,做到环境友好与绿色化生产。
目前的水溶性引发剂生产装置主要产生的废气为酸性废气氯化氢,碱性废气氨气以及甲醇、甲苯两种VOC。产生的废水中氨氮含量偏高,不符合排放标准。
发明内容
为了更好地处理水溶性引发剂生产当中的酸性废气和碱性废气,本发明的目的之一在于提供一种水溶性引发剂生产废气处理系统,包括与生产系统的各装置酸性废气排放口相连的酸性废气处理装置、与生产系统的各装置碱性废气排放口相连的碱性废气处理装置及与所述酸性废气处理装置和碱性废气处理装置排放口相连的酸碱性废气吸收废水处理装置。
本发明的目的之二在于采用所述废气处理系统的处理方法。
为了实现本发明的目的之一,所采用的技术方案是:
一种水溶性引发剂生产废气处理系统,包括与生产系统的各装置酸性废气排放口相连的酸性废气处理装置、与生产系统的各装置碱性废气排放口相连的碱性废气处理装置及与所述酸性废气处理装置排放口和所述碱性废气处理装置排放口相连的酸碱性废气吸收废水处理装置,其中酸性废气处理装置用于处理由生产系统中的各装置排放的氯化氢气体、甲醇挥发性气体和甲苯挥发性气体;所述碱性废气处理装置用于处理由生产系统中的各装置排放的氨气、甲醇挥发性气体和甲苯挥发性气体,所述酸性废气处理装置的吸收废水和碱性废气处理装置的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置中用做生产中甲醇、甲苯分层用水。
在本发明的一个优选实施例中,所述酸性废气处理装置包括通过第一集气管与安装在生产系统的各装置酸性废气排放口上的第一单呼阀相连的第一冷凝装置,所述第一冷凝装置的出口与一降膜吸收装置的入口相连,所述降膜吸收装置的出口连接一碱喷淋吸收装置,所述碱喷淋吸收装置的出口连接一第一活性炭吸附装置,经过所述第一活性炭吸附装置活性炭吸附后的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置。
在本发明的一个优选实施例中,所述碱性废气处理装置包括通过第二集气管与生产系统的各装置碱性废气排放口相连的第二冷凝装置,所述第二冷凝装置的出口与一酸喷淋吸收装置的入口相连,所述酸喷淋吸收装置的出口与一水喷淋吸收装置的入口相连,所述水喷淋吸收装置的出口连接一第二活性炭吸附装置,经过所述第二活性炭吸附装置活性炭吸附后的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置。
在本发明的一个优选实施例中,在生产系统的各装置碱性废气排放口上安装有第二单呼阀,所述第二集气管与所述第二单呼阀相连。
在本发明的一个优选实施例中,具有碱性废气排放口的生产系统的各装置包括咪化釜、分层釜、精制釜、离心釜中的一种或任意两种以上的组合。
在本发明的一个优选实施例中,所述酸性废气处理装置的吸收废水和碱性废气处理装置的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置中用做生产中甲醇、甲苯分层用水具体是:所述酸性废气处理装置的吸收废水和碱性废气处理装置的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置中后,替代水与氢氧化钠的混合物进一步排入分层釜当中供甲醇、甲苯分层用水,分层后的甲醇通过与分层釜相连的甲醇蒸馏装置蒸馏回收,分层后的废水通过废水蒸馏装置蒸馏后回用至分层釜。
为了实现本发明的目的之二,所采用的技术方案是:
一种水溶性引发剂生产废气处理方法,包括针对酸性废气和碱性废气的冷凝、吸收、燃烧分解处理,具体步骤如下:
酸性废气处理:甲氧基反应结束后,甲氧基反应釜当中的酸性废气通过打开的第一单呼阀进入第一集气管道后进入第一冷凝装置,大部分的甲苯、甲醇通过第一冷凝装置冷凝回收后收集回用;剩余小部分的甲苯、甲醇和氯化氢气体进入降膜吸收装置,所述降膜吸收装置当中的吸收液对其中的氯化氢气体进行吸收;未被吸收完全的氯化氢和夹杂的小部分甲苯、甲醇气体进入碱喷淋吸收装置,通过碱喷淋吸收装置中的碱液喷淋吸收至中性后排入第一活性炭吸附装置当中对夹杂的小部分甲苯、甲醇气体进行吸附催化燃烧后排放;
碱性废气处理:生产系统中的各装置所产生的碱性废气通过打开的第二单呼阀或/和第二集气管直接进入第二冷凝装置,大部分的甲苯、甲醇通过第二冷凝装置冷凝回收后收集回用;剩余小部分的甲苯、甲醇和氨气进入酸喷淋吸收装置中通过酸吸收液来吸收所述氨气至氨氮不超过78mg/L;未被吸收的氨气、酸液挥发的有机气体、剩余的甲苯、甲醇排入水喷淋吸收装置当中进行二次吸收至氨氮不超过于48mg/L;剩余的气体排入第二活性炭吸附装置当中对夹杂的小部分甲苯、甲醇气体进行吸附催化燃烧后排放。
在本发明的一个优选实施例中,所述酸性废气处理中,所述第一单呼阀的压力下限为3500Pa。
在本发明的一个优选实施例中,所述酸性废气处理中,所述降膜吸收装置吸收后形成的酸液充当气处理当中的酸吸收液,所述酸吸收液的酸含量为10-15%。
在本发明的一个优选实施例中,所述酸性废气处理中,碱喷淋吸收装置当中的碱液中的COD达到2500-3400mg/L时更换碱液。
在本发明的一个优选实施例中,所述碱性废气处理中,所述酸喷淋吸收装置当中用的酸吸收液来自酸性废气处理装置。
在本发明的一个优选实施例中,所述碱性废气处理中,所述酸吸收液中甲醇含量达到2.6-3.2%的时候更换酸吸收液。
在本发明的一个优选实施例中,所述碱性废气处理中,所述水喷淋吸收装置当中的换水速率不低于40kg/L。
在本发明的一个优选实施例中,所述碱性废气处理中,所述水喷淋吸收装置当中的换水速率为60kg/L。
本发明的有益效果在于,通过酸碱性废气处理对水溶性引发剂当中的酸碱性废气进行处理和吸收液,废水回用,来降低生产后废水废气的处理成本,保持绿色环保的生产工艺和环境。
附图说明
图1为酸性废气处理装置示意图;
图2为喷淋吸收时间对甲醇吸收的影响示意图;
图3为碱性废气处理装置示意图;
图4为酸吸收液处理氨气示意图;
图5为水吸收液处理氨气处理示意图;
图6为酸液喷淋吸收时间对甲醇吸收的影响示意图;
图7为不同换水速率对甲醇含量的影响示意图;
图8为氨气处理前后对比示意图;
图9为VOCs处理前后对比示意图。
图10为现有技术的甲醇、甲苯分离结构示意图。
图11为本发明的甲醇、甲苯分离结构示意图。
图12为改造前后用水量对比示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步对本发明进行说明:
本发明的设计原理在于:
目前WSP-56装置(水溶性引发剂生产装置)上废气集气管路分为两路:一路主要集中酸性废气,包括氯化氢气体、甲醇以及少量甲苯,酸性废气主要由三套甲氧基反应釜去除过量氯化氢气体时排放。装置尾端主要采用降膜吸收、水喷淋吸收、活性炭吸附方式进行废气吸收处理。
另一路主要收集呈碱性废气,主要包括氨气、甲醇、甲苯混合废气。由于WSP-56产品脒化反应需要使用过量氨气,产品脒化反应会释放氨气,因此反应体系内氨气会大量溢出。氨气溶于甲醇,因此在后续精制工序、离心工序、分层工序、蒸馏工序中,都会有部分氨气释放。而甲醇、甲苯作为反应原料与溶剂,会在各步工序中少量挥发,与氨气混合形成碱性废气。因此该路集气管主要收集初溶釜、脒化釜、精制釜、离心釜、分层釜以及各储槽、蒸馏塔等设备排放的呈碱性废气。装置尾端采用酸喷淋、水喷淋吸收装置,经催化燃烧处理后排放。
其中,氯化氢是无色有刺激性气味的酸性气体,易溶于水,在0℃时,1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢。氯化氢水溶液为盐酸,纯盐酸为无色液体,在空气易挥发性,有刺鼻酸味。根据氯化氢的气体性质,可采用液体吸收法净化。
氨气是一种具有强烈刺激性气味的无色气体,具有腐蚀性,极易溶于水,常温常压下,一体积水可溶解700体积氨气,其水溶液称为氨水,显碱性。根据氨的气体性质,采用液体吸收法进行净化。
甲苯是有机化合物,属芳香烃,常温下呈液体状,无色、易燃,沸点为110.8℃,凝固点为-95℃,密度为0.866g/m3。甲苯不溶于水,但易溶于有机溶剂。根据甲苯的性质采取活性炭催化燃烧法进行净化。
甲醇又称“木醇”或“木精”,是一种无色有酒精气味的易挥发液体,易燃,溶于水以及多数有机溶剂,沸点64.7℃。根据甲醇性质,采取液体吸收与催化焚烧法进行净化。
其中,针对酸性废气采用如下的工艺结构设计:
参见图1,如图1所示的酸性废气处理装置100包括通过集气管110与安装有单呼阀121a、121b、121c的甲氧基反应釜120a、120b、120c相连的冷阱装置130,冷阱装置130的出口131与降膜吸收塔140的入口141相连,降膜吸收塔140的出口142连接碱喷淋吸收塔150的入口151,碱喷淋吸收塔150的出口152连接第一活性炭吸附装置160的入口161,活性炭吸附处理后的吸收废水排入酸碱性废气吸收废水处理装置300。
冷阱装置130还有一出口132用于连接有机物回收处理装置320,将部分甲醇、甲苯回用。
基于上述工艺结构,针对酸性废气采用如下的工艺流程:
目前装置上有三套甲氧基反应釜120a、120b、120c,主要产生的废气为酸性废气,包括氯化氢气体、甲醇以及少量甲苯。为尽可能减少废气排放,装置采取以下两项措施:
甲氧基反应釜120a、120b、120c的常开式放空阀改为单呼阀121。
为提高甲氧基反应收率需要通入过量氯化氢气体,在甲氧基反应结束前,甲氧基反应釜120a、120b、120c内压力处于微正压(小于3000Pa)装置选用的单呼阀121压力下限为3500Pa,单呼阀121处于关闭状态,无气体外溢。甲氧基反应结束后,需要通入氮气去除过量的氯化氢气体,会使釜内压力上升。单呼阀121处于打开状态,会有氯化氢气体溢出,同时有少量甲醇甲苯挥发。
甲氧基反应釜120a、120b、120c连接冷阱装置130,回收冷凝液体。甲醇沸点64.7℃,甲苯沸点110.8℃,当冷阱装置130温度越低时,挥发的废气冷凝量越大。
目前冷阱装置130最低温度可达-10℃,冷凝效果明显,挥发的有机物大部分得到回收,每天凝结回收液体量约为20~40Kg,有效的减少了有机废气排放。
酸性废气经冷阱装置130冷凝后,大部分有机物得到回收,剩下的废气主要是氯化氢气体,本发明通过降膜吸收塔140与喷淋塔串联吸收处理得到较高的处理效率。氯化氢气体首先进入碱喷淋吸收塔150,在塔内与一次吸收液接触,通过降膜吸收氯化氢的处理可达98%以上,由降膜吸收塔140出来的吸收液,酸含量达到10%~15%后送往酸贮槽,用做碱性废气的吸收液。
酸性废气中主要VOC为甲醇,另有微量甲苯。降膜吸收及碱喷淋吸收氯化氢的同时可吸收部分有机气体。喷淋吸收时间与吸收效果如表1和图2。
表1喷淋吸收时间对甲醇吸收的影响
根据表1和图2的分析:
1.废气吸收48小时后,吸收液中COD值虽未达到饱和,但从25小时后开始,COD增加逐渐减缓,趋于饱和,为保证废气吸收效果,本装置定于每24小时换一次吸收液,吸收液进入公司废水处理。
2.经降膜吸收、水喷淋吸收后,残留极微量的有机物经活性炭吸附后排放。
经过处理后的废气中基本无氯化氢气体,VOC基本达到排放标准。
其中,针对碱性废气采用如下的工艺结构设计:
参见图3,如图3所示的碱性废气处理装置200当中,冷阱装置260通过集气管210a与咪化釜220,初溶釜276相连;通过集气管210b与分层釜230、离心机271相连;通过集气管210c与精制釜240、离心釜250相连;通过集气管210d与水冲泵水箱272、甲醇蒸馏箱273、甲苯蒸馏箱274、储槽275相连。
其中咪化釜220、分层釜230、精制釜240、离心釜250的出口均按照有单呼阀221、231、241、251。
冷阱装置260的出口261与酸喷淋吸收装置280通过集气管210e相连,酸喷淋吸收装置280的出口281与水喷淋吸收塔290相连,水喷淋吸收塔290的出口291连接第二活性炭吸附装置310的入口311,活性炭吸附处理后的吸收废水排入酸碱性废气吸收废水处理装置300。
基于上述工艺结构,针对碱性废气采用如下的工艺流程:
目前装置产生的碱性废气主要是氨气、甲醇、甲苯混合废气。为减少碱性废气排放,装置采取了与上述减少酸性废气排放相同的两项措施:
1.咪化釜220、分层釜230、精制釜240、离心釜250的出口均按照有单呼阀221、231、241、251。
2.碱性废气集气总管210前加装冷阱装置260,回收冷凝液体。
经检测,碱性废气处理前的VOC浓度经二级冷阱冷凝后从2000ppm降低至800ppm以下。
碱性废气当中的氨气主要采用两级喷淋塔串联吸收进行处理。氨极易溶于水,同时氨属于碱性气体,可以与酸发生中和反应,因此氨吸收所需吸收液主要有水吸收和酸液吸收。
由于车间使用的酸液主要是吸收氯化氢气体后的回收酸液,具有一定挥发性,因此酸喷淋吸收装置280作为第一级喷淋塔使用酸液吸收剂,水喷淋吸收塔290作为第二级喷淋塔使用水作为吸收剂,这样既可以增强对氨气的吸收效果,又可以防止酸性废气挥发外溢。对酸吸收液和水吸收液在不同时间取样分析,得到表2和表3。
表2酸吸收液处理结果:
表3水吸收液处理结果:
图4、图5为二级吸收对处理氨气的效果,
分析数据趋势,随着吸收氨气时间的延长,吸收液中氨氮含量与盐分不断增加。
图4显示,当使用车间回收的酸吸收液吸收氨气时,吸收时间约15小时,氨氮含量与盐分基本接近饱和状态,吸收效果明显减弱甚至消失。
图5显示,当使用水吸收液吸收氨气时,吸收时间约10小时,氨氮含量与盐分基本接近饱和状态,吸收效果明显减弱甚至消失。
为了保证吸收效果一直处于最佳状态,必须在吸收时间15小时内更换酸吸收液,使氨氮含量低于78mg/L;在10小时内更换水吸收液,使氨氮含量低于48mg/L。
由于水喷淋塔更换水吸收液的过程需要25min~30min,这段时间如果采取放空废水后再加入新鲜水,必然会造成该段时间内废气大量溢出至催化燃烧装置,增加催化燃烧装置负担,缩短装置使用寿命,因此车间采用连续换水方式,保持喷淋吸收塔氨氮含量低于48mg/L。为确定换水速率,进行了一组实验:同一时间,相同流速的废气持续通入不同换水量的3.5L水中5小时,测定其氨氮含量,得表4。
表4换水速率与氨氮含量的关系
由表4可知,当换水速率在40kg/h时,氨氮含量低于40mg/L,为保证吸收效果,换水速率应大于40kg/h。
碱性废气中VOC同样为甲醇与微量甲苯。喷淋吸收可有效吸附甲醇,也可截留部分甲苯,进而降低VOC含量。由于氨气会影响COD值,而甲苯挥发了极少,所以可以用甲醇吸收量来分析酸液喷淋吸收时间与吸收效果的关系,得表5与图6。
表5酸液喷淋吸收时间对甲醇吸收的影响
从表5与图6分析,废气吸收10小时后,吸收液中甲醇含量增加逐渐减缓,趋于饱和,为保证废气吸收效果,需要每20小时换一次吸收液,吸收液进入公司废水处理。结合氨气吸收需每15小时内更换酸吸收液,装置确定酸吸收液更换周期为15小时。
通过研究水喷淋吸收塔290的换水速率也对甲醇吸收有影响,具体参见表6和图7。
表6不同换水速率对甲醇含量的影响
由表6与图7分析,换水速率大于55kg/h时,相同时间内甲醇含量可以保持在较低水平。综合氨气吸收换水速率需要大于40kg/h,车间确定换水速率为60kg/h。
经过二级喷淋吸收后,VOC浓度已经降至较低水平,微量甲醇、甲苯继续经过催化燃烧彻底处理,使废气中VOC含量符合排放标准。
采用手持式VOC检测仪对废气排放口的VOC浓度进行跟踪监测,得到数据如表7。
表7,废气中VOC浓度:
由此可见,催化燃烧法可以大大减少VOC排放。
经过上述工艺进行处理后的废气基本达到排放标准,通过测定集气管进、出口数据,得表8和图8、9。
表8
图8与图9明显显示,经过一系列工艺程序处理过的废气排放均大幅度下降。
处理后的吸收废水回用:
在母液分层时,需要加入一定量的水与NaOH溶液。加水与NaOH溶液的目的在于使水溶性的甲醇及其他物质经水溶解后密度增大,能够较容易与不溶于水的甲苯分离,便于分层操作及后续蒸馏工作。分析整体工艺路线可知,车间废水中含有一定量盐分。而这些盐分的存在,会使水溶液密度加大,符合分层操作需求。因此,吸收废水可以用于分层操作。
参见图10,原有的分层釜230的分层用水完全来自工业水与液碱的混合,之后再通过甲醇蒸馏装置273将甲醇蒸馏后将废水排出,但这样十分浪费水资源也需要额外购买液碱。
参见图11,如图所示的排入酸碱性废气吸收废水处理装置300的吸收废水替代水与氢氧化钠的混合物进一步排入分层釜230当中供甲醇、甲苯分层用,分层后的甲醇通过与分层釜230相连的甲醇蒸馏装置273蒸馏回收,分层后的废水通过废水蒸馏装置410和冷却装置420蒸馏冷凝回用至分层釜230。
参见图12和表9,改进设备后,月平均甲醇蒸馏产生废水量由2017年的150吨/月大幅下降至30吨/月,降幅达80%;结合吸收废水回收用于分层工艺用水,改进后的月平均分层工艺用水量由2017年的140吨/月大幅下降至0吨/月,降幅达100%。
表9改进前后废水排放与用水
基于上述原理和结构,本发明的有益效果在于:
1.采用降膜吸收与碱液吸收法净化处理酸性废气,降膜吸收废酸酸含量为10%~15%时回收利用,碱液更换周期为24h,氯化氢净化效率大于98%,VOC排放达标。
2.采用酸液喷淋吸收、水喷淋吸收与催化焚烧串联处理碱性废气。酸液更换周期为15h,水喷淋换水速率为60kg/h。处理后氨气净化效率97%,VOC排放达标。
Claims (5)
1.一种水溶性引发剂生产废气处理方法,其特征在于,使用一种水溶性引发剂生产废气处理系统来针对酸性废气和碱性废气的冷凝、吸收、燃烧分解处理;
所述的一种水溶性引发剂生产废气处理系统包括与生产系统的各装置酸性废气排放口相连的酸性废气处理装置;
与生产系统的各装置碱性废气排放口相连的碱性废气处理装置;
及酸碱性废气吸收废水处理装置;
其中,所述酸性废气处理装置用于处理由生产系统中的各装置排放的氯化氢气体、甲醇挥发性气体和甲苯挥发性气体;
所述碱性废气处理装置用于处理由生产系统中的各装置排放的氨气、甲醇挥发性气体和甲苯挥发性气体;
所述酸性废气处理装置的吸收废水和碱性废气处理装置的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置中用做生产中甲醇、甲苯分层用水;
具体步骤如下:
酸性废气处理:甲氧基反应结束后,甲氧基反应釜当中的酸性废气通过打开的第一单呼阀进入第一集气管道后进入第一冷凝装置,大部分的甲苯、甲醇通过第一冷凝装置冷凝回收后收集回用;剩余小部分的甲苯、甲醇和氯化氢气体进入降膜吸收装置,所述降膜吸收装置当中的吸收液对其中的氯化氢气体进行吸收;未被吸收完全的氯化氢和夹杂的小部分甲苯、甲醇气体进入碱喷淋吸收装置,通过碱喷淋吸收装置中的碱液喷淋吸收至中性后排入第一活性炭吸附装置当中对夹杂的小部分甲苯、甲醇气体进行吸附催化燃烧后排放;
碱性废气处理:生产系统中的各装置所产生的碱性废气通过打开的第二单呼阀进入第二集气管后直接进入第二冷凝装置,大部分的甲苯、甲醇通过第二冷凝装置冷凝回收后收集回用;剩余小部分的甲苯、甲醇和氨气进入酸喷淋吸收装置中通过酸吸收液来吸收所述氨气至氨氮不超过78mg/L;未被吸收的氨气、酸液挥发的有机气体、剩余的甲苯、甲醇排入水喷淋吸收装置当中进行二次吸收至氨氮不超过于48mg/L;剩余的气体排入第二活性炭吸附装置当中对夹杂的小部分甲苯、甲醇气体进行吸附催化燃烧后排放。
2.如权利要求1所述的一种水溶性引发剂生产废气处理方法,其特征在于,所述酸性废气处理中,所述第一单呼阀的压力下限为3500Pa;所述降膜吸收装置吸收后形成的酸液充当碱性废气处理当中的酸吸收液,所述酸吸收液的酸含量为10-15%;碱喷淋吸收装置当中的碱液中的COD达到2500-3400 mg/L时更换碱液。
3.如权利要求1所述的一种水溶性引发剂生产废气处理方法,其特征在于,所述碱性废气处理中,所述酸喷淋吸收装置当中用的酸吸收液来自酸性废气处理装置;
所述酸吸收液中甲醇含量达到2.6-3.2%的时候更换酸吸收液;
所述水喷淋吸收装置当中的换水速率不低于40kg/h。
4.如权利要求1所述的一种水溶性引发剂生产废气处理方法,其特征在于,具有碱性废气排放口的生产系统的各装置包括咪化釜、分层釜、精制釜、离心釜中的一种或任意两种以上的组合。
5.如权利要求1所述的一种水溶性引发剂生产废气处理方法,其特征在于, 所述酸性废气处理装置的吸收废水和碱性废气处理装置的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置中用做生产中甲醇、甲苯分层用水具体是:所述酸性废气处理装置的吸收废水和碱性废气处理装置的吸收废水排入所述酸碱性废气吸收废水处理装置中后,替代水与氢氧化钠的混合物进一步排入分层釜当中供甲醇、甲苯分层用水,分层后的甲醇通过与分层釜相连的甲醇蒸馏装置蒸馏回收,分层后的废水通过废水蒸馏装置蒸馏后回用至分层釜。
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