化工制药含水废弃物减量的最佳途径
一、 项目背景
意大利最大的石油化学生产商埃尼集团（ENI）于1999年关闭了位于意大利西北部山区的Cengio基地。该基地1882年建立，早期以生产炸药为主，1919年前后转产制药中间体，1929年以后成为意大利国家化学公司（ACNA）的染料中间体生产基地，直到90年代，它一直是世界上高档染料原料的主要供应商，占有全球5%以上的份额。作为欧洲最后一个染料生产厂，它于1999年彻底停产。2000年12月4日，由意大利政府提供资助2500万欧元，开始了为期8年的污染物清理和土壤恢复工作，治理总费用达1.55亿欧元。
土壤恢复是在完整的调研基础上进行的，他们将全部土地按照25×25米分成1000个地块，从地面零到地下15米进行取样，每一样品至少由3个不同类型的土壤层构成，与260项主要工业污染物参数进行比较，一共进行了664,000次检测。
污染物处理的核心则是将自1987年以来积存在厂内的约45万立方米危险废物进行干化深埋处置。1987年是欧洲的环境年，这一年，该厂所在的Bormida河谷被意大利环境部列为“高度环境风险”地区，原因是该厂的生产废水直排Bormida河，严重污染了横贯意大利北部全境的最大河流波河。从那一年起，生产所形成的废水不再直排，而是经多效蒸发成为浓缩液，分别储存在总占地面积27万平方米、容积约50万立方米的10个大型水泥池中。
这批污染物构成极为复杂，经检测，为以硫酸盐、钠盐为主的有机物，总数在400-500种以上，其中含有大量致癌物质。染料行业常用的中间体为二萘酚(ß-Naphol，分子式C10H4O，分子量144.17)，典型生产工艺是精萘磺化碱熔法，每吨产品需耗用大量硫酸和烧碱，因此废水中有很高的盐含量，生化降解极为困难，采用多效蒸发方法，也只能将其浓缩至含固率30%左右。
类似高含盐的浓缩废液在世界上一般都是采用专用焚烧炉进行焚烧。除需添加大量燃料外，其环境排放存在较大变数。Cengio治理项目启动后，业主向某德国著名厂商订购的管式焚烧炉于2001年开始陆续到货，但因中试排放不合格，焚烧项目被意大利政府否决，业主不得不在全球范围内紧急寻找替代方案。也就在此时，VOMM公司的涡轮薄层干化工艺进入了其视线。
由于含盐量非常高，这种废碱液有几项特性：含固率30-35%时，它在常温下为棕红色液态；含固率50-60%，温度为50-60度时仍为流动性很好的液态，但常温时为粘稠液态，有结晶生成；干燥至90%、温度为90度时仍有粘性，常温下为固体硬块；只有干燥至含固率98%以上、常温下为有流动性的固体粉粒。基于盐分难失水的特性，采用常规干燥机械（如带式），很难将其水分降至20%以下。从这一点看，混合盐分必须在较高的颗粒温度下，才能实现最后一部分水的脱除，而这些盐分有很高的磨蚀性，它除了对干燥工艺的换热有较高要求外，也对设备的耐磨损和机械可靠性提出了挑战。
其时，在埃尼集团的拉文纳（Lavenna）基地已有一套VOMM公司的干化设备，用于处理该基地（主要是SBR橡胶生产装置和炼油）污水处理厂所产生的活性污泥。在VOMM实验室的小型工业机上测试表明，涡轮薄层工艺可以实现碱液的浓缩，但持续性、大规模的深度干燥尚需进行进一步的工业级认定。为此，业主每天将50吨的废液用槽车从意大利西海岸到东海岸，运距400多公里，坚持做了两个月的试验，从而最终确认了这种工艺的可行性。
埃尼集团SYNDIAL公司（负责集团内污染治理的分公司）于2001年底最终确认了订单，设备于2002年上半年陆续交付。干化工厂安装在一座四层旧厂房内，VOMM提供一名技术指导，运行由客户人员负责，每周开机5天，每天24小时，从2002年年底至2007年3月，在4年零4个月时间里，完成了全部污染物的干化处理工作。干化产品采用自动打包机装大袋储存，每周从工厂开出一列专列，载着约800吨干化产品驶往德国南部废弃矿井深埋。
二、 项目的干化工艺构成、能耗及其定位
由于污染物的特性使然，干燥难度较高，因此工艺采用浓缩和干燥两级进行。
在浓缩段，将污染物从含固率30-32%浓缩至50-55%。采用了2条浓缩线，工质为8公斤饱和蒸汽，升水蒸发量的蒸汽耗约1.35公斤。蒸发所产生的气相废气与浓缩液一起经过一个气液分离罐的分离，浓缩液用泵打入一个带加热保温的中间罐，然后再通过泵向干燥器喂料。气相废气经过一个直接喷淋的冷凝塔，蒸气冷凝为水，被送往污水处理厂进行处理，废气则经活性碳吸附排放。
在干燥段，将污染物从含固率50-55%浓缩至98-99%。采用了4条干燥线，工质为导热油，采用天然气为燃料进行加热，干燥段的升水蒸发量净热耗约为720 kcal。螺杆泵将中间罐含固率为50-55%的浓缩液泵送至干燥器入口，与经过再加热的工艺循环气体一起进入干燥器，干燥后的粉状产品与工艺气体一起离开干燥器，经过一个旋风分离器进行气相分离，干产品得到收集，经过一系列带冷水夹套的螺旋输送机冷却，进入一个产品罐，经自动打包机装袋储存。离开旋风分离器的废气经过一个文丘里除尘器，首先将大部分粉尘除去，这部分粉尘经过离心脱水重新回到浓缩段，经过初步除尘的气体再经过一个涡轮冷凝器进行冷凝，洗去细尘，并将水蒸气冷凝为水，送往污水厂处理。废气经活性碳吸附排放。浓缩段和干燥段的冷凝废水均经过板式换热器进行换热冷却，冷却介质为来自冷却塔的冷却水。
按照2004年的意大利物价水平，以电度单价0.18欧元、天然气0.34欧元/立方米、人均年薪2.4万欧元计，该项目上处理一吨废碱液的直接成本不到40欧元，考虑建设费用折旧，总经营成本不到70欧元/吨，4年总营运费用仅为3100万欧元。而如果焚烧处理，按欧盟类似危废焚烧的收费水平220欧元/吨测算，4年总营运成本可达9900万欧元，将占去该项目总预算15500万的64%。即便考虑运输和深埋成本，干化较焚烧有极大的费用节约，这一点应该是毫无疑问的。
在该项目中，干化产品的干基低位热值高达12000 kcal/kg以上，实可作为热值非常高的“燃料”。但由于污染物构成的复杂性，最终还是采用了矿井深埋的方法，从这一点反映了意大利环保标准之严格。事实上，也正由于意大利在环境标准上的这种“保守性”，才使得废物焚烧炉在亚平宁半岛上寥寥无几。在欧美的生活垃圾焚烧温度普遍定为850度时，唯有意大利定为950度，这100度的温差，足以使所有焚烧项目都具有更高的投资、更高的运行成本。这也是意大利废弃物焚烧始终难以形成气候的根本原因。
对“禁烧政策”的对错不予置评，仅就化学、制药、石化行业的废液处理而言，本项目的成功之处在于，它以一种非常简单、可靠的工业手段——干燥，完成了废液这种难处理危废的最大化减量处理，在节能、环境安全和工业可靠性方面，完全实现了最初的目标，成为继焚烧、生化处理之外的另一种可选手段。
三、废液/污泥干化在化工和制药领域的应用前景
埃尼化学Cengio基地的废液处理尽管是一个十分少见的个例，但该项目上所显示出的污染物数量、浓度以及难点所在对化工制药领域的废液/污泥处理有重要借鉴意义。这是因为：
首先，它一般是根本无法界定化学构成的有机化学混合物，污染物浓度高，成分复杂，不可能进行任何产品、原料级利用或回收，没有任何可生化性，因此处置只剩下焚烧一途，焚烧则成本高昂，还面临废液焚烧的种种技术瓶颈（如结垢、粘壁等）；
其次，很多化学和制药工业在化学品精制时会产生大量的碱液/盐液和污泥，这些废物普遍具有含盐量高的特点；对其进行浓缩和干化，具有难失水、高磨蚀性、换热面易结垢等一系列问题，一般中温对流干燥手段无法提供所需的温度，内部水分难以失去；高温对流干燥则可能在物料表面形成硬痂，使得内部水分也难以析出；传导干化所提供的温度也难以提供充分的给热强度，而盐类的强磨蚀性足以使换热面在几个月内报废；
第三，废液一般是由各种混合盐类构成的，有的可能还含油、烃、溶剂，可能在不同温度下有不同的相态，产生不同的气态伴生物，如果这些气态物的闪点低，则还会给干化系统的安全带来问题，而油脂、盐类本身在不同温度段的相态变化，将给中间停机和冷态输送带来困难。如果干燥器工作原理不适合，产品在某个特定含固率下，可能因为不正常停机或无法清空，而在干燥器内或某些输送位置上形成难以清除的结垢，就会使重启十分困难。
针对以上可能出现的问题，在涡轮薄层干化工艺的设计中做了多方面的考虑，积累了丰富经验，最终按时达成了处理目标，同时也充分展现了这种工艺的强大和适应性。
在国内，化工行业会产生大量废碱液，这是业界十分头痛的难点废弃物之一。高浓度废碱液一直是严重影响污水处理厂正常运行的主要污染物来源。
此外，在制药行业，高危废物的菌丝体的安全处置一直没有得到重视。受到抗生素、疫苗等污染的菌丝体（包括废弃的鸡蛋液和蛋壳）如果被偷排到环境中，会严重污染地下水和周边土壤，对环境造成不可预料的破坏。有类于化工行业的废液，在国外菌丝体的安全处置一向也只有高温焚烧。涡轮薄层工艺基于其独特的给热强度，开发了高温干燥灭菌的方法，可以对菌丝体进行彻底灭活，这一工艺成为焚烧之外一种安全的处置方式，当然，在成本上要比焚烧便宜得多。
来自化工、制药企业的污水处理厂的污泥，有可能属于危废，除焚烧之外，干化可能是最安全、有效、廉价的减量方法。
随着国内环保力度日益加强，化工、制药企业的各种含水废弃物大多尚未得到妥善处置，建立污泥的减量处理设施已经被提上议事日程。根据国外的成熟经验，热干化减量是实现一些高含水、难点废弃物最终安全处置的必经之路。
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