《Process Safety and Environmental Protection》：Pyrolytic Behavior of Organic-Contaminated Industrial Waste Salts in a Fluidized Bed: Fluidization Performance and Agglomeration Behavior
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摘要如果处理不当，含有难降解有机污染物的工业废盐（IWS）会对环境造成严重威胁。热处理技术可以实现有机物的去除和盐的分离，但颗粒团聚仍是稳定运行的主要障碍。流化床热解技术能够提高气体与固体之间的接触效率以及热量和质量的传递，为研究和控制热处理过程中的颗粒团聚提供了有前景的方法；然
摘要
如果处理不当，含有难降解有机污染物的工业废盐（IWS）会对环境造成严重威胁。热处理技术可以实现有机物的去除和盐的分离，但颗粒团聚仍是稳定运行的主要障碍。流化床热解技术能够提高气体与固体之间的接触效率以及热量和质量的传递，为研究和控制热处理过程中的颗粒团聚提供了有前景的方法；然而，对于IWS而言，适宜的操作条件及其团聚行为仍知之甚少。本研究探讨了IWS的流化、热解及团聚行为，以确定合适的操作参数。当床层高度为5厘米、表面气体速度为0.146米/秒（Ug/Umf约为2.05）时，流化状态稳定。随着温度的升高，有机物的去除率显著增加，在450°C及以上的温度下，45分钟内COD的去除率超过90%。在大多数操作条件下，团聚指数保持在2%以下。在450°C时观察到短暂的团聚现象，30分钟后团聚指数达到最大值6.58%，但随后随着处理时间的延长或温度的进一步升高而减少。宏观和微观结构观察以及GC-MS分析表明，这种短暂的团聚与热解过程中残留有机物的热转化有关。这些发现为设计和管理这种工业废盐的热处理过程提供了有益的见解。
引言
工业废盐（IWS）是在处理高盐度废水（来自煤化工、氯碱、农药、制药和纺织行业）的过程中产生的固体残留物。在蒸发结晶过程中，难降解的有机污染物不可避免地会在结晶盐相中富集（Date等人，2022年；Shi等人，2020年）。因此，IWS成为一种由NaCl、Na?SO?及多种有机杂质（包括胺类、酚类、苯衍生物、有机酸和杂环化合物）组成的异质有机-无机颗粒系统（Feng等人，2025年；Zhao等人，2021年）。残留的有机污染物通过改变盐的溶解度、亚稳态区域的宽度及晶体质量来阻碍其再利用（Fang等人，2022年），从而使得回收的盐无法直接用于氯碱电解和工业盐替代等用途（Zhou等人，2023年）。因此，有效去除有机污染物对于控制污染和回收IWS资源至关重要。
已经有多种技术被用于净化受有机污染的废盐，包括电渗析（Pisarska等人，2017年）、生物处理（Mehrzad等人，2023年）和双极膜电渗析（Yao等人，2019年）。然而，这些方法通常需要先重新溶解结晶盐，从而增加了工艺的复杂性并产生了额外的废水。此外，生物和化学处理方法对难降解有机污染物的去除效率较低，且难以大规模应用于高盐度固体废物的处理（Feng等人，2025年）。因此，热处理技术因能够直接处理固体盐基质而受到越来越多的关注（Li等人，2019年）。其中，热解技术尤为吸引人，因为它可以在相对适中的温度下有效分解有机杂质，同时保留主要的无机盐成分。Xi等人（2023年）展示了通过热解去除工业废盐中有机污染物的可行性，并进一步考虑了利用净化后的盐进行能量存储的应用。Dong等人（2024年）结合实验和数值方法研究了废盐中有机污染物的热解特性，指出热分解行为与温度分布和传热条件密切相关。这些研究表明热解技术适用于IWS的处理，但处理效果极大地依赖于操作条件。在500°C附近进行热解可以显著降低工业废盐中的有机杂质和COD含量（Zhao等人，2023年）。然而，在加热过程中颗粒的团聚仍然是影响IWS热处理稳定性的主要因素。
颗粒团聚是限制工业废盐热处理的主要挑战之一，因为它会恶化气体与固体之间的接触，降低热量和质量的传递效率，最终可能导致反应器运行不稳定甚至失流。先前的研究表明，废盐热处理过程中的团聚可能由多种机制引起，具体取决于盐的成分和操作条件（Morris等人，2018年）。一种广泛接受的机制是形成低熔点盐或共晶相，这些物质会在颗粒间形成熔融桥，导致不可逆的颗粒粘附（Sevonius等人，2019年；Long等人，2023年）。此外，热解产生的粘性有机物可能在高温下进一步分解之前暂时粘结相邻颗粒（Burton和Wu，2012年）。随着热解的进行，这些有机中间体可能转化为碳质残留物，进一步促进富含碳的聚集体形成（Urciuolo等人，2020年）。最近的研究还表明，在废盐热解过程中，有机分解和颗粒团聚可能同时发生（Wang等人，2025年）。然而，有机转化与团聚演变之间的关系仍不明确，这使得难以确定适合稳定热处理的操作条件。
与固定床反应器相比，流化床具有更好的气体-固体接触效果、更快速的热量和质量传递以及连续的颗粒混合能力，使其适用于颗粒材料的热处理（Kunii和Levenspiel，1991年）。在流化床配置中，鼓泡流化床特别适合实验室规模的研究，因为它们在适中气体速度下提供稳定的运行和明确的流体力学特性。先前的研究表明，在适当的气体速度下，工业废盐可以实现稳定的流化（Li等人，2017年）。此外，气体速度和鼓泡行为等流体力学条件显著影响团聚体的形成和破裂（Tang等人，2023年；Gao等人，2025年）。然而，对于工业废盐的鼓泡流化，尤其是如何在最小化颗粒团聚的同时实现稳定流化，目前尚未系统地建立合适的操作条件。
本研究在垂直流化床反应器中考察了典型煤化工废盐的流化和热解行为。首先通过流化实验根据压降特性和气泡演变确定合适的操作条件，随后进行热解实验以评估不同温度和处理时间下的有机物去除率和颗粒团聚情况。通过宏观观察、团聚评估和微观结构表征进一步研究了短暂的团聚现象。本工作旨在确定适合有机污染废盐热处理的鼓泡流化条件，并阐明有机转化与团聚演变之间的关系。
章节片段
材料和热解装置
该工业废盐样本取自中国山西省 Qingxu 的一家焦化厂。废盐的体积密度为1182千克/立方米，真密度为2092千克/立方米。其元素组成通过X射线荧光（XRF）进行分析，结果总结在表1中。干燥后的废盐主要由钠基无机盐组成，同时还含有有机污染物和微量无机杂质。根据元素组成分析，NaCl、Na?SO? 和 NaNO? 是主要的盐类成分。
气体湿度对流化行为的影响
图3比较了在不同气体流速下，干燥空气和潮湿空气条件下，初始床层高度为5厘米时的轴向累积压降曲线（P?-P）。在干燥空气中，压降在底部0-5厘米范围内急剧增加，随后在上部区域几乎保持恒定。这一分布表明大部分床层阻力集中在颗粒床内，而上部区域悬浮颗粒较少。
结论
本研究探讨了受有机污染的工业废盐（IWS）的流化和热解行为，重点关注操作条件、有机物去除率及团聚演变过程。主要结论如下：
(1)IWS颗粒表现出典型的Geldart B行为，进气湿度显著影响流化稳定性。结合压降分析和视觉观察，确定5厘米的床层高度和0.146米/秒的表面气体速度（Ug/Umf ≈ 2.05）为合适操作条件。
CRediT作者贡献声明
Zhenyi Wang：撰写初稿、方法论设计、数据分析、概念构思。Gengxin Liu：撰写初稿、验证结果。Hanchuan Liu：撰写、审稿与编辑、验证结果、实验设计。Yinfeng Wang：撰写、审稿与编辑、监督工作、方法论设计、资金申请、概念构思。Lei Wang：撰写、审稿与编辑、数据分析、概念构思。Yuezhao Zhu：撰写、审稿与编辑、资金申请。Xiaotao Bi：撰写、审稿与
在准备本论文的过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来提升文本的可读性和语言表达。使用该工具后，作者对内容进行了必要的修改，并对发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明他们没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢江苏省高等教育自然科学基金（23KJA480003）的支持。
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