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固体废弃物焚烧尾气处理

        固体废弃物是污染环境的重要污染源之一,随着工业生产的发展和人们生活水平的提高,固废的种类越来越多,产生量也日益庞大。就兰州市而言,到“十一五”末,300多万人口,每天产生垃圾3000多t,其中仅有70%得到了简单的填埋,剩余部分都被分散堆放在城市周围。有关资料显示,目前我国城市垃圾和工业废渣堆存量已达70亿t,占用土地面积5亿m2。据测算,全国每年产生城市垃圾达1亿t以上,并以6%~10%的速度增长,而当今对垃圾的有效处理能力尚不足四成,加之长年累计的巨量垃圾,已形成全国性的垃圾公害与灾难,不断侵害着人类的现实生活,威胁着未来人类的生存。大量的垃圾造成了大气、土壤和水环境污染以及对人体的危害,已成为工业企业和城市发展的重大隐患。近年来,我国有一批垃圾处理场相继建成,这些垃圾场的建设,为我国今后城市垃圾处理提供了宝贵经验。
       目前,固体废弃物的治理方法有:卫生填埋法、集中焚烧法、堆肥法、回收利用再资源化和其他一些处置方法。而随着土地的日益减少,焚烧法越来越被很多国家所采用。随着垃圾焚烧技术的发展,二次污染的防治技术已经成为垃圾焚烧不可或缺的重要组成部分,它的成败直接影响到垃圾焚烧事业的发展。垃圾焚烧二次污染防治技术主要包括废气、废水、焚烧残渣处理技术以及噪音、臭气防治技术。其中焚烧废气的处理技术具有难点多、工艺复杂、处理成本高的特点。因此,废气处理技术在各项焚烧污染防治技术中占主导地位。本文就目前一些国家垃圾焚烧产生的废气的处理手段,对当前有效的废气处理手段进行总结。
1、固体废弃物的处理现状
       填埋、堆肥、焚烧是目前固体废弃物处理几种常见的方式,其中焚烧是处理固废较成熟的治理方法,但各种方法又有其各自存在的条件。理论上,固体废弃物的填埋处理是在处理场加设防渗层和覆盖层,顶层置土,避免固废掩埋后对地下、地表水及周围空间环境的污染。但由于填埋处理周期很长,占地面积大,渗滤液处理难度大,仍然有潜在污染的危险。美国、法国都有过固废填埋几十年后污染的先例。从一些文献报道来看,固废填埋自然产生的二恶英类毒物,通过大气和污水渗漏导致的环境污染不可忽视。因此,人们现在越来越反对深埋法处理二恶英,希望彻底破坏它们。从长远看,应该尽量减少填埋处理固废。
       将城市生活固废用于堆肥,即将垃圾中有机物堆肥发酵,生产农肥,也是国外处理固废的一种方式。这种方式的优点是资源化效果好,投资少,运行费用低。但这种“垃圾肥”肥效低,使用也不方便,销售量有限,只能因地制宜地采用,且需要配套的填埋设施。焚烧固废具有占地小、场地选择易、处理时间短、减量化显著(减重一般达70%,减容一般达90%)、无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点,在发达国家得到越来越广泛应用。目前,垃圾焚烧处理美国占16%,日本约占75%,德国和法国约占40%~50%,英国占9%~10%,加拿大占5%~6%。但是这种方式也存在缺点,主要是成本较高,易产生二恶英、苯并芘等有毒物质,造成二次污染。
       人们在探索让废弃物减量化、资源化、无害化的方式时,公认焚化废弃物是十分有效的。然而,应该认识到焚化废弃物正是产生二恶英类毒物的主要原因,大约有60%以上的二恶英来源于此。
2、焚烧产生的废气处理方法
       焚烧产生的废气主要包括烟尘、硫氧化物、氮氧化物、氯化氢、重金属、水银、二恶英等有害物质。它们对环境及人类的健康都构成严重威胁,必须加以妥善处理。废气的处理一般分为两个方面:一是烟尘的处理;二是有毒有害物质的处理。
       烟尘的处理相对比较简单,布袋除尘器、静电除尘器、都可以使用。其中旋风除尘器的处理效率在70%左右,对于颗粒物去除效果比较差。静电除尘器一般在95%以上,而且集尘面积和电场强度较大,通过的废气流速越慢,除尘效果越好。但是电除尘没有废气处理能力,在对颗粒物完成处理后须增加一级废气处理设备。布袋除尘器的除尘效果较好,但布袋的使用十分苛刻。温度太低会结雾,温度太高会烧毁,烟气含水率太高会引起灰尘粘结在布袋上而导致清灰的困难。同时布袋不耐酸碱腐蚀,为了保护布袋必须在其前增加脱酸设备,增加设备投资。
去除有毒有害的气体相对比较困难,焚烧废气中的有毒有害气体种类较多,有氯化氢、硫氧化物、氮氧化物、以及重金属、水银和二恶英类等物质。去除这些物质的方法及工艺流程比较复杂,无法采用单一的装置将它们一同去除。
2.1氯化物及硫氧化物的去除
       氯化氢的去除方法有三种:湿式洗涤法、半湿式洗涤法、干式处理法。
       湿式洗涤法主要是使用苛性钠等碱性溶液,在适当的排气温度(70℃)条件下对排气进行洗涤,从而达到去除氯化氢的目的。湿式洗涤法一般都设置在除尘器的后面。湿式洗涤法的特点是:(1)不仅可以去除氯化氢,还可同时去除硫氧化物和部分微粒烟尘和重金属;(2)去除率较高,在70℃下可使氯化氢的浓度降至标准以下;(3)建设及管理费用高,洗涤废水须经废水处理系统进行处理,使焚烧设施增加废水处理系统。
2.2焚烧产生二恶英的排放及防治
2.2.1二恶英的形成机理及控制技术
       二恶英又称二氧杂芑,是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质,二恶英实际上是二恶英类一个简称,它指的并不是一种单一物质,而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物,共有210种。二恶英不仅产生在垃圾焚烧过程中,在造纸的漂白过程、农药等有机氯化合物的生产过程、甚至汽车尾气、森林火灾、吸烟等均可产生数量不同的二恶英。
2.2.2垃圾焚烧中产生二恶英的主要原因
       一是垃圾本身含有二恶英;二是垃圾中有氯苯酚、氯苯、多氯联苯以及聚氯乙烯等含氯有机物,在焚烧过程中燃烧不充分,在O2及CO存在的情况下产生二恶英;三是在废气冷却过程中上述物质形成二恶英,特别是在250~400℃时易产生。
2.2.3控制二恶英产生的原则
       一是温度:应保持炉内温度在800℃以上,最好是900℃,使二恶英完全分解;二是时间:在焚烧炉内保持足够的烟气高温区停留时间,一般在1~2s以上。在烟气的处理过程中则应尽量缩短在250~400℃温度域的停留时间,以避免二恶英的产生;三是涡流:优化焚烧炉的炉型及二次风的喷入方法,使烟气充分混合搅拌,以达到充分燃烧使二恶英分解的目的。
2.2.4烟气中二恶英的处理
       一是喷入粉末活性炭吸附;二是设置催化分解器使其分解;三是设置活性炭吸收塔吸收二恶英。
2.2.5飞灰中二恶英的处理
       一是在还原性状态、450℃以上条件下使其分解;二是在1300℃以上使飞灰熔融分解;三是超临界水解法分解二恶英。
2.3二恶英类污染控制技术与对策
       生活垃圾焚烧的二恶英类污染控制是一个系统工程,需要在垃圾处理的各个阶段进行综合控制。控制垃圾焚烧中二恶英类污染的技术可以归纳为三方面:炉内控制生成、炉后抑制合成和尾气净化去除二恶英类。
2.3.1生活垃圾前处理
       针对我国目前垃圾热值普遍比较低的特点,垃圾在进入焚烧炉之前进行适当的分选是十分必要的。即采用人工和机械相结合的方式,分选出不适合进人生活垃圾焚烧炉的物质。垃圾热值对焚烧效率影响重大,垃圾分选可以将砖石、渣土等去除,能有效提高垃圾的热值。分捡出金属等进行回收利用。同时又可以减少用于焚烧的垃圾量。
       垃圾分选首先要求居民分类丢弃垃圾。市政环卫部门在收集生活垃圾时按类进行,区分出适合焚烧和适合填埋利用的成分,进行垃圾分流。在生活垃圾焚烧厂,使用先进的设施进行分选,如利用磁分选设备去除垃圾中的铁类化合物。
2.3.2垃圾焚烧过程
       垃圾在焚烧炉内得以彻底焚毁是减少二恶英类生成的主要控制措施之一。保证焚烧炉出口烟气的足够温度、烟气在燃烧室内停留足够的时间、燃烧过程中适当的湍流和过蚤的空气供给也称“三T+E”控制法。国家环保局《生活垃圾焚烧污染控制标准GWKB-2000》对焚烧炉技术性能指标提出了严格的要求。规定烟气出口温度≥1000℃时,需停留时间≥1s,焚烧炉出口烟气中氧含6%~12%。在垃圾焚烧过程中,HC气体经过反应生成Cl2,是二恶英类产生的重要条件,可以添加生石灰等脱氧剂将生活垃圾燃烧产生的HCl气体转移到固体灰渣中。
2.3.3尾气净化技术
       由于烟气冷却过程中会生成二恶英类,一般采用喷雾干燥或其他急冷措施使烟气快速降温,减少烟气冷却过程中的二恶英类的生成。
       焚烧产生的烟气必须经过严格的净化才能向大气排放,由于尾气净化设施是二恶英类向大气排放的最后屏障,因此必须有严格的质量保证,才能使生活垃圾焚烧向环境排放的二恶英类不超过允许浓度范围。尾气净化技术主要有催化分解和物理吸附两类。
       催化分解利用催化剂分解焚烧尾气中的二恶英类,在一定温度下可以将二恶英类彻底分解成CO2和H2O。
       物理吸附主要由活性炭吸附和袋式除尘器吸附,而且两种措施一般结合使用。在袋式除尘器之前设置活性炭的喷射装置,喷入粉末活性炭吸收二恶英类和其他有害物质,或者设置专用的活性炭塔吸收二恶英类。活性炭吸附没有选择性,对各类有机污染物和重金属均有较好的吸附效果。
2.3.4固废焚烧过程中飞灰的固化技术
       经过尾气净化装置后,焚烧过程产生的二嗯英类绝大部分进入到飞灰中。而且含有重金属,必须按照有毒有害废弃物进行处置。国外一般采用对飞灰进行熔融固定化的方式进行处理,但是成本比较高。我国一些大型垃圾焚烧厂的飞灰固化是采用水泥固化,并存放在水泥制成的地下贮存室里。水泥固化原料成本较低,由于水泥的孔隙较大,固化体在水中长期浸泡后,有害重金属浸出率仍然较高。化学方法将飞灰掺合并包容在密实的惰性材料中使其稳定化。将无毒的无机胶粘剂与飞灰掺合,制成初级固化体,再将初级固化体包容于无毒热熔胶料中制成终极固化体,所形成的固化体具有良好的抗渗透性、抗浸出性、抗冻融性及一定的机械强度等。
3国内外垃圾焚烧技术现状和存在的问题
3.1国外焚烧技术
3.1.1炉排炉
       采用间歇式逆向倾斜往复炉排,火种与垃圾混合好,易于干燥和着火。垃圾层间搅拌充分均匀,有利于完全燃烧、干燥、着火、燃烧和燃尽等一系列过程都在炉排上完成,处理效率高、燃烧稳定、炉温及锅炉蒸发量变动很小。
3.1.2硫化床焚烧炉
       炉堂内物料实施内部循环,增加垃圾在炉膛中停留时间,倾斜布置的布风板有利于垃圾中不燃物及时排出。
3.1.3控制空气燃烧炉
       在硫化床中供应有限的空气,实行垃圾煤气化,但在该气化炉中垃圾的气化反应较慢,而生成的气体热值却很高,垃圾中的金属可在无氧化状态下回收。在旋转熔融炉中含碳气体与助燃空气旋转混合进行高温燃烧。由于垃圾本身的发热值低且不稳定,水分又高,具有一定的腐蚀性,因此在设计垃圾锅炉及其燃烧设备时均应采取对策。一般锅炉取次中压或更低压力的饱和蒸汽,少数为过热蒸汽。垃圾在进炉前都采用严格的脱水、破碎和分选等预处理工艺,但在运行中设备故障率仍较高。
3.2国内焚烧技术
       虽然我国的垃圾焚烧厂还比较少,但由于技术开发的起点不同和经济投人的差异,实际效果也有较大不同。
国内垃圾焚烧炉主要有以下几类。
3.2.1引进国外炉型
       深圳垃圾焚烧厂是其中的代表。该厂焚烧炉是引进日本三菱重工的产品,采用马丁炉排,饱和蒸汽发电,尾气用静电除尘器处理。与国内同类产品相比,该工艺具有技术先进、运行稳定、可回收能量等优点。而且由于中国垃圾未分类收集,玻璃碎片等硬物会影响传动系统,需定期停炉清理。此外还有些引进的固定炉排焚烧炉,灰渣热灼减量大。
3.2.2参照国外先进工艺自制较为完善焚烧炉
       北京昌平垃圾处理厂和常州垃圾处理厂就是其中的代表。
       采用链条炉排垃圾焚烧炉,有较完整的控制及尾气处理系统,有的还实现了蒸汽热能回收。
3.2.3国内自制的简单焚烧炉
       四川乐山焚烧炉为其中的代表,该焚烧炉是自然引风固定炉排炉,垃圾经分选后焚烧,尾气不加处理。其工艺特点为:工艺简单、价格低廉、燃烧控制难、劳动强度大、燃烧不充分、二次污染有待解决。此外,还有一些科研院所在研究硫化床焚烧炉,但价格较贵,也不适合直接焚烧未分类、灰分高的垃圾。总的说来,我国的垃圾焚烧处理设备种类各异,技术参差不齐,城市应根据经济水平和技术要求采用不同的焚烧炉。一般说来,经济发达城市宜采用技术水平高的引进焚烧炉,中小城市或大城市的郊区宜采用性能价格比相对较高的国产焚烧炉。
       近年来,国内外对城市固体废弃物焚烧尾气的防治给予了极大的关心,具体可归纳为以下几类:
1)通过改善燃烧状态,抑制二恶英类物质的产生。
2)通过采用高效的焚烧尾气处理系统,吸附尾气中残存的前驱物质并防止其重新合成二恶英类物质。
3)通过焚烧灰渣的高温熔化处理,使灰渣中残存的二恶英类物质热分解,达到无害化处理。

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