农村厨余垃圾与农林废弃物协同处理利用技术介绍

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都市生涯垃圾焚烧历程中二次污染物的天生与控制

北极星大气网  
泉源:环境污染治理手艺与装备  作者:李诗媛 别如山  
2020/11/11 14:13:07  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:垃圾焚烧烟气 生涯垃圾焚烧 废气处置

北极星大气网讯:在我国,接纳焚烧法处置都市固体垃圾,逐渐获得推广和应用。然而焚烧带来的二次污染物,如二�f英、细颗粒、重金属、HCl以及SOx、NOx等也随之引起了普遍关注。本文对垃圾焚烧历程中种种二次污染物的发生机理及其控制方式举行了综述。而且指出近期我国都市固体垃圾焚烧烟气污染物的重点控制工具应为颗粒物、HCl、SOx和NOx。天禹智控研发的气体在线监测装备可实时在线监测气体因素浓度，对垃圾焚烧历程有着主要的意义。

一、二�f英的天生机理与控制方式

1.1二�f英的结构

二�f英是毒性很强的一类三环芳香族有机化合物,有2个或1个氧原子联接多个被氯取代的苯环,划分称为多氯二苯并二(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)。每个苯环上可以取代1)4个氯原子,共有75个PCDD异构体和135个PCDF异构体[1]。种种异构体的毒性有所差异,其中毒性最强的是2, 3, 7, 8-四氯二苯并二�f英(2, 3, 7, 8-TCDD)。常温常压下PCDD/Fs均为固体,熔点较高,通常在300e左右,难溶于水,易溶于脂肪,以是PCDD/Fs容易在生物体内积累。对PCDD/Fs的露出会引起皮肤痤疮、头痛、失聪、郁闷、失眠等症状。纵然在很微量的情况下,耐久摄取时也会致癌和致畸。

1.2 垃圾焚烧二�f英的形成

一样平时以为,有氯和金属存在条件下的有机物燃烧均会发生二�f英。统计发现,都市生涯垃圾焚烧发生的二量最多,其次是有害废弃物焚烧和医院废弃物焚烧等。1990年,日本/二0类发生总量为3940~8405 g TEQ/Y,主要发生源如表1所示。

表1 二主要发生源和发生量

都市生涯垃圾中含有20%~50%的有机物,这些有机物中大多含有碳、氢、氧3种元素。都市生涯垃圾剖析效果注释,垃圾中氯元素的泉源分为两类:一类是有机氯化物如聚氯乙烯塑料(PVC)、氯苯和氯酚等,主要漫衍在废塑料、废纸、废木料以及草木中;另一类是无机的氯化物如氯化钠、氯化镁等,主要漫衍在厨余、灰土等无机组分中。这些都是组成垃圾焚烧发生二�f英的最基本要素。一样平时以为,垃圾焚烧发生二�f英主要有以下两个途径:(1)炉内天生:在燃烧历程中,若缺氧燃烧,会天生二�f英的前驱物,这些前驱物与垃圾中的氯化物、O2、O离子举行重大化学反映,天生二�f英类物质;(2)尾部再度合成:不完全燃烧反映所天生的二�f英的前驱物以及垃圾中未燃尽的环烃物质,在烟尘中的Cu、Ni、Fe等金属粒子催化作用下,与烟气中的氯化物和发生反映,天生二�f英类物质,催化反映温度在300℃左右时,易天生二�f英类物质。

1.3二�f英的污染控制方式

1.3.1 改善燃烧手艺

接纳/3T0(turbulence、temperature、time)手艺,一样平时温度>850e,停留时间>2s,接纳二次风,使燃烧物与空气充实搅拌夹杂,造成富氧燃烧状态,削减二前驱物的天生。日本某垃圾焚烧厂接纳/3T0手艺,使焚烧炉出口PCDD/Fs的排放量从33.1 ng/m3下降到6.1 ng/m3,效果十分显著。也可接纳分段燃烧,一段燃烧处于缺氧还原区,所发生的二�f英类物质在二次燃烧室内彻底氧化剖析,二次燃烧室内温度较高,通常在1000e以上,有研究注释,二�f英去除率可达99.9999%。另外,有报道显示,接纳流化床燃烧方式,由于能够很好地知足/3T0手艺,可使二�f英排放量削减98%。

1.3.2 废气处置手艺

在实现完全燃烧降低二�f英的前驱物合成后,下面要解决的是残存的前驱物重新合成和天生的二�f英捕集的问题。通常接纳降低排烟温度,使气相中的二�f英转移到灰相中,然后使用布袋除尘器将二�f英除去。实验数据已证实,降低温度在抑制二�f英类物质的重新天生和提高吸附捕集效率两方面均很有用。控制袋式除尘器的入口温度在150e以下,由于合成二�f英类物质的催化反映温度为300e左右,因此其前驱物不能能在布袋式除尘器中催化合成二�f英物质。布袋除尘器在事情时,在滤布外面会形成颗粒层,废气中的二�f英类物质通过该层被吸附脱除,被吸附的二�f英类物质排至灰渣处置系统中。与袋式除尘器差异,若静电除尘器的入口温度在300℃左右,残存的前驱物重新合成二�f英。以是现在一样平时要求接纳布袋除尘器。该项手艺已应用于现实装备,取得显著效果。当排烟中细小粒子较少时,该处置方式效果下降,这时可接纳喷射中和酸性气体因素(HCl、SOx)的熟石灰或石灰浆,与布袋除尘系统团结使用,该系统去除二十分有用。也可在布袋除尘器前喷射活性炭粉末,它具有较大的比外面积,吸附能力较强,在排烟温度<220e,活性炭的添加量为飞灰量的5%~6%时,与布袋除尘器团结使用,二�f英的去除率在95%以上,接纳喷射熟石灰或石灰浆和活性炭粉末去除HCl、SOx和二�f英对照适合我国国情。

研究注释,去除烟气中的二�f英可以使用能够同时使二和NOx剖析的触媒,触媒质料为V2O5/TiO2。当烟气入口温度在200e左右时,二�f英去除率高达90%以上。最近的试验效果注释,在烟温410℃和670℃之间喷NH3、SO2、二甲胺、(CH3)NH和甲硫醇(CH3SH)等物质,颗粒相二�f英的去除率可达98%,二�f英总去除率达42%~78%。

1.3.3 灰渣熔融处置手艺

通过改善燃烧和废气处置手艺,最大限度削减排入大气的二�f英类物质的量,被吸附的二�f英类物质随颗粒一起进入灰渣系统中,以是灰渣中的二�f英的量比大气中的二�f英的量多得多。熔融处置手艺是通常的灰渣处置手艺,将灰渣送入温度为1200℃以上的熔化炉内熔化,灰渣中的二类物质在高温下,被迅速剖析和燃烧。实验证实,通过灰渣熔融处置事后,PCDD/PCDF的剖析率达99.77%。因此,灰渣熔融处置手艺是一种较为有用的灰渣处置手段。

二、 HCl的天生机理与控制方式

常温下,HCl为无色气体,有刺激性气息,极易溶于水而形成盐酸。HCl对人体的危害很大,对于植物,HCl会导致叶子褪绿,进而泛起变黄、棕、红至玄色的坏死征象。HCl对余热锅炉会造成过热器高温侵蚀和尾部受热面的低温侵蚀,例如深圳市垃圾焚烧炉过热器曾经只运行100 d就被HCl高温侵蚀损毁。

2.1 HCl的天生机理

一样平时以为垃圾焚烧炉烟气中HCl的泉源有两个:

（1）垃圾中的有机氯,如PVC塑料、橡胶、皮革等燃烧时剖析天生HCl;

(2) 垃圾中的无机氯化物如NaCl(来自厨房垃圾)与其他物质反映天生HCl,化学反映为:

H2O+2NaCl+SO2+0.5O2yNa2SO4+2HCl{(1)

2NaCl +mSiO2+ H2O = 2HCl + Na2O#mSiO2(2)(其中m=2, 4)

H2O+MgCl2+SO2+0.5O2yMgSO4+2HCl{(3)

2.2 HCl的脱除方式

2.2.1 抑制燃烧时HCl的天生量

Courtemanche等研究发现,在850~1050e炉温局限内,向炉内喷入磨碎的氢氧化钙、氢氧化镁、醋酸钙、醋酸镁、醋酸镁钙、甲酸钙、丙酸钙和苯甲酸钙粉等吸收剂时,可以削减HCl的天生量,HCl的脱除率为98%。文献也先容了向炉内喷氨削减HCl的方式。

近年来国内生活垃圾焚烧发电厂烟气净化组合工艺的应用选择

2.2.2 接纳HCl烟气处置装置

干式系统:烟气和吸收剂在吸收塔内反映脱除HCl。吸收剂接纳Ca(OH)2。Ca(OH)2吸收剂在反映塔内脱除HCl的反映为:

Ca(OH)2+2HClyCaCl2+2H2O(4)

半干式系统:石灰浆在喷雾吸收反映塔内被雾化,雾滴与热烟气相接触,经由重大的传热传质反映历程,HCl被脱除,脱除率较干式系统高,但成本也响应提高。湿式系统:烟气先经由布袋除尘器或静电除尘器后再进入湿式洗涤塔,脱除HCl的反映同式(4)。该系统HCl脱除率最高,但成本也最高。烟气悬浮吸收系统(gas suspension absorber,GSA)是气态污染物净化装备,是以循环流化床手艺为基础的烟气净化装置,普遍应用于垃圾焚烧炉气态污染物的控制。将未处置的焚烧烟气引入文丘里管,借助于文氏管内的喷嘴使Ca(OH)2干粉和水或石灰浆雾化后喷注于烟气中,在气体高度紊流状态下,使气固夹杂到达平均状态后进入循环流化床内。GSA内/固-气0比的平均局限约为0.5~1kg/m3,大量的吸收剂固体粒子在GSA内处于/流化0状态,与烟气中的酸性气体发生化学反映,净化后的烟气夹带着固体粒子进入旋风星散器,星散下来的吸收剂通过给料装置回送至反映塔(GSA)内,实现物料循环。该系统造价是湿式系统的60%。该系统用于丹麦Kara 4号垃圾焚烧炉的丈量效果见表2所示。

三、细颗粒和重金属污染物的控制

垃圾破碎和燃烧历程中会发生大量的细颗粒,颗粒的粒径巨细是决议其毒性作用的主要因素。实验注释,小于1.1Lm的颗粒很容易进入肺泡,被吸附在细颗粒上的有害物质会被人体吸收到血液中,颗粒粒径愈小,致突变活性愈高。细颗粒中含重金属元素包罗Hg、Pd、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Mn等,在这些污染物中含有为数可观的致癌、致突变、致畸化合物和若干有毒有害化学因素。对人体危害大的元素主要集中在小于3Lm的颗粒物中。以是,只要除掉烟气中的细颗粒,就能削减重金属的危害。

表2 GAS用于丹麦Kara 4号垃圾焚烧炉的丈量效果

名称 单元 入口浓度 出口浓度 去除率(%)

HCl mg/m3(11%O2) / 9 /

SO2 mg/m3(11%O2) / 51 /

HF mg/m3(11%O2) / 0.2 /

汞化物 mg/m3(11%O2) 0.122 0.007 94

二�f英 ng-TEQ/m 32.2 0.0024 99.1

国内外对垃圾焚烧重金属污染的控制研究大致可分焚烧前控制、焚烧历程中控制以及焚烧后控制三方面。

焚烧前控制:将垃圾分类分拣,将重金属浓度含量较高的废旧电池及电器、杂质等从原生垃圾中分拣出,可以大大削减垃圾焚烧产物中汞、铅和镉的含量。

焚烧历程中控制:主要是接纳控制空气燃烧法(CAO),即将垃圾在600~650e左右的一燃室热解、气化和固定碳燃烧,这样重金属不会升华,而保留在灰中。在二燃室中可燃气体在高温下燃尽,从而在燃烧历程中降低重金属的排放。

焚烧后控制:通常去除重金属污染的方式有:

(1)降温使重金属自然凝聚成核或冷凝成粒状物后被除尘装备捕集;

(2)喷射诸如活性炭等粉末,吸附重金属形成较大颗粒而被除尘装备捕集;

(3)催化转变,改变重金属种类,使饱和温度低的重金属元素形成饱和温度高的且较易凝聚的氧化物或络合物,被除尘装备捕集;

(4)将尾气通过湿式洗涤塔,去除其中水溶性的重金属化合物。对于汞的吸附现在应用较多的方式就是向烟气中喷入特殊试剂,如向烟气中逆喷Na2S形成HgS,因其不溶,颗粒大而较易捕捉,汞去除率达60%~90%。另外一种现在较为成熟、应用最多的控制手艺是,向烟气中喷入粉末状活性炭,其吸附机理为:气体分子向炭基体扩散,由于分子间范德华力的作用,而将这些扩散来的分子保留在外面,其脱除汞的效率达90%。对于焚烧炉中底灰、除尘器中的飞灰、烟囱残留灰以及湿式洗涤后所发生的污水中含有大量的重金属,会重新进入环境而造成二次污染。现在处置灰的方式主要有:水泥固化处置法、熔融固化处置法、药剂处置法及酸提出处置法等。

四、其他污染物(SOx、NOx)的天生与控制

SOx通常是由垃圾中含硫化物焚烧氧化时发生,另外,一些垃圾焚烧炉需要燃煤为辅助燃料以稳固燃烧,这也造成较多的SOx发生。SOx大部分是SO2,对大气污染危害较大。燃烧尾气中的这些有害气体通常接纳碱性介质吸收法,最常用的吸收剂为消石灰,常用的方式有湿法、干法和半干法三种,如HCl烟气处置装置相同。NOx主要来自垃圾中的有机氮的氧化。

一样平时NO在NOx中所占的比例为95%以上。现在,可接纳多种措施来削减NOx的排放,这些措施主要分为两类:

(1)燃烧控制,主要是分级燃烧和喷氨或尿素;

(2)燃烧后尾气处置措施,通常接纳选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)以及氧化吸收法等多种形式。SCR法是在催化剂存在的条件下,NOx被还原剂(一样平时为氨)还原为对环境无害的N2的净化方式。由于催化剂的作用,该反映在不高于400e的条件下即可完成。SCR法除了具有脱硝功效外,对二和HCl也具有较高的脱除率。日本和欧洲一些国家的垃圾焚烧电站大多加装了SCR脱硝装置。著名的奥地利斯皮提拉垃圾焚烧发电厂加装了SCR脱硝装置后,二的脱除率>95%, HCl脱除率>98%,SOx脱除率>95%。

五、结论

垃圾焚烧发生的二次污染是现在国内外配合关注的问题,也是垃圾能源化行使的关键所在。本文综述了垃圾焚烧历程中种种污染物的形成机理,而且划分先容了它们的控制方式。生涯垃圾的因素决议了焚烧烟气中污染物的原始浓度,我国的生涯垃圾因素差异于外洋,以是焚烧厂的烟气净化方案应根据具体情况并参考外洋手艺来确定。近期内我国生涯垃圾焚烧烟气污染物的重点控制工具应为颗粒物、HCl、SOx和NOx,并尽可能削减有机氯化物和重金属的排放。

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