【技术汇】生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺选择及案例分析
危险源化工装置危废处置：化工装置残留危险化学品，化工物料，废水、废气、固废及危废等三废无害化处置
手艺 | 协同处置垃圾渗滤液的水泥窑污染物排放研究
北极星大气网
泉源:水泥 作者:龙红艳
2020/12/22 9:45:25 我要投稿
所属频道: 大气治理 关键词:大气污染物 水泥窑协同处置 污染物排放
北极星大气网讯:摘要
为考察协同处置垃圾渗滤液对环境的影响，本研究选择1条规模为2 500 t/d的协同处置垃圾渗滤液水泥回转窑，对协同处置垃圾渗滤液后烟气中重金属、HF、HCl及碳氢化合物排放浓度举行剖析测试，研究其排放特征。效果注释，与未举行协同处置的烟气重金属污染物的排放浓度相比，协同处置垃圾渗滤液后的烟气中Cr、Cd、As三种污染物转变不显著，而烟气中Mn的排放浓度增添2.31 μg/m3，其次是Pb和Hg，划分增添了0.93 μg/m3和0.88 μg/m3。接纳协同处置垃圾渗滤液前后两种条件下烟气中总有机碳无显著转变，烟气中总有机碳含量均为35 mg/m3。HF排放浓度高于协同处置固体废物水泥窑大气污染物最高允许排放浓度。
近年来，随着我国都市化、工业化的快速生长，我国固体废物发生量也在逐年增添，2018年天下200个大中都市的一样平时工业固体废物、工业危险废物、医疗废物和生涯垃圾发生量划分到达1.51×109 t、4.64×107 t、8.17×105 t和2.11×108 t，对生态环境组成严重威胁。天下过半的都市遭受到垃圾围城的逆境，行使水泥窑协同处置固体废物和生涯垃圾已成为我国实现固体废物和生涯垃圾减量化、无害化和资源化的重要途径。国际上水泥窑协同处置废物手艺最先于20世纪70年代，于1974年加拿大Lawrence水泥厂首次开展协同处置废物试验，随后美国的Peerless，德国Ruderdorf等十多家水泥厂先后举行研究与应用。我国水泥窑协同处置废物手艺起步较晚，从20世纪90年代最先开展行使水泥窑处置危险废物和都市生涯垃圾的研究工作[5]，随着我国工业化、都市化的快速生长，固体废物与生涯垃圾日益增进，我国水泥窑协同处置废物手艺获得快速生长，现在我国水泥窑可协同处置种种固体废物，包罗危险废物、生涯垃圾、都市和工业污水处置污泥、动植物加工废物、受污染土壤、应急事宜废物等。2019年，天下已有20多个省份建成或正在推进建设水泥窑协同处置垃圾、污泥、危险废弃物等生产线150条。水泥窑协同处置是将知足入窑要求的固体废物作为水泥的辅助质料投入水泥窑，行使水泥回转窑作为焚烧装备，与其他质料一起在高温条件下焚烧，将固体废物中有毒有害因素彻底剖析，实现了固体废物的减量化、资源化和无害化，同时接纳热量，缓解了我国固体废物处置能力不足造成的环境压力，提高了突发事宜废物处置能力，也是控制环境风险，促进循环经济生长的要求。
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我国对水泥窑协同处置危险废物、生涯垃圾、都市和工业污水处置污泥等固体废物举行了大量研究与应用，水泥窑协同处置废物历程除释放大量的颗粒物、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）等通例污染物外，还向大气排放部门氯化氢（HCl）、氟化氢（HF）、细颗粒物PM2.5、重金属等非通例污染物。重金属元素在燃烧历程中从煤及质料中释放出来，履历一系列物理化学转变，最终随着烟气、飞灰和炉渣排入环境，对包罗大气、水以及土壤在内的生态环境发生污染。HCl是继SO2、NOx后引起酸性污染的第3大污染源，而且固体废物焚烧历程中Cl是形成二�f英的必要条件，而后者给环境带来了严重的影响。我国《水泥窑协同处置固体废物污染控制尺度》（GB 30 485―2 013）中对HCl、HF、汞、砷、镉、铅、铬、锰、铜等非通例污染物有明确的排放限值。
水泥窑协同处置生涯垃圾和工业污泥时，垃圾、工业污泥堆放历程中会发生大量垃圾渗滤液，由于浓度高、因素重大，可能污染土壤、地下水等。少数协同处置企业接纳向质料及煤中喷洒的设施，极易使渗滤液进入土壤、地下水，同时渗滤液发生的废气直接进入空气，引起二次污染。现在有研究将垃圾、污泥废液喷入水泥窑剖析炉，行使高温加热使渗滤液中的有机物剖析，不仅实现垃圾渗滤液的无害化处置，还可行使废液中的有机物因素，到达节能的目的。
现在，我国水泥窑协同处置手艺主要集中在对固体废物的运用及研究上，对于水泥窑协同处置垃圾渗滤液的研究较少，缺少基于实测的污染排放特征研究，本研究选择1条2500 t/d水泥回转窑协同处置垃圾渗滤液生产线举行测试，研究协同处置废液水泥窑重金属、HF、HCl及碳氢化合物的排放特征。现在水泥窑协同处置废液应用较少，相关研究处于探索阶段，也没有相关的尺度政策。随着垃圾渗滤液等废液协同处置需求量的增大，水泥窑协同处置废液将会大量推广应用。本研究可为水泥窑协同处置污染防治措施及相关政策提供依据。
1 研究工具及方式
1.1 测试工具和试验条件
本测试工具为1条协同处置垃圾渗滤液的水泥窑，其规模为2 500 t/d，窑尾耗煤量为12~15 t/h，剖析炉尺寸Ф4 000 mm×27 250 mm，剖析炉温度为860~920 ℃，窑尾平均烟气流量为270 713 m3/h。
垃圾渗滤液来自于距水泥窑5 km的一处垃圾填埋场，为经沉淀后的垃圾渗滤液原液。废液添加量为0.51 t/h。表1为垃圾渗滤液的化学因素剖析效果，剖析效果注释垃圾渗滤液中砷、铬浓度较高，划分为44.5 μg/L和50.4 μg/L。
1.2 烟气重金属采样剖析方式
本研究接纳美国EPA Method 29[13]尺度方式对烟气中重金属举行采样，该方式包罗了Hg、Cr、Cd、As、Pb等14种重金属采样的剖析测试。接纳APEX XC-572采样系统，采样装置如图1所示。采样点设置在除尘后，平行样采集3次。颗粒态重金属由石英纤维滤纸捕捉，气态重金属通过HNO3/H2O2溶液和KMnO4/H2SO4溶液吸收。采样历程为等速采样，采样时间约1 h，采样量为1 m3左右。
以颗粒物形态存在的重金属剖析参照美国ASTM D6414[14]的尺度方式，首先将采集到滤膜上的样品举行恢复、消解，然后接纳原子吸收光谱法或ICP-AES丈量其汞等重金属含量。HNO3/H2O2溶液吸收液体样品通过接纳后，一部门通过吸收光谱法或ICP-AES丈量汞，一部门经由消解等预处置后，剖析Cr、Cd、As、Pb等其他重金属。KMnO4/H2SO4溶液吸收的液体样品则所有用于剖析汞。
1.3 含碳化合物测试方式
参考EPA Method 25A及HJ/T 38―2 017，接纳FID在线监测方式测试烟气中的非甲烷总烃、总有机碳。接纳电化学剖析法对烟气中CO举行测试。
1.4 氯化物、氟化物测试方式
划分接纳HJ/T 27和HJ/T 67对氯化氢和氟化氢举行采样，接纳离子色谱法划分剖析氯离子及氟离子因素。
2 效果与讨论
2.1 协同处置垃圾渗滤液水泥窑重金属排放特征
图2为水泥窑协同处置垃圾渗滤液前后窑尾除尘器出口烟气Hg、Cr、As、Pb、Cd、Mn 6种重金属排放浓度的测试效果。图2注释，协同处置垃圾渗滤液时窑尾除尘器出口Mn排放浓度最高，达8.77 μg/m3。其次依次是Cr、Hg、Pb、Cd、As，划分为4.69 μg/m3、4.03 μg/m3、3.44 μg/m3、1.57 μg/m3、0.98 μg/m3。
与未处置垃圾渗滤液时的烟气重金属污染物的排放浓度对比发现，协同处置垃圾渗滤液时，Cr、Cd、As三种污染物的排放浓度转变不显著，而烟气中Mn的排放浓度增添2.31 μg/m3，其次是Pb和Hg，划分增添了0.93 μg/m3和0.88 μg/m3。
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水泥窑窑尾除尘后烟气中的重金属排放浓度主要与水泥窑质料重金属含量、重金属自己特征、除尘器除尘效率、重金属的固化效率、水泥窑的运行工况等有关。由于质料中Cd含量最低，因此烟气中Cd含量最低；重金属自己性子对重金属浓度有影响，Hg是一种易挥发金属，在高温下极易逸散到烟气中，凭证苏达根等[15]研究发现新型干法窑生产中，Hg的逸放率高达90%~96%，这也说明晰汞在垃圾渗滤液中的含量较低的情况下，在经由协同处置后烟气中含量较高的缘故原由。除尘器对各重金属的脱除效率差异，Ruud Meij等研究发现静电除尘器对汞的脱除效率为50％，禾志强等研究发现布袋除尘器对汞的脱除效率为22.18％，邓双等研究发现静电除尘器对铅的脱除效率为91.85%，而布袋除尘器对铅的脱除效率为95.12%，因此除尘器对各重金属的脱除效率差异会影响除尘后重金属的排放浓度。水泥窑对差异重金属的固化效率差异，据张俊丽等研究注释水泥窑对Cd的固化率为29%，Cr为94%，Pb为81%；兰明章等研究注释水泥窑对Cd的固化率为88.1%，Cr为83.8%，Pb为86.3%。水泥窑的运行工况差异，停留时间增进，温度升高，对重金属从熟料向烟气中转化起到促进作用。协同处置垃圾渗滤液前后水泥熟料中重金属的含量如表2所示。
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图2 窑尾除尘后烟气中重金属浓度图片
表2 协同处置垃圾渗滤液前后熟料中重金属因素mg/kg
2.2 协同处置废液水泥窑有机物排放特征
为考察协同处置垃圾渗滤液对水泥窑烟气中总有机碳的影响，接纳在线FID方式测试了垃圾渗滤液脱硝及氨水脱硝后烟气中总有机碳的转变，效果划分如图3、图4所示。效果注释，接纳协同处置垃圾渗滤液前后两种条件下烟气中总有机碳无显著转变，烟气中总有机碳含量均为35 mg/m3。
图3 协同处置垃圾渗滤液时烟气总有机碳排放
图4 未协同处置垃圾渗滤液时烟气总有机碳排放
为研究烟气脱硝对CO排放浓度的影响，接纳电化学法划分对协同处置垃圾渗滤液前后两种条件下烟气CO排放浓度举行测试。图5、图6划分为协同处置垃圾渗滤液前后窑尾烟气CO浓度测试曲线。
从图5和图6可以看出，未协同处置垃圾渗滤液时CO平均排放浓度45 mg/m3，协同处置垃圾渗滤液时代CO平均排放浓度为48 mg/m3，连系两次试验的烟宇量，两次试验时代CO的排放量相比差异不大。这说明垃圾渗滤液脱硝不会降低燃料燃烧效率或提高可燃因素损失率，从而造成燃料的虚耗。
2.3 协同处置垃圾渗滤液水泥窑HCl和HF排放特征
在窑尾除尘器出口处接纳等速采样法采集烟气中HCl和HF，平行采样3次。测试效果注释，HF和HCl排放浓度划分为1.32~2.12 mg/m3和7.3~8.7 mg/m3，平均排放浓度划分为1.68 mg/m3和8.2 mg/m3，如表3所示。其中HF高于协同处置固体废物水泥窑大气污染物最高允许排放浓度1 mg/m3。
图5 未协同处置垃圾渗滤液时CO排放测试效果
图6 协同处置垃圾渗滤液时CO排放测试效果
表3 协同处置废液烟气HCl和HF排放特征
3 结论
（1）协同处置固体废物的水泥窑较多，而协同处置垃圾渗滤液等废液的较少。窑尾协同处置垃圾渗滤液时烟气中有重金属、碳氢化合物、HF、HCl等排放。
（2）垃圾渗滤液中主要含Hg、Cr、As、Pb、Cd、Mn等重金属污染物，协同处置垃圾渗滤液时窑尾除尘器出口Mn排放浓度最高，达8.77 μg/m3。其次依次是Cr、Hg、Pb、Cd、As，划分为4.69 μg/m3、4.03 μg/m3、3.44 μg/m3、1.57 μg/m3、0.98 μg/m3。与未处置垃圾渗滤液时的烟气重金属污染物排放浓度对比发现，Cr、Cd、As三种污染物转变不显著，而协同处置垃圾渗滤液时烟气中Mn的排放浓度增添2.31 μg/m3，其次是Pb和Hg，划分增添了0.93 μg/m3和0.88 μg/m3。
（3）接纳协同处置垃圾渗滤液前后两种条件下烟气中总有机碳无显著转变，烟气中总有机碳含量均为35 mg/m3。HF高于协同处置固体废物水泥窑大气污染物最高允许排放浓度。
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