固體廢棄物焚燒尾氣處理
固體廢棄物是污染環(huán)境的重要污染源之一，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的提高，固廢的種類(lèi)越來(lái)越多，產(chǎn)生量也日益龐大。就蘭州市而言，到“十一五”末，300多萬(wàn)人口，每天產(chǎn)生垃圾3000多t，其中僅有70％得到了簡(jiǎn)單的填埋，剩余部分都被分散堆放在城市周?chē)Ｓ嘘P(guān)資料顯示，目前我國(guó)城市垃圾和工業(yè)廢渣堆存量已達(dá)70億t，占用土地面積5億m2。據(jù)測(cè)算，全國(guó)每年產(chǎn)生城市垃圾達(dá)1億t以上，并以6％～10％的速度增長(zhǎng)，而當(dāng)今對(duì)垃圾的有效處理能力尚不足四成，加之長(zhǎng)年累計(jì)的巨量垃圾，已形成全國(guó)性的垃圾公害與災(zāi)難，不斷侵害著人類(lèi)的現(xiàn)實(shí)生活，威脅著未來(lái)人類(lèi)的生存。大量的垃圾造成了大氣、土壤和水環(huán)境污染以及對(duì)人體的危害，已成為工業(yè)企業(yè)和城市發(fā)展的重大隱患。近年來(lái)，我國(guó)有一批垃圾處理場(chǎng)相繼建成，這些垃圾場(chǎng)的建設(shè)，為我國(guó)今后城市垃圾處理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
目前，固體廢棄物的治理方法有：衛(wèi)生填埋法、集中焚燒法、堆肥法、回收利用再資源化和其他一些處置方法。而隨著土地的日益減少，焚燒法越來(lái)越被很多國(guó)家所采用。隨著垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展，二次污染的防治技術(shù)已經(jīng)成為垃圾焚燒不可或缺的重要組成部分，它的成敗直接影響到垃圾焚燒事業(yè)的發(fā)展。垃圾焚燒二次污染防治技術(shù)主要包括廢氣、廢水、焚燒殘?jiān)幚砑夹g(shù)以及噪音、臭氣防治技術(shù)。其中焚燒廢氣的處理技術(shù)具有難點(diǎn)多、工藝復(fù)雜、處理成本高的特點(diǎn)。因此，廢氣處理技術(shù)在各項(xiàng)焚燒污染防治技術(shù)中占主導(dǎo)地位。本文就目前一些國(guó)家垃圾焚燒產(chǎn)生的廢氣的處理手段，對(duì)當(dāng)前有效的廢氣處理手段進(jìn)行總結(jié)。
1固體廢棄物的處理現(xiàn)狀
填埋、堆肥、焚燒是目前固體廢棄物處理幾種常見(jiàn)的方式，其中焚燒是處理固廢較成熟的治理方法，但各種方法又有其各自存在的條件。理論上，固體廢棄物的填埋處理是在處理場(chǎng)加設(shè)防滲層和覆蓋層，頂層置土，避免固廢掩埋后對(duì)地下、地表水及周?chē)臻g環(huán)境的污染。但由于填埋處理周期很長(zhǎng)，占地面積大，滲濾液處理難度大，仍然有潛在污染的危險(xiǎn)。美國(guó)、法國(guó)都有過(guò)固廢填埋幾十年后污染的先例。從一些文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，固廢填埋自然產(chǎn)生的二惡英類(lèi)毒物，通過(guò)大氣和污水滲漏導(dǎo)致的環(huán)境污染不可忽視。因此，人們現(xiàn)在越來(lái)越反對(duì)深埋法處理二惡英，希望徹底破壞它們。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，應(yīng)該盡量減少填埋處理固廢。
將城市生活固廢用于堆肥，即將垃圾中有機(jī)物堆肥發(fā)酵，生產(chǎn)農(nóng)肥，也是國(guó)外處理固廢的一種方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是資源化效果好，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低。但這種“垃圾肥”肥效低，使用也不方便，銷(xiāo)售量有限，只能因地制宜地采用，且需要配套的填埋設(shè)施。焚燒固廢具有占地小、場(chǎng)地選擇易、處理時(shí)間短、減量化顯著（減重一般達(dá)70％，減容一般達(dá)90％）、無(wú)害化較徹底以及可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國(guó)家得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用。目前，垃圾焚燒處理美國(guó)占16％，日本約占75％，德國(guó)和法國(guó)約占40％～50％，英國(guó)占9％～10％，加拿大占5％～6％。但是這種方式也存在缺點(diǎn)，主要是成本較高，易產(chǎn)生二惡英、苯并芘等有毒物質(zhì)，造成二次污染。
人們?cè)谔剿髯審U棄物減量化、資源化、無(wú)害化的方式時(shí)，公認(rèn)焚化廢棄物是十分有效的。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到焚化廢棄物正是產(chǎn)生二惡英類(lèi)毒物的主要原因，大約有60％以上的二惡英來(lái)源于此。
2焚燒產(chǎn)生的廢氣處理方法
焚燒產(chǎn)生的廢氣主要包括煙塵、硫氧化物、氮氧化物、氯化氫、重金屬、水銀、二惡英等有害物質(zhì)。它們對(duì)環(huán)境及人類(lèi)的健康都構(gòu)成嚴(yán)重威脅，必須加以妥善處理。廢氣的處理一般分為兩個(gè)方面：一是煙塵的處理；二是有毒有害物質(zhì)的處理。
煙塵的處理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，布袋除塵器、靜電除塵器、都可以使用。其中旋風(fēng)除塵器的處理效率在70％左右，對(duì)于顆粒物去除效果比較差。靜電除塵器一般在95％以上，而且集塵面積和電場(chǎng)強(qiáng)度較大，通過(guò)的廢氣流速越慢，除塵效果越好。但是電除塵沒(méi)有廢氣處理能力，在對(duì)顆粒物完成處理后須增加一級(jí)廢氣處理設(shè)備。布袋除塵器的除塵效果較好，但布袋的使用十分苛刻。溫度太低會(huì)結(jié)霧，溫度太高會(huì)燒毀，煙氣含水率太高會(huì)引起灰塵粘結(jié)在布袋上而導(dǎo)致清灰的困難。同時(shí)布袋不耐酸堿腐蝕，為了保護(hù)布袋必須在其前增加脫酸設(shè)備，增加設(shè)備投資。
去除有毒有害的氣體相對(duì)比較困難，焚燒廢氣中的有毒有害氣體種類(lèi)較多，有氯化氫、硫氧化物、氮氧化物、以及重金屬、水銀和二惡英類(lèi)等物質(zhì)。去除這些物質(zhì)的方法及工藝流程比較復(fù)雜，無(wú)法采用單一的裝置將它們一同去除。
2.1氯化物及硫氧化物的去除
氯化氫的去除方法有三種：濕式洗滌法、半濕式洗滌法、干式處理法。
濕式洗滌法主要是使用苛性鈉等堿性溶液，在適當(dāng)?shù)呐艢鉁囟龋?0℃）條件下對(duì)排氣進(jìn)行洗滌，從而達(dá)到去除氯化氫的目的。濕式洗滌法一般都設(shè)置在除塵器的后面。濕式洗滌法的特點(diǎn)是：（1）不僅可以去除氯化氫，還可同時(shí)去除硫氧化物和部分微粒煙塵和重金屬；（2）去除率較高，在70℃下可使氯化氫的濃度降至標(biāo)準(zhǔn)以下；（3）建設(shè)及管理費(fèi)用高，洗滌廢水須經(jīng)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，使焚燒設(shè)施增加廢水處理系統(tǒng)。
2.2焚燒產(chǎn)生二惡英的排放及防治
2.2.1二惡英的形成機(jī)理及控制技術(shù)
二惡英又稱(chēng)二氧雜芑，是一種無(wú)色無(wú)味、毒性嚴(yán)重的脂溶性物質(zhì)，二惡英實(shí)際上是二惡英類(lèi)一個(gè)簡(jiǎn)稱(chēng)，它指的并不是一種單一物質(zhì)，而是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都很相似的包含眾多同類(lèi)物或異構(gòu)體的兩大類(lèi)有機(jī)化合物，共有210種。二惡英不僅產(chǎn)生在垃圾焚燒過(guò)程中，在造紙的漂白過(guò)程、農(nóng)藥等有機(jī)氯化合物的生產(chǎn)過(guò)程、甚至汽車(chē)尾氣、森林火災(zāi)、吸煙等均可產(chǎn)生數(shù)量不同的二惡英。
2.2.2垃圾焚燒中產(chǎn)生二惡英的主要原因
一是垃圾本身含有二惡英；二是垃圾中有氯苯酚、氯苯、多氯聯(lián)苯以及聚氯乙烯等含氯有機(jī)物，在焚燒過(guò)程中燃燒不充分，在O2及CO存在的情況下產(chǎn)生二惡英；三是在廢氣冷卻過(guò)程中上述物質(zhì)形成二惡英，特別是在250～400℃時(shí)易產(chǎn)生。
2.2.3控制二惡英產(chǎn)生的原則
一是溫度：應(yīng)保持爐內(nèi)溫度在800℃以上，最好是900℃，使二惡英完全分解；二是時(shí)間：在焚燒爐內(nèi)保持足夠的煙氣高溫區(qū)停留時(shí)間，一般在1～2ｓ以上。在煙氣的處理過(guò)程中則應(yīng)盡量縮短在250～400℃溫度域的停留時(shí)間，以避免二惡英的產(chǎn)生；三是渦流：優(yōu)化焚燒爐的爐型及二次風(fēng)的噴入方法，使煙氣充分混合攪拌，以達(dá)到充分燃燒使二惡英分解的目的。
2.2.4煙氣中二惡英的處理
一是噴入粉末活性炭吸附；二是設(shè)置催化分解器使其分解；三是設(shè)置活性炭吸收塔吸收二惡英。
2.2.5飛灰中二惡英的處理
一是在還原性狀態(tài)、450℃以上條件下使其分解；二是在1300℃以上使飛灰熔融分解；三是超臨界水解法分解二惡英。
2.3二惡英類(lèi)污染控制技術(shù)與對(duì)策
生活垃圾焚燒的二惡英類(lèi)污染控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要在垃圾處理的各個(gè)階段進(jìn)行綜合控制。控制垃圾焚燒中二惡英類(lèi)污染的技術(shù)可以歸納為三方面：爐內(nèi)控制生成、爐后抑制合成和尾氣凈化去除二惡英類(lèi)。
2.3.1生活垃圾前處理
針對(duì)我國(guó)目前垃圾熱值普遍比較低的特點(diǎn)，垃圾在進(jìn)入焚燒爐之前進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诌x是十分必要的。即采用人工和機(jī)械相結(jié)合的方式，分選出不適合進(jìn)人生活垃圾焚燒爐的物質(zhì)。垃圾熱值對(duì)焚燒效率影響重大，垃圾分選可以將磚石、渣土等去除，能有效提高垃圾的熱值。分撿出金屬等進(jìn)行回收利用。同時(shí)又可以減少用于焚燒的垃圾量。
垃圾分選首先要求居民分類(lèi)丟棄垃圾。市政環(huán)衛(wèi)部門(mén)在收集生活垃圾時(shí)按類(lèi)進(jìn)行，區(qū)分出適合焚燒和適合填埋利用的成分，進(jìn)行垃圾分流。在生活垃圾焚燒廠，使用先進(jìn)的設(shè)施進(jìn)行分選，如利用磁分選設(shè)備去除垃圾中的鐵類(lèi)化合物。
2.3.2垃圾焚燒過(guò)程
垃圾在焚燒爐內(nèi)得以徹底焚毀是減少二惡英類(lèi)生成的主要控制措施之一。保證焚燒爐出口煙氣的足夠溫度、煙氣在燃燒室內(nèi)停留足夠的時(shí)間、燃燒過(guò)程中適當(dāng)?shù)耐牧骱瓦^(guò)蚤的空氣供給也稱(chēng)“三T＋E”控制法。國(guó)家環(huán)保局《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)GWKB-2000》對(duì)焚燒爐技術(shù)性能指標(biāo)提出了嚴(yán)格的要求。規(guī)定煙氣出口溫度≥1000℃時(shí)，需停留時(shí)間≥1ｓ，焚燒爐出口煙氣中氧含6％～12％。在垃圾焚燒過(guò)程中，HC氣體經(jīng)過(guò)反應(yīng)生成Cl2，是二惡英類(lèi)產(chǎn)生的重要條件，可以添加生石灰等脫氧劑將生活垃圾燃燒產(chǎn)生的HCl氣體轉(zhuǎn)移到固體灰渣中。
2.3.3尾氣凈化技術(shù)
由于煙氣冷卻過(guò)程中會(huì)生成二惡英類(lèi)，一般采用噴霧干燥或其他急冷措施使煙氣快速降溫，減少煙氣冷卻過(guò)程中的二惡英類(lèi)的生成。
焚燒產(chǎn)生的煙氣必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的凈化才能向大氣排放，由于尾氣凈化設(shè)施是二惡英類(lèi)向大氣排放的最后屏障，因此必須有嚴(yán)格的質(zhì)量保證，才能使生活垃圾焚燒向環(huán)境排放的二惡英類(lèi)不超過(guò)允許濃度范圍。尾氣凈化技術(shù)主要有催化分解和物理吸附兩類(lèi)。
催化分解利用催化劑分解焚燒尾氣中的二惡英類(lèi)，在一定溫度下可以將二惡英類(lèi)徹底分解成CO2和H2O。
物理吸附主要由活性炭吸附和袋式除塵器吸附，而且兩種措施一般結(jié)合使用。在袋式除塵器之前設(shè)置活性炭的噴射裝置，噴入粉末活性炭吸收二惡英類(lèi)和其他有害物質(zhì)，或者設(shè)置專(zhuān)用的活性炭塔吸收二惡英類(lèi)。活性炭吸附?jīng)]有選擇性，對(duì)各類(lèi)有機(jī)污染物和重金屬均有較好的吸附效果。
2.3.4固廢焚燒過(guò)程中飛灰的固化技術(shù)
經(jīng)過(guò)尾氣凈化裝置后，焚燒過(guò)程產(chǎn)生的二嗯英類(lèi)絕大部分進(jìn)入到飛灰中。而且含有重金屬，必須按照有毒有害廢棄物進(jìn)行處置。國(guó)外一般采用對(duì)飛灰進(jìn)行熔融固定化的方式進(jìn)行處理，但是成本比較高。我國(guó)一些大型垃圾焚燒廠的飛灰固化是采用水泥固化，并存放在水泥制成的地下貯存室里。水泥固化原料成本較低，由于水泥的孔隙較大，固化體在水中長(zhǎng)期浸泡后，有害重金屬浸出率仍然較高。化學(xué)方法將飛灰摻合并包容在密實(shí)的惰性材料中使其穩(wěn)定化。將無(wú)毒的無(wú)機(jī)膠粘劑與飛灰摻合，制成初級(jí)固化體，再將初級(jí)固化體包容于無(wú)毒熱熔膠料中制成終極固化體，所形成的固化體具有良好的抗?jié)B透性、抗浸出性、抗凍融性及一定的機(jī)械強(qiáng)度等。
3國(guó)內(nèi)外垃圾焚燒技術(shù)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題
3.1國(guó)外焚燒技術(shù)
3.1.1爐排爐
采用間歇式逆向傾斜往復(fù)爐排，火種與垃圾混合好，易于干燥和著火。垃圾層間攪拌充分均勻，有利于完全燃燒、干燥、著火、燃燒和燃盡等一系列過(guò)程都在爐排上完成，處理效率高、燃燒穩(wěn)定、爐溫及鍋爐蒸發(fā)量變動(dòng)很小。
3.1.2硫化床焚燒爐
爐堂內(nèi)物料實(shí)施內(nèi)部循環(huán)，增加垃圾在爐膛中停留時(shí)間，傾斜布置的布風(fēng)板有利于垃圾中不燃物及時(shí)排出。
3.1.3控制空氣燃燒爐
在硫化床中供應(yīng)有限的空氣，實(shí)行垃圾煤氣化，但在該氣化爐中垃圾的氣化反應(yīng)較慢，而生成的氣體熱值卻很高，垃圾中的金屬可在無(wú)氧化狀態(tài)下回收。在旋轉(zhuǎn)熔融爐中含碳?xì)怏w與助燃空氣旋轉(zhuǎn)混合進(jìn)行高溫燃燒。由于垃圾本身的發(fā)熱值低且不穩(wěn)定，水分又高，具有一定的腐蝕性，因此在設(shè)計(jì)垃圾鍋爐及其燃燒設(shè)備時(shí)均應(yīng)采取對(duì)策。一般鍋爐取次中壓或更低壓力的飽和蒸汽，少數(shù)為過(guò)熱蒸汽。垃圾在進(jìn)爐前都采用嚴(yán)格的脫水、破碎和分選等預(yù)處理工藝，但在運(yùn)行中設(shè)備故障率仍較高。
3.2國(guó)內(nèi)焚燒技術(shù)
雖然我國(guó)的垃圾焚燒廠還比較少，但由于技術(shù)開(kāi)發(fā)的起點(diǎn)不同和經(jīng)濟(jì)投人的差異，實(shí)際效果也有較大不同。
國(guó)內(nèi)垃圾焚燒爐主要有以下幾類(lèi)。
3.2.1引進(jìn)國(guó)外爐型
深圳垃圾焚燒廠是其中的代表。該廠焚燒爐是引進(jìn)日本三菱重工的產(chǎn)品，采用馬丁爐排，飽和蒸汽發(fā)電，尾氣用靜電除塵器處理。與國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品相比，該工藝具有技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行穩(wěn)定、可回收能量等優(yōu)點(diǎn)。而且由于中國(guó)垃圾未分類(lèi)收集，玻璃碎片等硬物會(huì)影響傳動(dòng)系統(tǒng)，需定期停爐清理。此外還有些引進(jìn)的固定爐排焚燒爐，灰渣熱灼減量大。
3.2.2參照國(guó)外先進(jìn)工藝自制較為完善焚燒爐
北京昌平垃圾處理廠和常州垃圾處理廠就是其中的代表。
采用鏈條爐排垃圾焚燒爐，有較完整的控制及尾氣處理系統(tǒng)，有的還實(shí)現(xiàn)了蒸汽熱能回收。
3.2.3國(guó)內(nèi)自制的簡(jiǎn)單焚燒爐
四川樂(lè)山焚燒爐為其中的代表，該焚燒爐是自然引風(fēng)固定爐排爐，垃圾經(jīng)分選后焚燒，尾氣不加處理。其工藝特點(diǎn)為：工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、燃燒控制難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、燃燒不充分、二次污染有待解決。此外，還有一些科研院所在研究硫化床焚燒爐，但價(jià)格較貴，也不適合直接焚燒未分類(lèi)、灰分高的垃圾。總的說(shuō)來(lái)，我國(guó)的垃圾焚燒處理設(shè)備種類(lèi)各異，技術(shù)參差不齊，城市應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)水平和技術(shù)要求采用不同的焚燒爐。一般說(shuō)來(lái)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市宜采用技術(shù)水平高的引進(jìn)焚燒爐，中小城市或大城市的郊區(qū)宜采用性能價(jià)格比相對(duì)較高的國(guó)產(chǎn)焚燒爐。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市固體廢棄物焚燒尾氣的防治給予了極大的關(guān)心，具體可歸納為以下幾類(lèi)：
1）通過(guò)改善燃燒狀態(tài)，抑制二惡英類(lèi)物質(zhì)的產(chǎn)生。
2）通過(guò)采用高效的焚燒尾氣處理系統(tǒng)，吸附尾氣中殘存的前驅(qū)物質(zhì)并防止其重新合成二惡英類(lèi)物質(zhì)。
3）通過(guò)焚燒灰渣的高溫熔化處理，使灰渣中殘存的二惡英類(lèi)物質(zhì)熱分解，達(dá)到無(wú)害化處理。
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