垃圾焚烧的二次污染物排放处理

1、垃圾焚烧的二次污染物排放处理1 城市垃圾现状随着人民生活水平的提高 , 民用煤气和集中供热的不断普及 城市垃圾的成份发生了很大变化 , 有机物含量大多超过 50%,且可 燃成份所占比例近2P3（见表1）。以我国城市人均日产垃圾计 ,1982-1989 年期间为 0.5-0.6kg, 而 1991 年达到 0.7kg,1992 年达 0.76kg; 目前已经超 过0.8kg, 些大城市已接近1kg。与此同时，城市垃圾成份变得 更加复杂 , 其中可回收利用的成份迅速增加。 1994 年全国城市生 活垃圾年产量已超过 1.4 亿吨。由于尚未建立有效的垃圾消纳设 施,目前全国2P3的城市已处在城郊垃圾

2、的包围圈之中，而且城 市垃圾仍以每年 8%的速度递睁。对于北京、上海之类的特点型 城市,垃圾日产量更为可观。1 996年,北京环卫部门清运垃圾量达483万t,相当于日清运垃圾1.3万t;上海市每天清运垃圾量 约1.4 万 t,1998 年已突破 1.5 万 t 。由此可见城市垃圾所造成 的严峻形势。2 城市垃圾现状 城市垃圾的常用处理方法有填埋、堆肥、制沼气、填海、焚 烧和流化床制燃气等 , 以焚烧、流化床制燃气的处理方法为佳 , 符合/三化 0的要求 0。流化床制燃气的方法投资较大、工艺设 备复杂 , 目前尚处于起步阶段。用焚烧方式并回收其中能量的垃 圾处理技术在近 20年得到迅速发展 ,

3、美国、日本等发达国家已开 始大量应用 , 并产生了良好的环保效益和经济效益。焚烧垃圾、 回收能源 , 以实现城市垃圾的减容化、 无害化和资源化 , 被认为是 我国处理城市垃圾的一个重要方向。2.1 焚烧技术的优缺点焚烧技术近年来在我国有很大发展。 该技术具有很大的优越 性:(1) 垃圾焚烧后 , 一般可减容 80%-90%,可节约大量填埋场 地;(2) 经焚烧 , 垃圾中的病原体被彻底消灭 ,燃烧过程中产生的 有害气体和烟尘经过处理后达到排放要求, 无害化程度高。 (3)垃圾焚烧产生的热量可用来供热和发电 , 还可回收铁磁性金属等 资源,充分实现垃圾处理的资源化。 (4) 垃圾焚烧厂占地面积小

4、 , 可以靠近市区建厂 ,既节约用地又缩短了运输距离 , 对于经济发 达城市尤为重要。 (5) 焚烧处理可全天操作 , 不受天气影响。 (6) 随着对城市垃圾填埋的环境措施要求提高, 焚烧的操作费用可望低于填埋。但是焚烧法也有一定的缺点 :(1) 投资大, 周期长。 (2) 焚烧对垃圾的热值有一定要求 , 一般不能低于 800kcalPkg, 因此 限制了它的应用范围。(3) 焚烧过程中可能产生一些污染物 , 主要有: 重金属尘粒、 PCDDs多氯二苯并二恶英)、PCDFs侈氯二苯并呋喃)、PCA侈环 芳香族化合物 ) 及有害气体 (HCl,HF,SO2,NOx 等) 。特别是二恶英 的危害已

5、引起了人们的极大关注。2.2 垃圾焚烧带来的二次污染问题垃圾发电厂在其生产过程中 ,将产生新的二次污染 , 由于垃 圾成份的复杂性 , 垃圾焚烧生成的污染物比化石燃料 (煤、石油、 天然气)燃烧生成的污染物更多、 更复杂 ,毒性更大。目前我国中 小城市生活垃圾成份的基本组成见表2。城市生活垃圾的干基部分 , 基本上是有机物 , 由碳、氢、氧等元素组成 , 同时还含有氮、 硫、磷和卤素等成份 , 这些元素在垃圾焚烧过程中与空气中的氧 气反应 , 产生多种污染物 ,其主要气体污染物有 : 垃圾焚烧中产生 的 CO、SOx、NOx、HCl、HF 等有害气体 , 多氯二苯并二恶英 (PCDD)、 多氯

6、二苯并呋喃(PCDFs)等微量有机化合物。如何控制这些污染 物的产生 ,并使其得到有效治理 , 是垃圾发电技术的核心之一。 我 国垃圾焚烧主要气体污染物排放标准见表3。当垃圾中有含氯塑料或其他有机物及无机物时 , 不仅会产生 HCl等有毒气体,而且会产生有机氯化物特别是二恶英，后者具有 强烈致癌、致畸作用。当垃圾中含有电池、电器元件等废品时 , 会大大增加焚烧生 成物中的重金属含量 , 重金属能在生物体内富集或形成毒性更强 的化合物 , 通过食物链最终对人体造成很大危害。3 垃圾焚烧二次污染物的控制3.1 控制二恶英的形成3.1.1 二恶英的形成一般来说 , 垃圾焚烧中二恶英的形成有下列途径

7、:(1) 垃圾中自身含有的二恶英类物质 , 在焚烧过程中释放出来;(2) 垃圾在燃烧过程中形成的前驱体 , 如氯苯、 氯酚、聚氯酚 类物质(PCBs)转化；(3) 小分子碳氢化合物通过聚合和环化形成多环烃化合物 (PAH), 这些化合物和氯反应形成二恶英;(4) 在较低温度下 , 二恶英前驱体在飞灰催化作用下形成二 恶英;(5) 焚烧炉尾部净化温度在 200300e下,HCl和单质氯在飞 灰催化作用下与碳氢化合物反应生成二恶英。3.1.2 二恶英形成的控制方式 为了减少垃圾焚烧过程中二恶英的形成 , 可以采用的措施如 下:(1) 提高炉内燃烧温度 , 使垃圾中原有的二恶英得以分解 , 并 延长

8、烟气在燃烧高温区的停留时间。当垃圾热值很低时 , 可采用 投助燃油等方法 , 使炉内燃烧区温度高于 900e; 烟气在高温区停 留至少 2s 以上。(2) 掺煤燃烧。垃圾焚烧炉掺煤后不但能够提高燃烧的稳定性,而且燃烧产生的SO2对二恶英的形成有抑制作用。(3) 使燃烧烟气尽快排出炉膛。这样可以缩短烟气在低温区 (300400e) 的停留时间 , 避免重新生成二恶英。(4) 焚烧炉应连续稳定运行 , 不要经常停炉 , 可大大降低二恶英的排放量(5) 飞灰中添加抑制剂。 研究表明 , 飞灰中添加一些抑制剂可 以降低二恶英的排放 , 实验中飞灰和抑制剂混合后在 300e 温度 中保持1h。对二恶英的

9、形成具有非常高的抑制效果。3.1.3 其它有害气体形成的控制方式(1) 协调炉内一、二次风的配风 ,改善炉内燃烧条件 ,使垃圾 充分燃烧，可降低烟气中CO等有害气体含量。(2) 控制炉内过剩空气量，可减少NOx产生量。(3) 在炉内喷入固硫固氯剂 CaCO3或 CaO可 降低氯化物和硫化物对高温受热面的高温腐蚀及对大气的二次污染。3.2 烟气排放净化处理可利用尾部净化装置净化烟气 , 使其达标或优于标准排放。 国外垃圾焚烧厂常用的烟气处理设施有三种 :(1) 利用干式吸附 原理的清洗流程 (干式系统 );(2) 半干式吸附处理流程 (半干式系 统);(3) 湿式催化处理流程 ( 湿式系统 )。

10、烟气处理系统中的烟气 过滤设备一般采用袋式过滤器或电除尘器。3.2.1 控制HCI、SOx的排放对燃烧烟气中的HCI、SOx这两种酸性气体,通常利用碱性介 质(如消石灰)采用湿法、干法或半干法中和吸收 ,使酸性气体含 量降低后再排入大气 , 从而减少垃圾焚烧给大气带来的二次污 染。一般对HCI的去除率大于99%对SO2的去除率接近80%,酸 性吸收的效果较好。其反应如下 :2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OSO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2OSO3+Ca(OH)2=CaSO4+H2O3.2.2 控制飞灰含量 清除飞灰颗粒物的常用设备有布袋除尘器、 电除尘器等。 其 中电除尘器

11、具有除尘效率高 ( 可达99.5%以上)、脱除重金属效果好等优点，但对粒径1Lm以 下的颗粒物吸收效果不如布袋除尘器好。323控制NOx的排放常采用氨接触还原法来控制 NOx的排放。起还原作用的氨水 与烟气中的NOx反应,在充当催化剂的活性炭的作用下,NOx被还 原为无害的氮气和水。NOx的排放量可减少90%以上,脱硝效果 好。其化学反应如下 :4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O6NO2+8NH3=7N2+12H2O3.2.4 控制二恶英的排放1 在低温状态下提高除尘器的效率。降低除尘器入口侧的排 气温度,既可以抑制二恶英的再合成 , 又有除去灰尘的可能性 ,过 滤器能够去除亚细微粒子灰

12、尘及吸附在其上的二恶英。 o 雾状活 性炭粉末吸附法。 活性炭在常温时对二恶英等平面构造的芳香族 碳氢化合物有吸附性 , 除尘前喷雾状活性炭粉末 , 能够去除二恶英。 用催化剂分解二恶英。做为去除二恶英的方法, 除吸附处理之外 , 还有使用氧化催化剂分解二恶英的方法。将含有二 恶英的焚烧炉飞灰在低于 250e的环境里，与03半导体物催化 剂拌匀 , 在紫外线照射下 , 二恶英被分解掉而不会重新生成。 用纳米管清除二恶英。 多壁碳纳米管清除二恶英效率远高 于活性炭。提高去除效率的原因是 , 围绕管轴的碳原子呈六方晶 系排列,使二恶英的苯环与纳米管表面强烈反应 ,研究已取得 PPT 水平的结果。所

13、需纳米管可以从甲烷和廉价的铁镍催化剂制备。3.2.5飞灰中PCD和PCDFS勺处理除尘器收集的飞灰中附着有残存PCDDffi PCDFs如超标必须处理。可用专门的 PCDD PCDFs分解装置处理，也可采用高温熔化处理，使灰渣中残存的 PCD丙PCDFs热分解。飞灰经无害化处理达标后方可用于筑路 或填埋。4 结论垃圾焚烧尾气净化是目前国内外共同关注的问题 , 也是垃圾 能源化利用的关键所在。(1) 垃圾焚烧发电厂对环境的二次污染有 : 烟气、灰渣、恶臭、 工艺废水及噪声 5 种, 最为重要的是烟气及灰渣。(2) 烟气中污染物有颗粒物、酸性气体、重金属、二恶英等 有机类 4 种, 是控制污染的重点。(3) 严格控制焚烧炉的燃烧条件、燃烧状态、燃烧过量空气 量、燃烧温度及燃烧烟气在炉内停留时间 , 使之稳定连续运行 , 垃圾得以充分燃烧 , 可大大降低垃圾焚烧过程中有害有毒物质 , 特别是二恶英及呋喃类有机污染物的产生量。(4) 采用垃圾焚烧烟气尾部净化处理技术 , 可以对排烟中的 飞灰颗粒、酸性气体、 二恶英及呋喃类有机污染物的排放量进行