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生活垃圾焚烧厂的废气治理措施

2020-04-21来源:科技创新与应用 777
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导读:现阶段国内关于生活垃圾的处理方式,主要有填埋法、堆肥法、焚烧法等几种。其中焚烧法由于处理效率高、占地面积小,且能够将热能重新利用等特点,逐渐得到了推广应用。近年来,随着生活垃圾产生量的增长,各地新建的生活垃圾焚烧厂数量也在相应的增加。在实践应用中发现,生活垃圾焚烧厂排放的废气,也存在二次污染的问题。文章首先概述了生活垃圾焚烧厂的应用优势,随后就焚烧厂排放废气的主要成分,提出了针对性的废气治理措施,最后介绍了一种应用效果较好的焚烧厂废气处理系统。

根据“十三五”规划要求,到2020年底我国城镇生活垃圾焚烧处理能力将达到80万吨/日。焚烧厂在提高生活垃圾处理效率的同时,其废气排放造成的环境污染问题也逐渐引起了环保部门、周边群众的关注。通过分析可知,生活垃圾焚烧厂排放的废气成分复杂、危害严重,在进行废气治理时必须要针对其中的主要成分进行重点治理,才能达到理想的治理效果。在这一背景下,探究一种有效处理焚烧厂废气的措施既具有必要性又具有紧迫性。

1 生活垃圾焚烧厂集中处理的优缺点分析

(1)优势。生活垃圾具有组成成分复杂,日产生量较多,具有一定的污染性等特点,传统的几种处理方法中,填埋法容易导致地下水污染,对填埋垃圾的种类有较强的选择性;分类回收法和堆肥法效率较低,难以解决当前日益增多的生活垃圾处理需求。相比之下,焚烧法则具有诸多优势,例如对生活垃圾的选择性不高,无论是金属、塑料还是其他垃圾,在高温环境下都可以被转化为无机物固态残渣。另外,一些可燃的生活垃圾,在燃烧时释放的热能,可以经过回收后循环利用,在发电、供暖等方面,也发挥了一定的价值。垃圾焚烧厂的占地面积相对较小,且每天的处理能力较高,一座中等规模的垃圾焚烧厂,基本可以满足一座城市甚至周边城市的垃圾处理需要。

(2)缺点。随着生活垃圾焚烧厂数量的增加,一些负面影响也逐渐引起了社会各界的关注。例如垃圾析出液如果处理不当,发生渗漏后可能会对土壤、地下水等造成严重污染。还有就是垃圾焚烧过程中排放的大量废气,具有强烈的刺激性和毒性。这些废气中,除了较多的氯化氢等酸性气体外,还有较多的重金属颗粒、二噁英等,如果不能做到有效的处理,对周边居民的人身健康危害也是十分严重的。

2 生活垃圾焚烧厂废气的主要组成

(1)颗粒物。生活垃圾中一些不易被分解或是不可燃烧的物质,在经过垃圾焚烧厂的一系列处理操作后,最终会以微小颗粒的形式存在与废气中,并在气流的冲击作用下排放出去。这些颗粒物的成分较为复杂,其中既有生活垃圾中的一些可燃物,经过燃烧后剩余的无机物,如盐酸盐颗粒、碳酸盐颗粒等,也有一些硫化物、粉尘等。

(2)酸性气体。焚烧厂废气中的酸性气体主要成分有三种,分别是:a.氯化氢气体。生活垃圾中很多塑料制品中都含有聚氯乙烯,厨余垃圾中的食盐成分主要是固态氯化钠,这些含氯的垃圾在经过高温氧化反应后,生成了大量的氯化氢气体。另外,像一些PVC 材料,在温度达到200℃后就开始融化,温度达到600℃左右后开始燃烧,释放出的气体也含有氯化氢。b.硫化物气体。包括二氧化硫、三氧硫等。废气中硫化物气体含量较多,会导致废气具有强烈的刺激性气味,对人体的呼吸系统产生危害。c.氮氧化物。以一氧化氮为主,也含有少量的二氧化氮。生活垃圾中含氮物质燃烧后释放出氮氧化物,是造成雾霾天气的主要成分。

(3)重金属。生活垃圾中本身含有多种类型的重金属,例如废旧电池中的铬、铅等,电路板中的镍、铜等。这些重金属本身是以固态形式存在,但是在垃圾焚烧厂几千摄氏度的高温环境下,会让这些重金属转化为气态或微小颗粒,通过废气排放出去。这些重金属由于不易分解,会通过食物链的富集作用,最终进入到人体中,最终直接或间接的危害人体健康。

(4)二噁英。二噁英是一种具有刺激性和致癌性的气体,主要产生于垃圾焚烧、钢铁冶炼等过程。通过对生活垃圾焚烧厂废气的取样分析,发现其中二噁英的占比约为2.4%-6.0%。这种物质的来源主要有:生活垃圾中的一些含有聚氯乙烯、氯代苯的塑料制品,在高温条件下发生一系列复杂化学反应,形成二噁英;生活垃圾焚烧后会产生一定量的氯化氢气体,这部分气体同时又会与废气中的苯化物等进行反应,经过置换反应后生成了二噁英;另外就是生活垃圾中本身含有少量的二噁英,原来是以固体形式存在,焚烧后转为气体。

3 生活垃圾焚烧厂废气治理措施

(1)颗粒物的净化方法。对于垃圾焚烧厂排放废气中的颗粒物,目前有多种使用的处理方法。a.自然沉降法。在废气排放过程中,受到热气流的冲击,颗粒物会夹杂在废气中一同排放。但是这些颗粒物毕竟是有一定重量的,当气流冲击力度减缓,颗粒物会在重力作用下沉降。这种方法适用于处理废气中直径在100μm 以上的颗粒物;b.静电除尘。将废气引入到含有静电网的设备中,通过静电吸附作用,将这些颗粒物吸附到静电网上,一段时间后抽出静电网进行清理;c.袋式除尘。使用高分子膜组成的滤布,让废气通过滤布。废气中的颗粒物会被阻挡在滤布一侧,通过定期清洗滤布可以达到除尘目的。

(2)酸性气体的治理措施。a.炉内掺钙脱硫系统。该系统的原理是使石灰石粉在炉内锻烧分解,利用生成的CaO与炉内烟气中的SO2 进行反应实现炉内掺钙脱硫。将石灰石粉磨分解成氧化钙和二氧化碳,再与烟气中二氧化硫,反应生成亚硫酸钙和硫酸钙,最终被氧化成硫酸钙。b.半干法脱硫系统。半干法脱硫工艺是采用石灰石或石灰作为吸收剂同锅炉尾部烟气在吸收塔内接触反应,使浆液中碳酸钙同烟气中二氧化硫反应生成石膏(CaSO4·2H2O),同时去除烟气中部分其它污染物,如粉尘,HCl,HF,SO3。

(3)重金属类气体的防治措施。考虑到废气中的重金属物质具有不易分解的特点,通常采用吸附法,将这些重金属集中收集起来,当重金属达到一定量后,将其回收后重新利用。常用的吸收工具是活性炭纤维,是一种在活性炭基础上景观改良加工后形成的新型材料,活性炭纤维内部密布纳米孔,增加了活性炭纤维内部的吸附表面积。让焚烧厂废气吹过活性炭纤维,可以将其中的重金属颗粒吸附到活性炭纤维表面,一段时间后将活性炭纤维抽出,采用吹扫等方式,将这些重金属分离出来。

(4)二噁英的防治措施。二噁英及其前身物质一般在705℃以上开始分解,设计上保持炉内温度高于850℃,流化床焚烧炉内燃烧气体在850℃以上停留时间不少于2 秒,以充分分解烟气中有机物。在尾部烟气处理时,设计在燃烧废气进入除尘器前喷入活性炭,用以吸附烟气中的二噁英和重金属,然后再经过高效布袋除尘器。在焚烧炉二燃室设置二次空气喷嘴,使得烟气中未完全燃烧的物质与空气充分接触燃烧,避免二噁英前身物质的生成。设计上根据垃圾特性确定过剩空气系数为1.6 左右,同时保证了一定的焚烧温度以及充分焚烧。

4 一种生活垃圾焚烧厂废气治理系统

(1)废气治理流程。随着生活垃圾焚烧厂废气污染得到社会各界越来越多的重视,一些配套的焚烧厂烟气处理系统也逐渐研发和投入使用。虽然在具体组成系统上有所差异,但是基本处理流程大体类似,简单来说其废气处理流程为:先将收集到的废气输送到减温塔中进行降温处理,同时对烟气中的灰尘、颗粒等进行排除。降温后的废气,先后通过石灰仓储、活性炭纤维仓储,完成对废气中有害物质的吸附处理。将初步净化后的废气再通过袋式除尘器、湿式洗涤塔进行进一步处理,将其中的酸性气体、氮氧化物等有害物质清理干净,最后排出相对清洁的气体。

(2)系统组成。该套废气处理系统中主要的功能性设备包括:a.减温塔。可以将不同温度的废气,降温至恒定的130-150℃,其目的是满足后期湿式洗涤塔正常工作的要求。另外减温塔也附带有除尘作用,可以对废气中大颗粒固体物质进行简单的吸附。b.熟石灰与活性炭喷射系统。两种物质均用喷射风机喷人减温塔和袋式除尘器之间的管道中。在此,熟石灰与烟气中的酸性气体(SO2、HCl等)进行反应,可以去除烟气中70%的HCl 与30%的SO2,活性炭将吸收烟气中的二噁英和重金属等有害物质。与熟石灰和活性炭反应后的烟气带着飞灰和各种粉尘进人袋式除尘器。c.湿式洗涤塔。其中包含碱液槽,可以通过废气洗涤的方式,将废气中成分较多的酸性气体(氯化氢、氮氧化物、硫化物均属于酸性气体)吸收掉,并最终生成危害较轻的含盐溶液。d.袋式除尘器。废气从石灰储仓和活性炭纤维储藏排除后,气体中不可避免会夹杂一些石灰,袋式除尘器可以对气体进行二次净化处理,保证气体中固体颗粒物的含量降低至1%以下。

生活垃圾焚烧厂在高效率的完成生活垃圾无害化处理的同时,其排放废气中可能污染空气环境的问题也引发了社会各界的共同关注。对于这些废气的处理,应当首先分析废气主要组成成分,然后选择针对性的处理方法,将这些危害物通过化学反应、物理吸附等方式,减轻对环境的危害。除了对废气进行清洁处理外,经过垃圾焚烧从高温处理后产生的废气,本身也含有加多的热能,可以将其集中收集起来用于发电,这也是对焚烧厂排放废气的一种有效利用方式。

 
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