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危险废物焚烧飞灰处理处置技术

北极星固废网  来源:《广东化工》  作者:徐文彬 朱军强 徐梦兰  2020/3/12 8:42:04  我要投稿  

北极星固废网讯:摘要:针对危险废物焚烧飞灰的来源和危害,对目前的处理处置技术进行了介绍和比较,本文分析了各项技术的优缺点,就当前技术存在的问题,提出了今后改进和发展的方向。

1危险废物焚烧飞灰的来源及其危害

1.1飞灰的来源

危险废物焚烧飞灰是焚烧炉尾气处理过程中所产生的。飞灰的数量和特性因不同的焚烧废物、焚烧工艺和焚烧设备而有所不同。图1是典型回转窑焚烧危险废物过程中所产生飞灰。根据工序可以分为锅炉灰、急冷塔灰、布袋灰等,其中比较典型的为布袋灰。

典型回转窑焚烧工艺的焚烧飞灰一般占整个焚烧废物的10 %左右,其锅炉灰约占5 %,急冷塔飞灰约占15 %,布袋飞灰约占80 %。目前,危险废物焚烧所产生的飞灰并没有官方统计。仅东江环保股份有限公司每年产生的飞灰量约为2万。

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图1回转窑焚烧工艺尾气处理原则工艺流程

1.2飞灰的危害危险

废物焚烧飞灰属于危险废物,其危害主要来自三个方面:(1)水溶性盐,(2)重金属,(3)二噁英。

1.2.1水溶性盐

飞灰中含有大量水溶性钠盐、钾盐、钙盐,其本身虽然没有毒性,但是水溶性盐的存在,会对飞灰的无害化、资源化处理造成极大的危害。在无害化填埋处置后,固化体中的水溶性盐会慢慢浸出,一方面造成固化体崩塌,致使重金属也会浸出;另一方面,可溶性盐进入渗滤液中,会造成渗滤液处理难度增大,且得到杂盐又无出路。在高温固化过程中,虽然飞灰经过玻璃化后可以作为建筑材料,但是水溶性盐作为氯化挥发试剂,在高温玻璃化过程中,不仅严重影响重金属的固化,而且会严重腐蚀设备和侵蚀耐火材料。因此,在无害化、资源化之前,一般要将飞灰中的水溶性盐分离出来。

1.3.2重金属

飞灰中含有大量的重金属及其化合物,主要有Cr6+、Pb2+、Zn2+、Cu2+等。重金属不仅严重污染土壤、水源等,而且对人体也有极大的毒性。对人体的危害主要表现为慢性中毒、脑病变、贫血、慢性肾衰竭和致癌等。

1.3.3二噁英

飞灰中含有二噁英类物质,主要包括多氯二苯并二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs),是一种剧毒物质,是氰化物的130倍,是砒霜的900倍,有“世纪之毒”之称。

2危险废物焚烧飞灰的处理处置技术

目前飞灰的主要处理技术有:(1)常温固化法,(2)水热固化法,(3)高温固化法。

2.1常温固化法

常温固化法就是在环境温度下,利用稳定剂/固化剂将重金属稳定化、固化后进行填埋处置。常温固化法是目前飞灰处理的主要方法,也是目前唯一工业化的方法。常温固化法有水泥固化法、石灰固化法和沥青固化法,其中以水泥固化法为主。

常温固化法的优点:

(1)成本较低,一般300~400元/吨;

(2)工艺简单,易操作。

常温固化法的缺点:

(1)增量较大,一般增量20 %~30 %;

(2)水溶性盐会慢慢浸出,增加渗滤液处理难度和处理成本,且得到的杂盐是危险废物;

(3)随着水溶性盐的浸出,不仅造成固化体存在崩裂可能,而且也造成重金属浸出而进入渗滤液中;

(4)二噁英只是固化,没有焚毁,其危害依然存在。

2.2水热固化法

水热固化法是在高温、高压下对飞灰中的重金属进行固化、二噁英进行氧化分解,最好进行填埋处置。水热固化重金属的原理是在高温、高压下,将飞灰中常规化合物(CaO、SiO2、Al2O3、MgO)合成类沸石矿物,利用沸石的离子吸附、离子交换和物理包裹将重金属稳定和固化其中;在固化重金属的同时,利用氧气等氧化剂,在高温、高压下,将飞灰中二噁英氧化分解。该方法目前正处在实验室研究阶段。

水热固化法的优点:

(1)重金属固化率可以达到95 %;

(2)能够分解大部分二噁英。

水热固化法的缺点:

(1)需要高温、高压设备,且对设备材质的耐腐蚀性要求非常高;

(2)处理成本高;

(3)二噁英分解不彻底,一般为75 %~85 %;

(4)水溶性盐没有得到利用。

2.3高温固化法

高温固化法是在1000~1500℃的高温下,将飞灰中大部分重金属固化在玻璃渣网格中,同时二噁英被彻底焚毁,高温化后的熔渣可以作为建材用料。由于无害化非常彻底,减量化在50 %以上,因此高温固化法是目前飞灰处理处置的热门领域。

高温固化法根据温度又可以分为烧结法(1000~1200℃)和熔融法(1300~1500℃)。由于高温熔融法比烧结法减量化更大(65 %以上),且熔融渣可以作为高档微晶板材、岩棉的原料,因此高温熔融法是飞灰减量化、无害化、高价值化研究的重点。

熔融法的设备根据热源又可分为两大类:燃料式熔融炉和电热式熔融炉。燃料式熔融炉主要有:表面熔融炉、内部熔融炉、焦炭床熔融炉、旋流熔融炉等。电热式熔炉主要有:电弧熔融炉、电阻熔融炉、电感熔融炉、等离子体熔融炉等。

在众多熔融炉中,等离子体熔融炉的优点较为突出:

(1)温度高、能量密度高,热量集中,传热效率高;

(2)启动速度快,反应速度快,达到稳定状态速度快;

(3)气流量小,所产生烟气量小,尾气处理成本低;

(4)熔融氛围(氧化、还原、惰性三种氛围)可灵活调节。

当然,等离子体熔融炉也有明显的不足:

(1)电能耗高;(2)喷枪寿命短;(3)投资较大。

3危险废物焚烧飞灰处理处置存在的主要问题

垃圾焚烧飞灰处理存在的问题主要体现在三个方面:(1)水溶性盐的潜在危害仍未消除,并且未得到有效利用;(2)重金属污染依旧存在,二次飞灰仍需填埋处理;(3)二噁英焚毁不彻底,剧毒性、致癌性危害依然存在;(4)资源化比例不高、价值化不高。

3.1水溶性盐的潜在危害仍未消除

飞灰中的水溶性盐主要为氯化钠、氯化钾、氯化钙等,目前的处理工艺都存在三个问题。(1)在固化填埋后,水溶性盐会进入渗滤液中,不仅增加渗滤液处理成本,且得到的盐泥无出路,若盐泥在进行填埋处理,会造成恶性循环。(2)在高温热处理过程中水溶性盐存在诸多危害:一是水溶性盐本身会挥发,造成二次飞灰量大;二是水溶性盐起到氯化挥发的作用,将重金属带入二次飞灰中;三是严重腐蚀设备和侵蚀耐火材料。

3.2重金属的潜在污染依旧存在

目前飞灰的处理处置工艺,其重金属污染依然存在。(1)在常温稳定化/固化填埋中,水溶性盐会导致固化体开裂而导致重金属会浸出。(2)在高温热处理过程中,烟气量比较大,不仅二次飞灰量大而造成重金属含量低,难以资源化综合利用,只能填埋处置。

3.3二噁英的毒性依旧存在

飞灰中的二噁英种类繁多,其毒性当量很大,一般在500~25000 ng I-TEQ/kg。飞灰中的二噁英除物理高温能彻底焚毁处理之外,其它紫外光解法、湿热氧化法、机械化学降解法等都不彻底。而高温焚毁法目前还在实验室研究阶段,并且在后续尾气处理过程中,二噁英仍然会生成。

3.4资源化比例不高、价值化不高

资源化比例不高主要体现在:(1)水溶性盐未有效回收利用,(2)飞灰仍然以填埋为主,(3)高温固化过程中,二次飞灰中重金属含量低,仍然需要填埋处置。资源化价值不高主要体现在飞灰玻璃化熔渣仅仅作为价值低的路基材料。

3.5现有的填埋处置不能满足新的入场要求

目前,固化填埋是危险废物焚烧飞灰的唯一出路,但是由于飞灰中水溶性盐一般在30 %左右,将不能满足新版《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598-2019)中水溶性盐必须小于10 %的入场要求(该标准将于2020年6月1日起实施)。新标标的实施,飞灰中水溶性盐的资源化综合势在必行,其研究也是刻不容缓。

4结语

固化填埋是目前危险废物焚烧飞灰的唯一出路,但是随着新版的实施,将不能满足新的入场要求;而现有的处理处置技术都不能全部解决目前飞灰存在的问题。从长远的角度看,同时实现飞灰的减量化、无害化和高价值化是其处理处置技术的发展方向。

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