中國(guó)給水排水2022年中國(guó)城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)(第十三屆)邀請(qǐng)函暨征稿啟事
 
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對(duì)剩余污泥不必“談燒色變” 污泥焚燒無(wú)須顧慮尾氣污染物

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-01-14  來(lái)源:對(duì)剩余污泥不必“談燒色變”  瀏覽次數(shù):102
核心提示:對(duì)剩余污泥不必“談燒色變”
中國(guó)給水排水2022年中國(guó)城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)(第十三屆)邀請(qǐng)函暨征稿啟事

 中國(guó)給水排水2022年中國(guó)城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)(第十三屆)邀請(qǐng)函暨征稿啟事
 





編者按:剩余污泥處理/處置目前在我國(guó)已成為比污水處理更為棘手的問(wèn)題。有關(guān)污泥處理、處置,“扔(填埋)”和“燒(焚燒)”兩種極端方式目前并存。但對(duì)于大城市而言,填埋“無(wú)地自容”已成為現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,這就使得其它處置方式被迫上馬,如,堆肥、厭氧消化、干化焚燒等等。從資源/能源回收與投資/運(yùn)行費(fèi)用綜合比較評(píng)價(jià)來(lái)看,干化焚燒不失為一種可持續(xù)的選擇方式,因此,變“土葬(填埋)”為“火葬(焚燒)”的終極方式未來(lái)將成為一種主流。然而,很多人對(duì)污泥焚燒“談燒色變”,唯恐焚燒尾氣帶來(lái)二噁英、重金屬以及NOx、甚至NxO等新的環(huán)境問(wèn)題。事實(shí)上,污泥焚燒與垃圾焚燒一樣,并非新生事物,對(duì)它們的實(shí)踐幾十年前在歐洲等國(guó)便已開(kāi)始。特別是早先以污泥厭氧消化為主的歐洲國(guó)家,對(duì)厭氧消化殘留污泥回田應(yīng)用受阻的情況下,焚燒不得不再被輔以“斷后”。如果你身臨其境一些處于市區(qū)的國(guó)外污泥焚燒廠(chǎng),只見(jiàn)白煙(蒸氣)而聞不到異味情況會(huì)作何感想?附近居民與工作人員也不會(huì)因冒白煙而頻頻向政府投訴,因?yàn)樗麄兿嘈耪谋O(jiān)管,排放尾氣中不含對(duì)人體的有害成分。為此,我們?cè)?019年對(duì)污泥焚燒尾氣主要成分進(jìn)行了理論與實(shí)際的分析,從產(chǎn)生原理、潛在危害到控制/處理技術(shù)、成套設(shè)備等方面進(jìn)行全面審視,以揭開(kāi)污泥焚燒神秘的面紗,并以發(fā)達(dá)國(guó)家相應(yīng)技術(shù)報(bào)告作為佐證,目的是消除國(guó)人“談燒色變”的心理障礙,以推動(dòng)污泥干化、焚燒的應(yīng)用。

01、尾氣污染物的生成

二噁英生成、危害及其影響因素

 

 

二噁英類(lèi)物質(zhì)是多氯代二苯并-對(duì)-二噁英 (PCDDs) 和多氯代二苯并呋喃(PCDFs) 的總稱(chēng),屬于氯代三環(huán)芳香族化合物。由于其具有一定的毒性,我國(guó)以及歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家固體廢物焚燒二噁英排放濃度標(biāo)準(zhǔn):0.1ng-TEQ/m3。污泥焚燒過(guò)程中二噁英的生成機(jī)理主要有兩種: ①高溫氣相反應(yīng)生成; ②低溫異相催化反應(yīng)生成。二噁英的產(chǎn)生會(huì)造成人體免疫功能降低、生殖和遺傳功能改變、惡性腫瘤易發(fā)等健康問(wèn)題。而在抑制二噁英的產(chǎn)生上,研究發(fā)現(xiàn)污泥中氯元素對(duì)二噁英生成起著至關(guān)重要的作用,以及城市生活垃圾加煤(含S)焚燒可有效抑制二噁英的生成。更有趣的是有試驗(yàn)表明,污泥單獨(dú)焚燒時(shí)噁英排放濃度最高值僅為0.0917ng-TEQ/m3。因此,在不對(duì)尾氣進(jìn)行任何處理的情況下,二噁英排放濃度已低于歐盟規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

表1 剩余污泥與城市生活垃圾中主要元素比例(均值)

 

 

重金屬遷移、危害及影響因素

 

 

污泥中的重金屬主要有 8 種,按其在污泥中的含量依次排序?yàn)椋?/p>

Zn>Cu>Cr>Pb>Ni>As>Cd>Hg

表2列出了我國(guó)市政污泥主要重金屬含量(均值) 以及焚燒煙氣重金屬排放標(biāo)準(zhǔn)。

 

 

表 2 污泥中主要重金屬含量及焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)

 

 

污泥在焚燒過(guò)程中,重金屬因溫度和揮發(fā)性不同其存在形式也不盡相同,揮發(fā)性大小依次為:Hg>Cd>Pb>As>Cr>Cu>Zn>Ni。所以,污泥焚燒過(guò)程中捕獲的重金屬并去除的主要是Hg、Cd及Pb。事實(shí)上,污泥中Hg與Cd含量很低,Pb的含量也不是很高,因此焚燒進(jìn)入煙氣中的這3種重金屬含量很低。然而,固體廢物焚燒過(guò)程中氯的存在是導(dǎo)致重金屬更易向煙氣中遷移的主要原因。但剩余污泥中氯的含量很低,從而抑制了重金屬的遷移,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在不對(duì)尾氣進(jìn)行任何處理的情況下,三種重金屬含量均低于我國(guó)規(guī)定值。

 

 

NOx生成、危害及影響因素

 

 

污泥燃燒時(shí)生成的NOx主要包括NO和NO2,并以NO為主( NO2含量很少)。NOx的生成主要與焚燒工況有關(guān),生成量隨爐膛溫度、過(guò)?諝饬吭龃蠖。我國(guó)固體廢物焚燒NOx排放標(biāo)準(zhǔn)為500 mg/m3。試驗(yàn)表明,污泥焚燒NOx生成量為471.6mg/m3,在不對(duì)尾氣進(jìn)行任何處理的情況下,NOx生成量已低于我國(guó)規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。與二噁英和重金屬類(lèi)似,已達(dá)標(biāo)排放的煙氣經(jīng)大氣擴(kuò)散和稀釋后,進(jìn)入人體內(nèi)的NOx含量微乎其微,不足以影響人體健康。

02、尾氣污染控制方法

 

 

污泥焚燒過(guò)程中減少二噁英生成與排放的主要方法是針對(duì)燃燒條件的控制,以減少前驅(qū)物和二噁英的生成。焚燒過(guò)程中,燃燒條件需按照“3T+E”的控制原則來(lái)進(jìn)行。3T即指:燃燒溫度(Temperature)、停留時(shí)間(Time)、紊流度(Turbulence);E是過(guò)氧控制(Excess)。為滿(mǎn)足控制上述燃燒條件的適用范圍,則須考慮焚燒爐類(lèi)型和干化污泥形態(tài)。

經(jīng)過(guò)比較,干化污泥的均質(zhì)形態(tài)再加上流化床內(nèi)的物料循環(huán),是控制尾氣污染的最佳組合。同時(shí),流化床焚燒爐爐溫恒定在850 ℃左右有利于保證燃燒煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間,并且其大的熱容量和良好的物料混合速率可減少過(guò)?諝獾漠a(chǎn)生,使污泥燃盡率大幅提高,二噁英分解徹底,同時(shí)可減少重金屬向煙氣轉(zhuǎn)移以及NOx的生成。

除了實(shí)現(xiàn)“3T+E”控制原則,在運(yùn)行過(guò)程中,常常還會(huì)投加生石灰(CaO)、氫氧化鈣[Ca( OH)2]等堿性物質(zhì),其作用包括對(duì)SO2、Cl2等酸性氣體脫除、對(duì)生成二噁英前驅(qū)物五氯苯酚(PCP)和六氯苯酚(HCB) 的阻滯,以及捕獲易揮發(fā)重金屬?gòu)亩鴾p少它們?cè)跓煔庵械暮。?duì)于低溫冷卻區(qū)(250~450 ℃) 再次合成的二噁英,往往采用驟冷技術(shù)使煙氣溫度迅速冷卻至200 ℃以下,以避免二噁英的再生。

03、尾氣污染物處理技術(shù)及成套設(shè)備

 

 

為防止二噁英等尾氣污染物進(jìn)入環(huán)境,尾氣均會(huì)通過(guò)凈化設(shè)備進(jìn)行處理,相應(yīng)技術(shù)有洗滌除塵、活性炭吸附以及包括光解催化氧化、催化分解、催化過(guò)濾、電子束照射和低溫等離子體等新型技術(shù)。其中,洗滌除塵、活性炭吸附、光解催化氧化、催化分解以及催化過(guò)濾不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二噁英的去除,也是去除煙氣中重金屬、NOx最常用的方式。

總之,不論是傳統(tǒng)技術(shù)還是新型技術(shù),均可以將污泥焚燒產(chǎn)生的少量二噁英、重金屬以及 NOx等污染物進(jìn)一步去除,效率均可達(dá)90%以上。

04、國(guó)內(nèi)外應(yīng)用案例

 

 

針對(duì)尾氣污染物中的二噁英來(lái)說(shuō),美國(guó)水環(huán)境聯(lián)合會(huì)在正式出版的《Wastewater Solid Incineration Systems》一書(shū)中早已提及,沒(méi)有必要為市政污泥焚燒系統(tǒng)設(shè)置二噁英排放標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)槭姓勰喾贌a(chǎn)生的多環(huán)芳烴物質(zhì)(不僅包括二噁英,還包括呋喃以及多氯聯(lián)苯酚) 的排放值很低。近15年來(lái),德國(guó)、英國(guó)、西班牙等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家研究報(bào)告亦獲得相似結(jié)論:沒(méi)有證據(jù)表明污泥焚燒甚至生活垃圾焚燒尾氣會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生影響。

05、結(jié)語(yǔ)

 

 

綜上,針對(duì)污泥焚燒中的尾氣污染物,從產(chǎn)生原理、潛在危害到控制/處理技術(shù)、成套設(shè)備等多角度進(jìn)行分析,亦知,二噁英等尾氣污染物在焚燒過(guò)程中的生成濃度本來(lái)就不高,再加上成熟的控制與處理技術(shù),不必過(guò)度擔(dān)心這些尾氣污染物的泄漏以及對(duì)人體健康的威脅,同時(shí)美、歐等國(guó)家早已發(fā)布技術(shù)報(bào)告予以澄清,無(wú)需擔(dān)心污泥焚燒二噁英的產(chǎn)生,它們的產(chǎn)生濃度不經(jīng)處理直接排放濃度便已在控制標(biāo)準(zhǔn)(0.1ng-TEQ/m3) 以下。

來(lái)源:水業(yè)碳中和資訊

作者: 陳奇,郝曉地等

 

污泥焚燒無(wú)須顧慮尾氣污染物 (北京建筑大學(xué) :郝曉地,陳 奇,李 季,江 瀚 ) 

污泥焚燒無(wú)須顧慮尾氣污染物

郝曉地,陳奇,李季,江

(北京建筑大學(xué)城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室荷污水處理技術(shù)研發(fā)中心,北京 100044

要:剩余污泥處理/處置目前在我國(guó)似乎已成為比污水處理本身更為棘手的問(wèn)題。為此,有關(guān)污泥處理/處置技術(shù)路線(xiàn)選擇近年來(lái)成為熱點(diǎn)話(huà)題。兩種極端處置方式因投資懸殊爭(zhēng)議最大,但在已幾近無(wú)路可走的情況下,污泥干化后焚燒在能量平衡、基建投資、還是運(yùn)行費(fèi)用等方面較其它選項(xiàng)已被確認(rèn)為是一種終極選擇。然而,國(guó)人談燒色變,普遍認(rèn)為除投資外,焚燒過(guò)程產(chǎn)生的二噁英、重金屬以及NOx等尾氣污染物可能危及環(huán)境與健康。對(duì)此,從二噁英等污染物在污泥焚燒過(guò)程產(chǎn)生原理出發(fā),闡述它們的生成過(guò)程及其含量,論述對(duì)它們的控制與處理技術(shù),并結(jié)合國(guó)內(nèi)外排放標(biāo)準(zhǔn)審視國(guó)內(nèi)污泥焚燒實(shí)例中尾氣污染物排放濃度。最后,得出二噁英等尾氣污染物在焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的含量本來(lái)就不高,再輔以成熟的控制與處理技術(shù),完全可以消除人們過(guò)分擔(dān)心的尾氣泄露以及健康威脅問(wèn)題,并以發(fā)達(dá)國(guó)家相應(yīng)技術(shù)報(bào)告予以輔正。

關(guān)鍵詞:污泥焚燒;尾氣;二噁英;重金屬;NOx;控制/處理

剩余污泥是污水處理的副產(chǎn)物,長(zhǎng)期以來(lái)在我國(guó)被看作一種企業(yè)的負(fù)擔(dān)。目前,我國(guó)的剩余污泥年產(chǎn)量約為4 400萬(wàn)t/yr80%含水率);到2020年,年產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)5 100 t/yr[1]。填埋與土地利用終將走向末日,干化后焚燒已被確認(rèn)為一種終極選擇[2]。然而,污泥焚燒在大多數(shù)國(guó)人眼中,不僅成本高而且焚燒產(chǎn)生的尾氣中有二噁英、重金屬以及NOx等污染物,會(huì)對(duì)環(huán)境以及人體健康構(gòu)成危害。

事實(shí)上,污泥脫水、干化后直接焚燒無(wú)論在能量平衡、基建投資、還是運(yùn)行費(fèi)用方面并不比厭氧消化后再焚燒顯得高昂,污泥干化后直接焚燒作為綜合處理/處置手段其實(shí)是一種能量、費(fèi)用均較為節(jié)省的有效途徑[2]。

對(duì)污泥焚燒所擔(dān)心的二噁英、重金屬以及NOx等尾氣污染物是否會(huì)成為阻礙污泥焚燒的絆腳石對(duì)于這個(gè)問(wèn)題確實(shí)需要從產(chǎn)生原理、潛在危害到控制/處理技術(shù)、成套設(shè)備等方面進(jìn)行全面審視,以揭開(kāi)這些尾氣污染物的面紗,徹底消除人們談燒色變的心理障礙,為的是推動(dòng)污泥干化、焚燒實(shí)際而廣泛應(yīng)用。

1尾氣污染物生成

1.1二噁英生成、危害及其影響因素

二噁英類(lèi)物質(zhì)是多氯代二苯并-對(duì)-二噁英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)的總稱(chēng),它們屬于氯代三環(huán)芳香化族化合物,其化學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖1。由于氯原子數(shù)目和位置的不同,可構(gòu)成75PCDDs135PCDFs;其中,有17種(23、7、8位全部被氯原子取代)二噁英具有毒性。在發(fā)達(dá)國(guó)家,把具有209種異構(gòu)體的共平面多氯聯(lián)苯(PCBs)也看作為二噁英,其中,12PCBs具有毒性。二噁英毒性與異構(gòu)體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系,對(duì)各異構(gòu)體毒性大小評(píng)價(jià)以毒性最強(qiáng)的2、3、78-四氯二苯并二噁英(2、3、78-TCDDs)作為基準(zhǔn),利用2、37、8-TCDDs的毒性當(dāng)量(TEQ)來(lái)表示各異構(gòu)體的毒性,被稱(chēng)之為毒性當(dāng)量因子;23、7、8-TCDDs毒性當(dāng)量因子定義為1,其他衍生物毒性為其相對(duì)值,常用計(jì)量單位為ng-TEQ/m3(煙氣);所謂二噁英濃度,即為具有毒性的二噁英分子毒性當(dāng)量之和[3]。目前,我國(guó)以及歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家大多遵循歐盟規(guī)定的固體廢物焚燒二噁英排放濃度標(biāo)準(zhǔn):0.1 ng-TEQ/m3[3]

詳見(jiàn):中國(guó)給水排水2019年中國(guó)城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì)(第十屆) 論文集

4國(guó)內(nèi)外應(yīng)用案例

就尾氣污染物中毒性最強(qiáng)的二噁英來(lái)說(shuō),美國(guó)水環(huán)境聯(lián)合會(huì)(Water Environment Federation, WEF)在正式出版物《Wastewater Solid Incineration Systems》一書(shū)中早已提及,沒(méi)有必要為市政污泥焚燒系統(tǒng)設(shè)置二噁英排放標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)槭姓勰喾贌a(chǎn)生的多環(huán)芳烴物質(zhì)(不僅包括二噁英,還包括呋喃以及多氯聯(lián)苯酚)的排放值很低[34]。近15年來(lái),德國(guó)、英國(guó)、西班牙等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家研究報(bào)告亦獲得相似結(jié)論:沒(méi)有證據(jù)表明污泥焚燒、甚至生活垃圾焚燒尾氣會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生影響[5]

從國(guó)際上近幾十年污泥焚燒實(shí)踐來(lái)看情況確實(shí)如此。加拿大Lakeview污泥處理廠(chǎng)污泥焚燒二噁英排放濃度僅為0.0032 ng-TEQ/m3[5~6];日本橫濱市、藤伬市等6大污泥焚燒處理廠(chǎng)均建在了市中心,二噁英排放濃度只有0.01 ng-TEQ/m3[35];全球最大的污泥焚燒廠(chǎng)——香港T-Park、國(guó)內(nèi)深圳上洋污泥焚燒廠(chǎng)二噁英排放濃度均小于歐盟最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)0.1 ng-TEQ/m3[5~6]。甚至連瑞士蘇黎世、德國(guó)法蘭克福、德國(guó)波恩、瑞典哥德堡、奧地利維也納等城市的固體廢物(垃圾、污泥)焚燒廠(chǎng)均都建在市區(qū),且二噁英排放濃度小于歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)(0.1 ng-TEQ/m3[5]。另外,這些實(shí)際工程案例中污泥焚燒重金屬、NOx的排放濃度亦均都低于歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)[5~6,35]。

5結(jié)語(yǔ)

污泥焚燒反應(yīng)原理顯示,在800以上燃燒溫度,二噁英分解速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其生成速度。這樣,二噁英殘留在尾氣中的濃度一般不會(huì)很高,凈產(chǎn)生濃度不經(jīng)處理即可低于歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)(0.1 ng-TEQ/m3)。再者,剩余污泥中Cl含量?jī)H有0.06%,致使S:Cl比高達(dá)20,可以有效抑制90%以上二噁英生成。

重金屬在850 焚燒溫度下,僅可能會(huì)有含量很低的Hg、Cd、Pb進(jìn)入尾氣。適當(dāng)處理后尾氣中的重金屬含量很容易達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

污泥焚燒過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生一定含量NOx,但其產(chǎn)生量平均(471.6 mg/m3)低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)(500 mg/m3)。即使參考較為嚴(yán)格的歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)(200 mg/m3),亦存在成熟應(yīng)用技術(shù),可輕松做到達(dá)標(biāo)排放。

總之,二噁英等尾氣污染物在焚燒過(guò)程中的生成濃度本來(lái)就不高,再加上成熟的控制與處理技術(shù),完全可以使人們放心,大可不必過(guò)度擔(dān)心這些尾氣污染物的泄露以及對(duì)人體健康的威脅。為此,美、歐等國(guó)家早已發(fā)布技術(shù)報(bào)告予以澄清,無(wú)需擔(dān)心污泥焚燒二噁英的產(chǎn)生,它們的產(chǎn)生濃度不經(jīng)處理直接排放濃度便已在控制標(biāo)準(zhǔn)(0.1 ng-TEQ/m3)以下。

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