大气治理

污泥焚烧烟气大气污染物排放及其控制研究进展

2020-07-10 13:33:00 科学与财富 作者:杨旭

摘要:污泥焚烧处理过程中会发出大量的有害物质,例如重金属、酸性气体和焚烧后产生的灰渣等,是污泥焚烧烟气产生的污染物,这些有害物质会大气的污染,因此如何能够降低污泥焚烧烟气中的污染物,减少污染物的排放对大气造成污染。本文对污泥焚烧大气污染物的排放和控制方法进行简要分析。

随着城市的规模的不断扩大,人们生活质量的不断提高,生活垃圾产生的数量越来越多,水资源的使用和污水的排放已经成为我国重点关注的的环境保护问题之一,人们生活污水排放量的增加,也增加了污水处理的工作压力,同时也增加了污泥的生产量,污泥焚烧是处理污泥的最快速的一种方法,但是污泥焚烧后的污染物的排放对大气的伤害非常大。

1 污泥焚烧

1.1 污泥焚烧的含义

污泥焚烧是最快速处理污泥的一种方法。污泥中含有大量的有机物和无机物,其中水分的含量超过半数,因此,将污泥进行脱水处理是十分重要的步骤之一,如果没有将污泥中的大部分水分处理干净,在进行污泥焚烧的时候,在高温的作用下消耗掉大量的辅助燃烧的燃料,也需要消耗大量的时间来进行充分的焚烧,增加了污泥焚烧的资金成本和时间成本,同时,由于污泥中含有大量的水分,因此将没有进行脱水的污泥进行焚烧,会在高温的作用下产生大量的水蒸气,高温水蒸气的产生会焚烧加剧焚烧炉的氧化和腐蚀,减少了焚烧炉的使用手名,也带来了安全隐患。因此将脱水后的污泥进行焚烧才能保证污泥焚烧的经济性和安全性。

1.2 污泥焚烧的方法

污泥的焚烧主要有三种焚烧方法,第一种是直接焚烧方法,污泥直接焚烧方法是在没有进行脱水处理就进行焚烧,在污泥焚烧过程中,由于污泥中含有大量的水分,因此需要消耗更多的辅助燃烧的燃料,也需要使用更多的时间,因此污泥直接焚烧的成本非常高。第二种是感化后焚烧方法,污泥干化后焚烧方法是在污泥焚烧之前先进行污泥的脱水处理,在污泥脱水后进行污泥的焚烧工作,在污泥焚烧过程中,由于污泥中含有的水量较少,减少了污泥焚烧的辅助燃料使用量,同时也减少了污泥焚烧的时间,因此,污泥干化后焚烧的方法相对来说成本较低,安全性较高。第三种是混合焚烧方法,污泥混合焚烧方法是将污泥与可燃物混合后再进行焚烧,在污泥焚烧的过程中,可燃物先进行然后,然后带动污泥燃烧,污泥燃烧产生的热能,能够促进可燃物的然后,产生一个可循环的燃烧系统,因此,污泥混合焚烧方法相对比较简单。干化后的焚烧方法和混合焚烧方法都需要在前期进行设备额投资,干化后的焚烧方法需要进行脱水设备的采购,因此前期资金投入比较多,而后期在进行污泥焚烧时,减少了辅助燃料的使用量。

混合焚烧方法也是一样,需要建立一个污泥的运输系统,前期的投入也比较大,但是污泥的燃烧量和使用的可燃物的量相对减少了很多,燃烧循环系统的形成,能欧有效的节约成本。

2 污泥焚烧大气污染物的排放和控制

2.1 重金属的排放和控制

(1)重金属的排放。污泥中的重金属主要来源于污水的排放,主要的存在形式主要以金属氧化物、金属氢氧化物和盐类物质存在,重金属在燃烧过程中的挥发速度和挥发程度不同,对大气的污染程度也不相同,有些重金属在燃烧过程中能够以固态的形式进行排出,但是有些物质在燃烧过过程中智能以气态的形式进行排出,气态的重金属进入到大气中,造成人体的伤害。

(2)重金属的控制。在焚烧的过程中添加吸附剂如石灰石、高岭土等增强对重金属的吸附能力,使重金属发生凝聚时快速的富集在吸附剂上,沉积到底灰中,降低重金属向大气中的挥发,减少对大气和人体的危害,是最安全最理想去除重金属的方式。

2.2 二噁英排放和控制

(1)二噁英的排放。二噁英的形成机理相当复杂,污泥焚烧过程中生成的可能途径主要有三种:一是包含有PCDD/PCDF的化合物在燃烧室内的不完全燃烧;二是含氯化合物(如氯酚、氯苯等)在500~800℃温度条件下会热解重排反应,迅速产生大量二噁英,即所谓的“高温同相合成机理”,而在高温下二噁英的分解速率远大于由前体合成二噁英的速率。三是由无机氯化物和有机化合物在催化剂的参与下反应合成,包括从头反应和异相前体生成机理,存在于飞灰上的金属化合物在较低的温度范围内催化生成二噁英。二噁英在污泥焚烧过程中以气态或者灰尘颗粒的的形式排出。

(2)二噁英的控制。二噁英的生成受焚烧温度、停留时间、含氧量、含硫/氯量的影响,只要严格控制生产条件和工艺参数,就可有效控制二噁英的生成。当控制燃烧温度大于850℃,停留时间超过2s二噁英时,烟气中二噁英的分解率大于98%。因此生产中控制焚烧温度和停留时间就可以有效控制二噁英的生成。二噁英再合成的峰值温度区间250~500℃,焚烧烟气迅速降温到200℃以下,从而减少二噁英的生成。二噁英生成随氧含量的减少而降低,减少50%的氧气就可以减少30%的二噁英的再次形成,因此一般工程中建议控制含氧量在8%以下。二噁英的氯主要是以氯气或氯化氢形式存在,不完全燃烧时氯的含量和硫氯比参与形成随着污泥中氯含量的增加烟气中PCDD/PCDF的排放量增加。因此可以通过添加氧化钙、石灰石等来控制二噁英前驱物氯化氢的生成。氯气的形成主要是通过Deacon 反应生成,二氧化硫可以抑制Deacon 反应,随着污泥中硫氯比的增加,二噁英和呋喃的生成浓度降低,从而抑制二噁英的生成。

2.3 酸性气体的排放和控制

(1)酸性气体的排放。污泥在焚烧过程中会产生氮氧化物和硫氧化物

等酸性气体,造成大气的污染,氮氧化物和硫氧化物等酸性气体使在污泥焚烧过程中以烟气的形式排除在大气中,成为大气污染物。

(2)酸性气体的控制。研究发现通过控制焚烧温度可以减少氮氧化物的生成,通过加入碱性吸附剂可以吸附氮氧化物,因此通过研究烟气选择性催化反应降低氮氧化物向大气中的排放。焚烧过程中硫氧化物的生成主要是由于污泥中的硫元素在焚烧过程中与氧的化合,燃烧过程脱硫通过添加固硫剂使之固定下来,通过烟气脱硫装置进行烟气净化除硫。目前很多的研究表明硫元素和污泥焚烧重金属控制以及二噁英控制有一定的关联,因此在控制重金属和二噁英的同时考虑到硫氧化物的去除才符合清洁焚烧的要求。

2.4 灰渣的排放和控制

(1)灰渣的排放。污泥焚烧产生的烟尘包括黑烟、飞灰和灰渣三部分,污泥中的重金属在焚烧后沉积在焚烧灰渣上(包括底渣和飞灰),使污泥焚烧灰渣具有较大的危害性。

(2)灰渣的控制。可以通过控制污泥焚烧过程中的焚烧温度、焚烧环境、工艺参数及外加吸附剂等条件来抑制污染物产生,从而降低污泥焚烧二次污染的风险,推进污泥焚烧处理工艺。

3 结束语

污泥焚烧方法是一种十分快速和简便的处理污泥的方法,但是在污泥焚烧过程中有大量的污染物产生,通过了解污染物的形成原因,并采取相应措施能够有效的控制污染物对产生,起到保护环境的作用。

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