危險工業(yè)廢物焚燒處置工藝概述及焚燒配伍

劉國勇

摘 要：本文首先重點介紹了危險工業(yè)廢物的回轉(zhuǎn)窯式焚燒處置工藝及焚燒煙氣中有機氯化物、重金屬、酸性氣體、CO、氮氧化物等有害物質(zhì)的形成原理；最后針對有害物質(zhì)的特點和焚燒處理工藝，提出了對危險工業(yè)廢物焚燒配伍處理，詳細分析了配伍的主要原則和注意事項。

關(guān)鍵詞：危險工業(yè)廢物 回轉(zhuǎn)窯式焚燒 焚燒煙氣 有害物質(zhì) 焚燒配伍

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0115-02

中國政府于1996年制定頒布了《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》，并于2004年重新修訂。該法的頒布使得固體廢物的環(huán)境管理得到了高度重視。而危險廢物的防治是固體廢物防治中的重點，該類廢物具有成分復雜、形態(tài)各異、管理混亂的特點，給危險廢物的處置帶來了相當大的困難。在現(xiàn)有的多種處置方式中，焚燒處置可以有效破壞固體廢物中的有毒、有害成分，是實現(xiàn)危險廢物減量化、無害化最快捷有效的技術(shù)手段。

1 危險工業(yè)廢物焚燒處置工藝選擇

目前危險工業(yè)廢物焚燒處置多采用回轉(zhuǎn)窯式焚燒處置工藝[1]，而回轉(zhuǎn)窯焚燒處置工藝又大致可以分為三類，即熔渣式焚燒、灰渣式焚燒、熱解式焚燒。

根據(jù)我國目前危險工業(yè)廢物處置規(guī)范和危險工業(yè)廢物情況，回轉(zhuǎn)窯灰渣式焚燒處置工藝是市場中采用較多的焚燒處置工藝方式，后續(xù)闡述內(nèi)容也以灰渣式焚燒處置工藝為例展開綜述。

2 焚燒煙氣中常見有害物質(zhì)的形成原理

2.1 焚燒煙氣中氯化物的形成原理

廢物焚燒過程中產(chǎn)生的毒性有機氯化物主要是二惡英類，包括多氯代二苯并呋喃（PCDFs）和多氯代二苯-對-二惡英（PCDDs），主要來自三條途徑：廢物本身、爐內(nèi)形成及爐外低溫再合成。

（1）廢物本身。焚燒危險廢物本身就可能含有PCDDs/PCDFs類物質(zhì)。危險工業(yè)廢物成分相當復雜，加上分類管理混亂，廢物中不可避免含有PCDDs/PCDFs類物質(zhì)。

（2）爐內(nèi)形成。在系統(tǒng)溫度穩(wěn)定的情況下，廢物內(nèi)含有的PCDDs/PCDFs物質(zhì)，經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯和二燃室后已基本完全破壞分解；但是廢物在焚燒過程中，可能會先形成部分燃燒不完全的碳氫化合物，當系統(tǒng)溫度不穩(wěn)定，這些碳氫化合物未能及時分解為水和二氧化碳時，就可能與廢物或廢氣中的氯化物結(jié)合形成PCDDs/PCDFs，以及破壞分解溫度較PCDDs/PCDFs高出約100℃左右氯苯及氯酚等物質(zhì)。

（3）爐外低溫再合成。當燃燒不完全時煙氣中的氯苯及氯酚等物質(zhì)，可能被飛灰中的碳元素所吸附，并在特定的溫度范圍（250℃～400℃，300℃時最顯著），被金屬氯化物（CuCl2及FeCl2）催化反應(yīng)生成PCDDs/PCDFs。廢氣中氧含量與水分含量過高對促進PCDDs/PCDFs的再合成起到了重要的作用。在處理中，多采用過氧燃燒，有的廢物中水分含量較高，再加上重金屬物質(zhì)經(jīng)燃燒揮發(fā)后多凝結(jié)于飛灰上，廢氣也會含有大量的HCl氣體，故提供了符合PCDDs/PCDFs再合成的環(huán)境，成為焚燒廢氣中產(chǎn)生PCDDs/PCDFs的主要原因。

廢物中所含PCB（多氯聯(lián)苯）及相近結(jié)構(gòu)氯化物等在焚燒過程中的分解或組合，也是形成PCDDs/PCDFs的一個重要機制。

2.2 焚燒煙氣中酸性氣體的產(chǎn)生原理

焚燒產(chǎn)生的酸性氣體，主要有HF、HCl與SO2等。這些污染物都是直接由廢物中的硫、氯、氟等元素經(jīng)過焚燒反應(yīng)而形成的。比如含氟的廢物會形成氟化氫，含氯的廢物經(jīng)過反應(yīng)，會形成氯化氫，而含硫的廢物會產(chǎn)生二氧化硫。

2.3 焚燒煙氣中CO的產(chǎn)生原理

一氧化碳燃燒所需的活化能很高，它是燃燒不完全過程的主要代表性產(chǎn)物。氧氣含量愈高時，愈有利于一氧化碳氧化成二氧化碳。只要燃燒反應(yīng)仍能繼續(xù)進行，一氧化碳就可能產(chǎn)生。

2.4 焚燒煙氣中氮氧化物的產(chǎn)生原理

焚燒所產(chǎn)生的氮氧化物主要來源有兩個，一個是高溫條件下，空氣里的N2與O2反應(yīng)形成的氮氧化物。另一個來源是廢物中的氮組分轉(zhuǎn)化為氮氧化物。其實，第一種情況里，空氣中的氧氣與氮氣反應(yīng)生成的氮氧化物的量很小，產(chǎn)生氮氧化物主要來源是廢物中所含的氮。

3 危險廢物焚燒配伍

配伍一詞源于中醫(yī)學，當應(yīng)用一種藥材療效不佳時，就需要選擇其他的藥材進行合理的配伍，以達到更好的療效，反之若配伍不當不但不能達到治療的目的，還可能帶來其他的傷害[2]。

在危險工業(yè)廢物焚燒處理中，引用了配伍這個詞[3]。通過對焚燒煙氣中有害物產(chǎn)生的原理分析，可以得出焚燒煙氣中有害物質(zhì)的主要來源為焚燒的危險工業(yè)廢物，因此為了達到合格的煙氣排放和穩(wěn)定的焚燒工況，必須對成分復雜、形態(tài)各異的廢物進行種類和數(shù)量上的合理搭配。這是一項復雜而又多變的工作，主要包括以下幾項。

3.1 對廢物的分析鑒別

危險廢物需要分析項目繁多，其中物理性質(zhì)主要有物理組成、容重，工業(yè)分析主要有水分、灰分、灰熔點、低位熱值，元素分析有害物質(zhì)含量、特性鑒別、反應(yīng)性、相容性等。

3.2 廢物的安全、合理儲存

需要處置的危險工業(yè)廢物基本上存在有有毒、有害、易燃易爆等化學特性之一或多項，因此通過前期的分析，廢物的安全、合理儲存也是至關(guān)重要的。不相容的廢物避免存放在一起，同時也要確保廢物與容器、料坑之間的相容。單一容器或料坑內(nèi)盡量存放熱值相近、成分相對接近的廢物，保證單一容器內(nèi)的化學成分相對簡單。對于單一有害成分偏高或含有特殊有害成分的廢物應(yīng)該單獨儲存。

3.3 配伍的主要原則及注意事項

（1）要保證所配伍廢物的相容性，以保證焚燒處理的安全性，兩種以上的危險廢物混合應(yīng)避免產(chǎn)生大量熱量、火焰、易燃氣體、有毒氣體、劇烈反應(yīng)等。

（2）要保證焚燒煙氣的達標排放，控制酸性污染物、重金屬、堿金屬、水分等含量。為保證尾氣達標排放和設(shè)備不受腐蝕，入窯廢物中的有害成分要嚴格控制，危險廢物中的磷燃燒產(chǎn)生P2O5，在400℃～700℃燃燒會對金屬及耐火材料產(chǎn)生加速腐蝕，如果不控制好磷的含量，則會大大縮短鍋爐的使用壽命。堿金屬一般是以無機或有機鹽的形式存在于危險廢物中，燃燒后變成堿金屬氧化物，出渣時易遇水爆炸，綜上所述并根據(jù)GB 18484-2001標準中的排放限值，入爐的化學組成應(yīng)該盡量控制在Cl≤3%、S≤1%、P、F≤0.08%、N≤3%、30%≤水分≤45%、5%≤灰分≤20%、堿金屬≤0.1%、重金屬≤0.01%（該配伍標準以30t/d的生產(chǎn)能力為參考計算依據(jù)）。對于劇毒類廢物，均勻限制數(shù)量入窯焚燒。液體類廢物粘度≤150mPa·s，閉口閃點≤60℃，pH≥5。

（3）要保證熱值的穩(wěn)定性。配伍入窯焚燒的危險廢物的熱值盡可能在系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定的范圍內(nèi)。因為熱值太低，窯內(nèi)溫度不夠，廢物燃燒不充分，需要增加輔助燃料，造成運行成本的增加；熱值太高，容易造成爐渣在窯尾堆積堵塞出口，造成處理能力下降，也增加耐火材料的負荷，減少系統(tǒng)使用壽命。

總之，配伍是一項需要綜合平衡又復雜多變的工作，工作人員需要認真研究分析結(jié)果、實地了解待焚燒廢物的特性，首先要確保系統(tǒng)的安全運行和尾氣的達標排放，其次才是考慮系統(tǒng)運行費用，最終實現(xiàn)環(huán)保效益與經(jīng)濟效益相統(tǒng)一。

參考文獻

[1] 周苗生，湯國偉.危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的工藝設(shè)計[J].環(huán)境污染與防止，2001，23（6）：299-301.

[2] 邢楊榮.危險廢物焚燒配伍與燃燒反應(yīng)分析[J].環(huán)境工程，2008（s1）：203-204.

[3] 張林，張寅璞.危險廢物焚燒處置的理論與實踐[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（11）：36-38.endprint