CN101949546A

CN101949546A - 一种垃圾焚烧尾气中二噁英及污染物的处理方法

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Publication number: CN101949546A
Application number: CN 201010510764
Authority: CN
Inventors: 苏国强; 苏艺斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: CN101949546B

Abstract

一种垃圾焚烧尾气中二噁英及污染物的处理方法，涉及垃圾焚烧尾气的处理方法。提供一种工艺简单、处理较彻底、易于控制和优化的垃圾焚烧尾气中二噁英及污染物的处理方法。将垃圾焚烧中的尾气引入垃西环填料塔内；在垃西环填料塔内进行碱液吸收处理；将经垃西环填料塔碱液吸收处理后的烟气引入板式旋流塔中，在板式旋流塔内进行氧化处理，将经碱液吸收处理后的烟气的烟灰进入活性炭收集池，碱液冷却后循环使用；将经板式旋流塔氧化处理后的烟气引入穿球筛孔板塔，在穿球筛孔板塔内进行还原处理；将经穿筛孔板塔还原处理后的烟气引入湍球塔内，进行生物处理；将经湍球塔生物处理后的烟气经引风机排入大气。

Description

一种垃圾焚烧尾气中二噁英及污染物的处理方法

技术领域。

本发明涉及垃圾焚烧尾气的处理方法，尤其是涉及一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法。

背景技术

2001年5月，在联合国环境署的主持下，包括中国在内的127个国家和地区的代表在瑞典斯德哥尔摩正式签署通过了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》，简称《POPs公约》。该公约的主要内容是遏制和消除我们周围环境中12种POPs的污染，其中包括二恶英，另外有7项POPs与二恶英有关，二恶英引起的环境问题已成为全人类关注的焦点。

在大力倡导“循环经济”以及经济、社会、环境协调发展的今天，城市生活垃圾焚烧发电、固体危险废弃物焚烧处置装置不断新建。垃圾焚烧是城市垃圾清洁处理和资源化利用的发展方向。统计资料显示，目前我国城市生活垃圾累积堆存量已达70亿吨，占地约80多万亩，近年来还在以平均每年4.8％的速度持续增长。在填埋、堆肥以及焚烧等三种垃圾处理方式中，我国主要采用填埋处理。一个日处理千吨垃圾的填埋场需要占用土地1000多亩，垃圾填埋所消耗的土地资源，已经成为城市发展中“不能承受之重”。据统计，2008年中国城市的垃圾产生量是1.55亿吨，其中填埋占82.7％，焚烧占15％。日本焚烧处理占78％，英国焚烧处理占88％。相对填埋处理方式而言，城市生活垃圾焚烧处理具有占地小、场地选择易、处理时间短、减量化显著(减重一股达70％，减容一股达90％)、无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点。垃圾焚烧将是未来垃圾处理的方向。2001年，国家环保总局组织开展了全国47个重点城市的生活垃圾处理处置设施污染物排放状况的抽样调查，接受调查的329个垃圾处理设施处理规模为179348t/d，约占全国城市生活垃圾清运量的55％，仅有3.3％的垃圾在20座焚烧炉中得到焚烧处理。所抽取的垃圾焚烧厂烟气二恶英超标率为57.1％，有的落后垃圾焚烧设施二恶英超标99倍以上，依照的烟气二恶英排放标准是≤0.5ngTEQ/Nm³，若提高标准≤0.1ngTEQ/Nm³，烟气二恶英排放污染状况还要严重，烟气二恶英减排面临重大挑战。

众所周知，垃圾焚烧会产生诸如SO_x、NO_x、CO、CO₂，、亚微粉尘、二恶英(PCDDs)、呋喃(PCDFs)等对环境和人体极其有害的物质。二恶英是持久性有机污染物之一，是目前已认识的环境荷尔蒙中毒性最大的一种。二恶英致畸、致癌、致突变的“不可逆三致”毒性和1pg/kgbw的超微摄入剂量毒性，对人类危害巨大。二恶英属于有机氯类芳香族化合物，性质十分稳定，一旦释放到自然界中，就很难降解消失，具有累积性，会在环境中持久存在并不断富集，长期危害环境和人类健康；因其脂溶性，容易在生物体内留存、累积，随食物链传递放大，处于生物食物链顶端的人类是二恶英污染的最后链节，是二恶英持续并永久伤害对象。西方发达国家在20世纪80～90年代经过多年检测、调查得出结论，生活垃圾焚烧是二恶英产生的主要根源，所占比例高达70％～95％。

现有的国内外处理烟气中的二恶英的主要方法有：

(1)活性碳吸附技术：其原理是利用吸附技术脱除二噁英，即向烟道中喷洒活性炭粉末或采用固定床吸附技术。该方法属于物理吸附过程，未减吸附剂中二噁英的毒性，吸附剂和烟尘必须回收进行二次高温焚烧。技术要求不高，但有二次污染之嫌，且运行成本大。

(2).催化氧化技术：在催化剂的作用下，在300℃左右的较低温度下，使二噁英被分子氧氧化，而生成CO₂、H₂O和HCl等无机产物，属于化学过程，可彻底消除二噁英毒性。

(3).高温过燃烧技术：将二恶英类物质经燃烧室进行过燃烧而实现彻底分解，一股在1100℃以上。由于高温分解的二恶英在排气冷却过程中，又会在低温重新聚合，因此该技术必须辅以其他措施，才能达到销毁二恶英的目的。

(4).等离子体高温分解技术：二恶英类物质首先在等离子场作用下离解成原子状态，然后经混合器进入高温分解炉重组为氢气、一氧化碳、氯化氢和颗粒碳，经水洗和碱洗除去氯化氢和颗粒碳，剩余的可燃气体用电点火烧掉或用活性炭吸附去除。该技术优点是操作过程耗时短，系统轻便。目前仅处于实验室研究阶段。

申请号为02117821.6的中国发明专利，提供了一种热循环隧道窑的焚烧法。1、让垃圾焚烧和隧道窖相互结合。2、垃圾在沸腾炉中形成的二恶英进入隧道窖，强制在隧道中各阶段进二次燃烧降解。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的垃圾焚烧中尾气二恶英治理难和成本高等问题，提供一种工艺简单、处理较彻底、易于控制和优化的垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法。

本发明包括以下步骤：

1)将垃圾焚烧中的尾气引入垃西环填料塔内；

2)在垃西环填料塔内进行碱液吸收处理；

在步骤2)中，所述碱液可采用氢氧化纳或氢氧化钙等，碱液的体积比浓度可为0.1％～0.3％。加入碱液进行碱液吸收处理的目的在于防止在高温下形成结晶，影响到喷淋的效果。

3)将经步骤2)垃西环填料塔碱液吸收处理后的烟气引入板式旋流塔中，在板式旋流塔内进行氧化处理，另将经步骤2)碱液吸收处理后的烟气的烟灰进入活性炭收集池，碱液冷却后循环使用；

在步骤3)中，所述氧化处理的氧化液可采用高锰酸钾溶液或双氧水等，所述氧化液的体积比浓度可为1％～3％。

4)将经步骤3)板式旋流塔氧化处理后的烟气引入穿球筛孔板塔，在穿球筛孔板塔内进行还原处理；

在步骤4)中，所述还原处理的处理液可采用硫化纳或硫化钙等，所述处理液的体积比浓度可为1％～3％。

5)将经步骤4)穿筛孔板塔还原处理后的烟气引入湍球塔内，进行生物处理；

在步骤5)中，所述生物处理的生物处理液可采用市售的EM菌或SHH菌等，所述生物处理液的体积比浓度可为3％～5％；所述湍球塔内的湍球最好为

6)将经步骤5)湍球塔生物处理后的烟气经引风机排入大气。

与现有的国内外处理烟气中的二恶英等主要方法相比，本发明由于采用组合式填料搭板装置，将垃圾焚烧中的尾气依次引入垃西环填料塔、板式旋流塔、穿球筛孔板塔、湍球塔，先后进行碱液吸收处理、氧化处理、还原处理和生物处理，最后将处理后的烟气经引风机排入大气。当烟气在垃西环填料塔内与吸收液对流混合，不断在填料中的空隙与吸收液表面接触反应，使其焚烧烟气中的粉尘和残渣中的重金属，特别是气态中的二恶英(PCDDs)及呋喃(FCDFs)得以去除；又再通过氧化处理、还原处理和生物处理，最后得到净化的达标可排放烟气。

活性碳吸附技术的原理是利用吸附技术脱除二噁英，即向烟道中喷洒活性炭粉末或采用固定床吸附技术。该方法属于物理吸附过程，未减吸附剂中二噁英的毒性，吸附剂和烟尘必须回收进行二次高温焚烧。技术要求不高，但有二次污染之嫌，且运行成本大。

催化氧化技术是在催化剂的作用下，在300℃左右的较低温度下，使二噁英被分子氧氧化，而生成CO₂、H₂O和HCl等无机产物，属于化学过程，可彻底消除二噁英毒性。

高温过燃烧技术是将二恶英类物质经燃烧室进行过燃烧而实现彻底分解，一股在1100℃以上。由于高温分解的二恶英在排气冷却过程中，又会在低温重新聚合，因此该技术必须辅以其他措施，才能达到销毁二恶英的目的。

采用等离子体高温分解技术时，二恶英类物质首先在等离子场作用下离解成原子状态，然后经混合器进入高温分解炉重组为氢气、一氧化碳、氯化氢和颗粒碳，经水洗和碱洗除去氯化氢和颗粒碳，剩余的可燃气体用电点火烧掉或用活性炭吸附去除。该技术优点是操作过程耗时短，系统轻便。目前仅处于实验室研究阶段。

表1给出几种减排二噁英方法的比较。

表1

附图说明

图1为本发明采用的垃西环填料塔的结构组成与工作流程示意图。在图1中，各标记为：1塔体、11循环水箱、12烟气进口、13陶瓷填料、14喷液管、15喷头、16烟气出口、17脱水丝网、18水泵、19碱化液池。

图2为本发明采用的板式旋流塔的结构组成与工作流程示意图。在图2中，各标记为：2塔体、21循环水箱、22烟气进口、23盲板、24旋流板、25喷头、26脱水丝网、27净化气体出口、28喷液管、29水泵、210叶片。

图3为本发明采用的穿球筛孔板塔的结构组成与工作流程示意图。在图3中，各标记为：3塔体、31循环水箱、32烟气进口、33穿流板、34喷头、35脱水丝网、36净化气体出口、37喷液管、38水泵。

图4为本发明采用的湍球塔的结构组成与工作流程示意图。在图4中，各标记为：4塔体、41循环水箱、42烟气进口、43支承板、44湍球、45喷头、46脱水旋流板、47净化气体出口、48喷液管、49水泵。

图5为本发明采用的组合式填料搭板装置实施例的结构组成与工作流程示意图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1～4，某城市固废垃圾处理厂，其焚烧炉中尾部的排出气流量内780～7600m³/h，尾气温度500～750℃，进口气二恶英浓度7.3ng-TEQ/Nm³经组合式填料搭板装置，最后经湍球塔生物处理后的烟气经引风机排入大气。所述组合式填料搭板装置设有垃西环填料塔、板式旋流塔、穿球筛孔板塔和湍球塔。

其净化效率的重要因素之一是塔型的选择，因为要求在净化设备中使气液两相能得到良好的接触。以目前使用的气液传质设备中属于较好的是两种类型，即填料塔和板式塔。

1.垃西环填料塔是传统的一种填料塔(图1)，它的结构比较简单，它的填料由陶瓷组成，焚烧后的烟气，温度在500～750℃，通过填料塔带有活性炭的碱液的作用下将温度降至250℃以下，避开了二恶英生成的机会。关于碱液吸收液以NOx、SOx、Hcl为例全部过程包括：

(1)气相NO和NO₂生成N₂O₃然后向液面扩散。

(2)N₂O溶解于水生成HNO₂。

(3)液面中的HNO₂向吸收液内部扩散。

(4)液相中的HNO₂与NaOH的中和反应。

(5)HCl+H₂O-Cl^-+2H⁺+OH^-+ΔQ。

其中ΔQ为放热反应，在垃圾焚烧烟气中所产生的HCL气体，目前的固体吸附法和催化还原法，很难将其有效处理掉。但因极易溶解于水，1体积的冷却水在HCL及水蒸气压力位760mmHg温度为0～60℃时可溶解气体中442C1的体积数，在水中的溶解度随着它分压的升高而增大。而随着其温度上升而减少，水溶解HCL气体而生成盐酸的关键在于冷却水的温度，水温越低吸收率就越好。同时在碱的作用下HCl+NaOH-H₂O+NaCl而去除。

对原始飞灰中二噁英含量进行检测，测得原始飞灰中二噁英含量：201～375ng-TEQ/kg，飞灰经冷却后，急冷烟灰中二噁英的含量为2～3ng-TEQ/kg；尾气中烟尘二噁英含量为0.18ng-TEQ/m³，同时检测尾气中烟气二噁英含量为0.15ng-TEQ/m³，尾气二噁英总含量为0.66ng-TEQ/m³。急冷烟气中二恶英含量非常低，完全无害，碱液经冷却后可以循环利用。

2.板式旋流塔是一种喷射型板塔(图2)，塔板的形状如似叶风车片固定在塔壁上，气流通过叶片时，产生旋转和离心运动，液体通过中间盲板分配到各叶片，形成薄液层，与旋流向上的气流形成搅动，喷成细小液滴，靠离心甩向塔壁后，液体受重力作用集流至集液槽，并通过溢流装置流到下一塔板的盲板区，这种气液接触的传质过程适合于气相扩散控制的过程。其中包括以NOx为例的全部过程，包括把NOx中的NO通过第二级H₂O₂的氧化，使NO氧化成NO₂以提高NOx的吸收效率。

3.穿球筛孔板塔近似于漏塔板(图3)，亦称淋降板，其断面是圆形，塔内装置数段多孔塔板。其结构简单，没有溢流堰、降液管和填料物，进口在塔的底部。塔内气液在塔板上可密切接触，形成急激混合层，当气体通过塔板开孔处上升，达到一定高度时，液体的压强超过气体的压力，液面就会从孔中流下去。当下降到一定高度时，下层的气体压力就会超过液体的压强，这样液体又上升，自动进行了气液两相的交换接触，达到良好的传质效果。其中包括以NOx为例的全部过程，包括把NOx中的NO通过第二级H₂O₂的氧化，使NO氧化成NO₂以提高NOx的吸收效率。它是利用液相还原剂，使NOx还原成N₂的一种方法，液相还原剂有Na₂S、Na₂SO₃和Na₂S₂O₃硫化物的吸收分解。

4.湍球塔是填料塔的一种类型(图4)，它是运用流化床的概念发展到气液传质设备中，它是在空气动力的作用下使泞湍球在塔内上下湍动，它的主要特点是气速高，处理量大，塔的直径小，气液分布比较均匀，不易被固体粘性物料堵塞。球的直径一股是

国外采用与乒乓球一样大小相同的球，全部过程，包括把EM菌或SHH菌在湍球塔中，利用微生物菌将残余二恶英分解为无害的组份，基本是CO₂和水。

以下给出具体的工艺步骤：

1)将垃圾焚烧中的尾气引入垃西环填料塔内；

2)在垃西环填料塔内进行碱液吸收处理；所述碱液可采用氢氧化纳或氢氧化钙等，碱液的体积比浓度可为0.1％～0.3％。加入碱液进行碱液吸收处理的目的在于防止在高温下形成结晶，影响到喷淋的效果。

3)将经步骤2)垃西环填料塔碱液吸收处理后的烟气引入板式旋流塔中，在板式旋流塔内进行氧化处理，另将经步骤2)碱液吸收处理后的烟气的烟灰进入活性炭收集池，碱液冷却后循环使用；所述氧化处理的氧化液可采用高锰酸钾溶液或双氧水等，所述氧化液的体积比浓度可为1％～3％。

4)将经步骤3)板式旋流塔氧化处理后的烟气引入穿球筛孔板塔，在穿球筛孔板塔内进行还原处理；所述还原处理的处理液可采用硫化纳或硫化钙等，所述处理液的体积比浓度可为1％～3％。

5)将经步骤4)穿筛孔板塔还原处理后的烟气引入湍球塔内，进行生物处理；所述生物处理的生物处理液可采用市售的EM菌或SHH菌等，所述生物处理液的体积比浓度可为3％～5％；所述湍球塔内的湍球最好为

6)将经步骤5)湍球塔生物处理后的烟气经引风机排入大气。

在本实施例中经组合式填料装置处理后的尾气，进行了二恶英类色谱分析，分析方法采用分辨率在10000以上的分辨质普仪，实验结果如表2所示。烟气进入组合式填料塔板装置后，通过了碱化、氧化、还原、生物的一系列生化反应后，能保证除尘率大于99％以上，气态中二恶英和呋喃分解率大于98％，具有除尘和脱毒双项效果，其突出的优点在于：

1、操作简单，设备投资少，运行效果好；

2、同时具备了除尘和脱毒的效果；

3、运行费用极低。

从试验结果看，尾气中二噁英含量略高于国际发达国家的环保标准：0.1ng-TEQ/m³，但低于我国现行环保标准：1ng-TEQ/m³。

表2

在本发明中关键在于气相中吸收质的平衡分压。塔内气相中吸收质分压力大于平衡分压力，吸收就可以进行。平衡分压力是随液相中吸收质的浓度的增大而提高的。当平衡分压力增大到等于气相吸收质的分压力时，汽液达到平衡。简单地说，吸收过程是气体以分子扩散的方式通过汽液两膜层的过程，通过两膜层时分子扩散阻力就是吸收过程的基本阻力，吸收质必须要有一定的溶度差才能克服这个阻力进行传质，有害物质的化学变化是跨越两相界面到液膜过程中进行的。从试验数据及生产性实践的测试数据表明了处理设备的尺寸一股根据在塔内吸收的时间。

在本发明中可参照其排放量为L＝1.5VxD²·3600m³/h。

式中D为塔体直径(m)，Vx通过的风速(m/s)，建议单塔的烟气在塔内停留的时间最佳控制在1.30～2.00m/s，塔内的处理烟气时压力表显示为2～3N/m²。

Claims

1.一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将垃圾焚烧中的尾气引入垃西环填料塔内；

2)在垃西环填料塔内进行碱液吸收处理；

6)将经步骤5)湍球塔生物处理后的烟气经引风机排入大气。

2.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤2)中，所述碱液为氢氧化纳或氢氧化钙。

3.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤2)中，碱液的体积比浓度为0.1％～0.3％。

4.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤3)中，所述氧化处理的氧化液为高锰酸钾溶液或双氧水。

5.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤3)中，所述氧化液的体积比浓度为1％～3％。

6.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤4)中，所述还原处理的处理液为硫化纳或硫化钙。

7.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤4)中，所述处理液的体积比浓度为1％～3％。

8.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤5)中，所述生物处理的生物处理液为EM菌或SHH菌。

9.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤5)中，所述生物处理液的体积比浓度为3％～5％。

10.如权利要求1所述的一种垃圾焚烧尾气中二恶英及污染物的处理方法，其特征在于在步骤5)中，所述湍球塔内的湍球为