TW201742663A - 利用鹼性廢棄物聯合處理多種空氣污染物之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係一種利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，為一整合式煙道氣淨化程序，可去除之空氣污染物包括：氮氧化物、硫氧化物、懸浮微粒及二氧化碳。本發明依序包含有一液相注入步驟，一固體廢棄物注入步驟，一攪拌步驟，一氧化劑注入步驟，一煙道氣注入步驟，一超重力反應步驟，及一分離步驟。本發明提供一整合式空氣污染物控制，可針對各種不同性質之煙道氣進行淨化，應用範圍廣，避免傳統串聯式空氣污染控制設備，有效縮小整體防治設備占地面積；同時，反應後固體產物成分類似天然礦石，可作為安定化物料應用於建築工程，提供額外環境與經濟效益。

Description

利用鹼性廢棄物聯合處理多種空氣污染物之方法

本發明係關於一種利用鹼性廢棄物，聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法；特別關於一種利用超重力旋轉填充床結合鹼性廢棄物泥漿與氧化劑，去除煙道氣中氮氧化物、硫氧化物、懸浮微粒及二氧化碳等污染物。

現有工廠或發電廠之煙道氣空污防治設備，多半處理目標單一，即係設置某單一防治設備來控制削減某單一空氣污染物。常見氮氧化物(NO_x)主要係由脫硝設備單獨處理，例如：選擇性脫硝觸媒還原反應器(Selective Catalytic Reduction，簡稱SCR)、選擇性非觸媒脫硝反應器(Selective Non-Catalytic Reduction，簡稱SNCR)。常見硫氧化物(SO_x)主要係由排煙脫硫(Flue Gas Desulfurization)設備單獨處理，例如：濕式洗滌塔。常見懸浮微粒(PM)主要則係透過靜電集塵器(Electrostatics Precipitator)或袋式集塵器(Baghouse Filter)單獨處理。而二氧化碳(CO₂)則大多未納入煙道氣末端處理，直接排放至大氣中，造成嚴重溫室效應。

查，2001年05月16日公告之中華民國專利第434039號中披露之「廢氣處理裝置及方法」，該發明針對含有微米微粒及酸性氣體之廢氣，以一濕式滌氣裝置進行處理，透過一加速裝置與一霧化裝置，將廢氣 與產生之洗滌液水霧接觸，去除微米微粒及酸性氣體。然，此程序設計原理與本發明相異，非使用超重力旋轉填充床，且無法有效去除廢氣中氮氧化物與二氧化碳。

另一方面，鹼性固體廢棄物常是工廠或發電廠亦需處理之物料。由於鹼性固體廢棄物(例如：鋼鐵爐碴)具耐磨、耐高溫及耐腐蝕等優異特性，適合取代土木工程中使用之天然砂石，深具資源再利用效益。然，以爐碴為例，其本身含有約1-10%之游離氧化鈣(Free-CaO)與氫氧化鈣(Ca(OH)₂)等活性物質，資源化應用時易造成高鹼度及體積不穩定等困境，故需經過「安定化」處理，將其中所含活性物質成份去除，以避免造成路基膨脹破裂或地基鬆動等嚴重工安問題。

查，2010年11月01日公告之中華民國專利第201038741 A1號中披露之「利用濕磨法進行安定化之轉爐石資源化處理方法」，該發明針對未完全安定化之爐碴進行濕磨成漿體狀，進行安定化步驟，處理後漿體可直接拌合應用於混凝土工程。現已有商業化之爐碴安定化技術運轉，例如：室外自然養生法、高壓蒸氣養生法、常壓蒸氣養生法、HK水淬粒化法、悶罐法、滾筒法、及改質法等，可去除固體廢棄物內活性物質(例如：游離氧化鈣、氫氧化物等)。

然，以室外自然養生法為例，係將爐碴堆置於室外，利用大氣中水氣與二氧化碳及雨水產生水化反應，所需時間相當長，且需相當大面積之處理場地，大量處理較為困難。以常壓蒸氣養生法為例，係將爐碴放置在儲坑內後上蓋帆布，用加壓蒸氣(壓力約為1kg/cm²，溫度保持100℃以上)使爐碴與蒸氣反應。上述該類方法仍將游離氧化鈣轉化成氫氧化 物，而氫氧化物仍處於不穩定狀態。此類技術雖然對於習知技術有所貢獻，惟其技術手段及功效仍具有改善的空間。

綜合以上，可得知現有煙道氣之空氣污染物防治設備，多半處理目標單一，欲去除多種空氣污染物則需串聯多種防治設備，佔廠地面積大；同時，發現過去鹼性固體廢棄物(例如：爐碴)安定化技術，若係傾倒於廠內或室外，所需時間長或占地面積大，且易造成揚塵與空污問題，活性物質無法完全安定化，有些技術尚需消耗能資源(例如：水資源、蒸氣等)，因此，此類管末空氣污染或固體廢棄物處理之成本高。

本發明目的係在提供一種利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，整合式同步去除煙道氣中空氣污染物，包括：氮氧化物、硫氧化物、懸浮微粒及二氧化碳等，降低空氣污染防制成本；同時，反應後固體產物成分類似天然礦石，可作為安定化物料應用於建築工程，提供額外環境與經濟效益。

本發明提供同步去除煙道氣中空氣污染物之方法，參閱圖1，其依序包含有液相注入步驟(11)，固體廢棄物注入步驟(12)，攪拌步驟(13)，氧化劑注入步驟(14)，煙道氣注入步驟(15)，超重力反應步驟(16)，及分離步驟(17)。本發明提供一整合式空氣污染物控制，可針對各種不同性質之煙道氣進行淨化，應用範圍廣，避免傳統串聯式空氣污染控制設備，有效縮小整體防治設備占地面積；同時，反應後固體產物成分類似天然礦石，可作為安定化物料應用於建築工程，提供額外環境與經濟效益。其中，藉由該液相注入步驟(11)與該固體廢 棄物注入步驟(12)，形成液固比為1：1到50：1之固體廢棄物泥漿，該泥漿具高鹼性，並進行攪拌步驟(13)。而後再進行氧化劑注入步驟(14)，此類氧化劑可為臭氧氣體、過氧化氫溶液等藥劑；依據所得之固體廢棄物泥漿與氧化藥劑，進行煙道氣注入步驟(15)，一併導入超重力旋轉填充床反應器，進行超重力反應步驟(16)，以同步去除煙道氣多種空氣污染物，並安定化固體廢棄物泥漿。最後，藉由該分離步驟(17)進行液固分離，所得之該安定化固體廢棄物可做資源化用途，例如：水泥摻配料等。

超重力旋轉填充床反應器可提升相間傳輸速率，本發明引入均勻混和之鹼性固體廢棄物泥漿，可同時將氣態硫氧化物與二氧化碳溶解於液體媒介中，再進而生成硫酸鹽與碳酸鹽沉澱；同時，於超重力旋轉填充床反應器中，高重力場使液體媒介形成微小水霧，用以脫除煙道氣中懸浮微粒，可去除之懸浮微粒粒徑介於微米(100μm)尺度至次微米(1μm以下)尺度。另一方面，本發明結合氧化劑注入於超重力旋轉填充床中，反應器強烈微混合效果可有效氧化煙道氣中氮氧化物，形成硝酸根溶解於液體媒介中。

固體廢棄物泥漿中高活性成分，例如：游離氧化鈣、游離氧化鎂、氫氧化鈣、氫氧化鎂等，可於反應進行中溶解於液體媒介，轉換成鈣離子與鎂離子，加強與硫氧化物與二氧化碳等空氣污染物之反應，生成硫酸鹽與碳酸鹽沉澱。

故，本發明方法除能有效同步去除煙道氣多種空氣污染物，包括：氮氧化物、硫氧化物、懸浮微粒及二氧化碳等，並安定化固體廢棄 物泥漿，提供環境效益，減少空氣污染防制成本。

下文將詳述本發明實施方式，使本發明所屬技術領域中具有通常知識者，得以實現本發明應用，以達到預期環境經濟效益。然，以下所述實施方式及比較例，不應被解釋為本發明之限制。

11‧‧‧液相注入步驟

12‧‧‧固體廢棄物注入步驟

13‧‧‧攪拌步驟

14‧‧‧氧化劑注入步驟

15‧‧‧煙道氣注入步驟

16‧‧‧超重力反應步驟

17‧‧‧分離步驟

第1圖係本發明之流程示意圖。

第2圖係本發明一實施例，就「未處理A」及「本發明處理後B」之煙道氣，其各空氣污染物濃度分析結果之示意圖。

第3圖係本發明一實施例，就「未處理A」及「本發明處理後B」之固體廢棄物，其各自游離氧化鈣與氫氧化鈣成份分析結果之示意圖。

請參看第1圖所示，本發明同步去除煙道氣中空氣污染物之方法，係包括有下述步驟：液相注入步驟(11)，固體廢棄物注入步驟(12)，攪拌步驟(13)，氧化劑注入步驟(14)，煙道氣注入步驟(15)，超重力反應步驟(16)，及分離步驟(17)。

1.於該液相注入步驟(11)：係通過幫浦設備，將液相媒介注入泥漿暫存槽。此類液相媒介可為自來水、工業製程無機廢水、濃鹽水等。

2.於該固體廢棄物注入步驟(12)：係指透過粉末輸送設備，將 固體廢棄物送入泥漿暫存槽，此固體廢棄物泥漿調配比例為液固比1：1到50：1間。此類固體廢棄物可為鋼鐵爐碴(例如：高爐碴、轉爐碴、脫硫碴、電弧爐碴等)、鍋爐灰(例如：飛灰、底灰、集塵灰等)等該類之鹼性固體物料。

3.於該攪拌步驟(13)：將固體廢棄物注入步驟(12)所得之固體廢棄物泥漿透過攪拌設備，使固體廢棄物能均勻分散於液相中。

4.於該氧化劑注入步驟(14)：係於處理程序線上製備氧化劑，連續注入超重力旋轉填充床中。此類氧化劑可為臭氧氣體、過氧化氫溶液等藥劑。

5.於該煙道氣注入步驟(15)：係指將煙道排氣透過鼓風機引入超重力旋轉填充床中。此類煙道排氣中包含：氮氧化物、硫氧化物、懸浮微粒及二氧化碳等空氣污染物。此類煙道排氣溫度可介於50℃至500℃。

6.於該超重力反應步驟(16)：係指將煙道氣注入步驟(15)之煙道氣，與攪拌步驟(13)所得之該均勻固體廢棄物泥漿及氧化劑注入步驟(14)，於超重力旋轉填充床中強烈分散地接觸，進行煙道排氣淨化。

7.於該分離步驟(17)：係指將該超重力反應步驟(16)所得之該反應後固體廢棄物泥漿進行固液分離，其中，反應後固體廢棄物應已妥善安定化(例如：游離氧化鈣、氫氧化鈣等)，可作為建築材料使用。

請參閱第2圖，本發明之一較佳實施例，此實施例係比較未處理A之煙道氣，與根據本發明「利用鹼性廢棄物聯合處理多種空氣污染物之方法」處理所得之煙道氣為本發明處理B。此實施例之煙道氣氧氣成份為5.5±0.2vol%，可發現未處理前煙道氣A，含有氮氧化物濃度約46.0ppm，硫氧化物濃度約10.0ppm，懸浮微粒濃度約2mg/m³，及二氧化碳濃度約15.6%。經過本發明方法B於常溫常壓下處理，可將氮氧化物濃度降低至0.37ppm(去除效率約99.2%)，硫氧化物濃度降低至0ppm(去除效率100%)，懸浮微粒濃度降低至0.2mg/m³(去除效率約90%)，及二氧化碳濃度降低至1.1%(去除效率約92.9%)。

另外，請參閱第3圖，本實施例中說明未處理A與本發明「利用鹼性廢棄物聯合處理多種空氣污染物之方法」處理B之固體廢棄物中活性物質成分比較。可發現未處理A之固體廢棄物，其內原含有游離氧化鈣及氫氧化鈣含量分別為11.4%與3.4%；經過本發明處理B，游離氧化鈣及氫氧化鈣含量分別有效降至0.1%與0.1%。由此可知，結合本發明同步聯合處理煙道氣之空氣污染物，並進行固體廢棄物安定化，可有效地將固體廢棄物活性物質降低，達到物化性質改良效益，有利於其後資源化再利用。

11‧‧‧液相注入步驟

12‧‧‧固體廢棄物注入步驟

13‧‧‧攪拌步驟

14‧‧‧氧化劑注入步驟

15‧‧‧煙道氣注入步驟

16‧‧‧超重力反應步驟

17‧‧‧分離步驟

Claims (10)

1. 一種利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其特徵為將液相媒介與固體廢棄物均勻混和形成泥漿狀，調配比例為液固比1：1到50：1間；同時，引入氧化劑於系統中，再藉以超重力旋轉填充床反應器進行反應，製造反應器內重力場為1g到150g間，而達到同步淨化煙道氣中空氣污染物之目的。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該液相媒介係包含自來水、工業製程無機廢水、濃鹽水等。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該固體廢棄物係包含鋼鐵爐碴(例如：高爐碴、轉爐碴、脫硫碴、電弧爐碴等)、鍋爐灰(例如：飛灰、底灰、集塵灰等)該類之鹼性固體物料。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該氧化劑係包含臭氧氣體、過氧化氫溶液等。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該煙道氣係包含加熱爐排氣、煉鋼爐排氣、鍋爐排氣等。該類煙道氣溫度可介於50℃至500℃。
6. 如申請專利範圍第1項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該空氣污染物係包含氮氧化物、硫氧化物、懸浮微粒及二氧化碳。
7. 如申請專利範圍第6項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該下氮氧化物，其濃度可介於20ppm至500ppm間。
8. 如申請專利範圍第6項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該下硫氧化物，其濃度可介於1ppm至5000ppm間。
9. 如申請專利範圍第6項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該下懸浮微粒，其粒徑可介於微米(100μm)尺度至次微米(1μm以下)尺度，其濃度可介於0.1mg/m³至200mg/m³間。
10. 如申請專利範圍第6項所述之利用鹼性廢棄物聯合處理煙道氣中多種空氣污染物之方法，其中該下二氧化碳，其濃度可介於5vol%至50vol%間。