生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的污染物包括廢氣、廢水和廢渣文中主要討論焚燒煙氣中的污染物和控制。煙氣中的污染物主要包括粉塵( 細(xì)小顆粒物)、酸性氣體(HF、HCl 和SO2等)、氮氧化物、重金屬和有機(jī)污染物( 主要為二噁英)其中二噁英受到廣泛關(guān)注;其種類多毒性大在生活垃圾的焚燒過程中由于垃圾成分比較復(fù)雜高溫下的反應(yīng)多且相互影響二噁英的成因相當(dāng)復(fù)雜目前的研究成果尚不能完全解釋已知的生成途徑有如下幾種:原始存在、高溫氣相合成、從頭合成、前驅(qū)物合成。

一、 酸性氣體凈化裝置

酸性氣體通常采用堿性介質(zhì)吸收法工業(yè)上普遍采用的是Ca(OH)2和NaOH凈化工藝有干法、半干法和濕法。

1. 干法脫酸工藝。干法脫酸工藝一般使用堿性吸附劑以干基形式直接噴入位于省煤器與除塵裝置之間的水平煙道內(nèi)或使吸附劑與酸性氣體在干式反應(yīng)塔內(nèi)接觸吸附劑與酸性氣體之間通過氣固相接觸并發(fā)生中和反應(yīng)來去除煙氣中的酸性氣體。干法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單投資較少;以干粉形式反應(yīng)但由于干法存在吸附劑與煙氣接觸面積小、反應(yīng)時(shí)間短因此干法脫酸效率低(50%～60%)一般噴入的吸附劑如消石灰會(huì)過量很多( 鈣酸比大于3)因此會(huì)導(dǎo)致下游的除塵設(shè)備負(fù)荷增加。常規(guī)的干法脫酸工藝單獨(dú)使用目前已經(jīng)很難達(dá)到規(guī)定的排放要求因此一般大型的生活垃圾焚燒廠已經(jīng)很少采用該法。
2. 半干法脫酸工藝。半干法脫酸工藝是目前應(yīng)用最廣泛的。國(guó)內(nèi)大型垃圾焚燒廠大都采用該工藝。半干法工藝一般吸收劑也采用Ca(OH)2首先制成Ca(OH)2漿液，電鍍層測(cè)厚儀然后由安裝在半干式反應(yīng)塔頂部的霧化器把吸收劑漿液噴入反應(yīng)塔霧化器的高速產(chǎn)生剪切作用使?jié){液形成極小粒徑的液滴然后與煙氣充分接觸通過液滴中的水分揮發(fā)來降低煙氣的溫度同時(shí)提高煙氣濕度石灰漿液滴與酸性氣體進(jìn)行反應(yīng)生成中性鹽類得以去除酸性氣體。
   在半干法脫酸工藝中一般反應(yīng)塔安裝在除塵裝置(一般為袋式除塵器) 的前面以便能夠捕集含有少量消石灰的煙氣;同時(shí)部分未反應(yīng)的消石灰將附著于袋濾器上經(jīng)過脫酸塔的煙氣將會(huì)在袋濾器上與吸附劑進(jìn)一步反應(yīng)以提高脫酸效率。堿性吸附劑與煙氣的進(jìn)入接觸方式有兩種順流方式和逆流方式各有優(yōu)缺點(diǎn)吸附劑都由塔頂進(jìn)入煙氣可選擇由塔頂上部或下部進(jìn)入。反應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)流葉片、直徑等的設(shè)計(jì)主要考慮為反應(yīng)提供足夠的空間和反應(yīng)時(shí)間達(dá)到最佳的脫酸效率。
   半干法的脫酸效率和吸附劑的利用率要大大高于干法正常情況下對(duì)煙氣中HCl 的脫除效率可達(dá)90%以上;同時(shí)半干法脫酸過程中也不產(chǎn)生廢水漿液中的水分主要用來冷卻高溫?zé)煔饨档蜔煔鉁囟纫蕴岣叻磻?yīng)效率;半干法工藝的操作溫度一般在150～170℃左右高于煙氣的露點(diǎn)溫度因此煙氣經(jīng)過除塵器后可直接排放。
3. 濕法脫酸工藝。濕法脫酸工藝一般使用濕式洗滌塔煙氣中的HCl 和SO2等酸性氣體在洗滌塔內(nèi)與噴入的堿性吸收劑( 一般為氫氧化鈉溶液或消石灰溶液)接觸并進(jìn)行中和反應(yīng)以便脫除酸性氣體。濕法工藝在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用較多在工業(yè)裝置上的運(yùn)行數(shù)據(jù)證明脫氯效率可達(dá)到95%以上脫硫效率也可達(dá)到80% 以上;同時(shí)濕式洗滌塔在去除酸性氣體的同時(shí)能夠有效的降低二噁英和重金屬的濃度;因此濕法工藝具有高效全面脫除污染物的優(yōu)點(diǎn)是以后發(fā)展的重點(diǎn)。
   濕法工藝中的濕式洗滌塔一般安裝在袋式除塵器的后面以避免高濕度飽和煙氣中的顆粒物堵塞濾布;同時(shí)由于煙氣先經(jīng)過袋式除塵器所以在除塵器前應(yīng)安裝降溫塔使從省煤器出來的高溫?zé)煔饨?jīng)過降溫后進(jìn)入除塵器提高濾布的壽命。

二、除塵工藝

經(jīng)過煙氣脫酸工藝后還含有大量的細(xì)小顆粒需要通過除塵設(shè)備加以去除。垃圾焚燒廠一般采用靜電除塵器和袋式除塵器兩種。

1. 靜電除塵器。靜電除塵器是在高壓電場(chǎng)的作用下使粉塵帶電被吸附從而實(shí)現(xiàn)氣固相分離。靜電除塵器除塵效率較高脫除重金屬化合物效果好、可以在高溫下使用等優(yōu)點(diǎn)但對(duì)于粒徑在1. 0 μm 以下的顆粒物的捕集效率卻不如袋式過濾器而且靜電除塵器的一次性投資較大占地面積也大所以在垃圾焚燒煙氣處理工藝中使用并不經(jīng)濟(jì)。同時(shí)還因?yàn)榻?jīng)過脫酸系統(tǒng)后的煙氣在經(jīng)過靜電除塵器時(shí)本來已經(jīng)被高溫破壞分解的二噁英會(huì)經(jīng)靜電除塵器極板的催化重新生成二噁英類物質(zhì)即發(fā)生所謂的“再合成現(xiàn)象”。生活垃圾焚燒電廠的粉塵捕集設(shè)施必須采用袋式過濾器。
2.  袋式除塵器。袋式除塵器的工作原理是當(dāng)含塵煙氣通過過濾器時(shí)煙氣中的微小顆粒被濾料形成的濾層和濾袋上形成的粉塵層捕集而攔截下來從而達(dá)到氣固分離�！鞍敫煞�+ 袋式過濾器”的組合工藝目前在垃圾焚燒的煙氣處理上使用最廣袋式過濾器在捕集粒徑在0.1 ～ 1.0 μm 的細(xì)小顆粒物時(shí)的效果要好于靜電除塵器;而且袋式過濾器通常安裝在干法或半干法脫酸系統(tǒng)后進(jìn)入過濾器的煙氣溫度已低于200℃不存在二噁英的再合成現(xiàn)象。袋式除塵器最大的缺點(diǎn)是濾袋材質(zhì)的質(zhì)量要求較高濾袋受煙氣溫度、含水率和酸性氣體的腐蝕等影響較大。如何選擇合適的濾袋材質(zhì)是決定袋式過濾器穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。目前隨著PTFE濾料材質(zhì)的開發(fā)和使用可極大改善袋式過濾器的缺陷由于其運(yùn)行阻力小、透氣過濾性好等優(yōu)點(diǎn)有些老裝置在改造時(shí)選用PTFE 替代原先的濾料后大大提高了顆粒物的攔截效果而目前新建的垃圾焚燒電廠更是廣泛應(yīng)用。

三、 氮氧化物的去除工藝

根據(jù)NOx的生成機(jī)理其控制包括兩方面:一是通過對(duì)垃圾焚燒過程的控制減少NOx的生成;二是在后處理中通過化學(xué)或物理的方法對(duì)已經(jīng)生成的NOx進(jìn)行去除。在廢棄物的燃燒控制主要要遵循“3T+E”原則即燃燒溫度、停留時(shí)間、較大的湍流度和過量的空氣。要綜合平衡各因素的影響選擇最佳的運(yùn)行參數(shù)。譬如溫度高溫對(duì)去除二噁英有利但會(huì)增加熱力型NOx的濃度因此一般爐排爐焚燒系統(tǒng)爐溫控制在900℃;在實(shí)際燃燒過程中還要控制一二次空氣的配風(fēng)比例、控制燃燒過程的低含氧量等來降低NOx的生成。垃圾焚燒煙氣中的NOx以NO為主目前在后處理中通過反應(yīng)脫除NOx的方法按有無使用催化劑分為兩種即選擇性非催化還原法( SNCR) 和選擇性催化還原法(SCR)。

選擇性非催化還原法(SNCR) 是在煙氣溫度850～1100℃的爐膛區(qū)域，噴入含有氨基的還原劑煙氣中的NOx在還原劑和氧的作用下生成N2以脫除煙氣中的NOx。選擇性催化還原法(SCR)是在煙氣溫度200 ～400℃區(qū)間在煙氣通過TiO2 - V2O5等催化劑層時(shí)其中的氮氧化物與噴入的NH3在氧氣的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成N2從而達(dá)到凈化目的。SCR 對(duì)NOx的脫除效率高缺點(diǎn)是一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高但對(duì)于日趨嚴(yán)格的煙氣排放要求SCR 的運(yùn)用將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。

四、 煙氣二噁英控制方法

垃圾焚燒控制二噁英的技術(shù)措施主要有3 種。

1. 燃燒控制。通過焚燒爐內(nèi)合理地組織燃燒維持爐內(nèi)高溫(Temperature)、延長(zhǎng)氣體在高溫區(qū)的停留時(shí)間(Time)、加強(qiáng)爐內(nèi)垃圾湍動(dòng)促進(jìn)空氣與煙氣的擴(kuò)散、混合(Turbulence)。要求爐內(nèi)溫度保持在850℃～950℃煙氣在超過850℃溫度下停留時(shí)間大于2s讓垃圾充分燃燒。歐盟標(biāo)準(zhǔn)為原始排放濃度小于0. 1ng /Nm3。使含二噁英類的未燃?xì)怏w完全燃燒從而把二噁英的生成抑制到最低水平。
2. 除塵器。袋式除塵器對(duì)固體顆粒具有高效的攔截效果，可攔截?zé)煔庵泄滔嗟亩�噁英。
3. 活性炭噴射吸附去除。通過燃燒管理和袋式除塵器的配合使用能夠使煙氣中的二噁英含量降到≤0.1ng /Nm3。這是因?yàn)橥ㄟ^焚燒爐和自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的配合實(shí)現(xiàn)了焚燒爐的完全燃燒確保煙氣在850℃以上滯留2s 以上。袋式除塵器可以攔截固相二噁英去除率可達(dá)90% 以上。最后向袋式除塵器的前面煙氣中噴射少量的活性炭能夠高效率地吸附二噁英類物質(zhì)。3 種方式相結(jié)合可以有效控制二噁英的排放。