不同工藝水泥窯協(xié)同處置生活垃圾二噁英的排放

紀恪敏，張云，徐暢平

（1云南省建筑材料科學(xué)研究設(shè)計院有限公司 云南 昆明 650221 2易門縣環(huán)境監(jiān)測站 云南 易門 651100）

0 引言

近年來，水泥窯協(xié)同處置生活垃圾在國內(nèi)發(fā)展十分迅速。根據(jù)中國水泥協(xié)會的統(tǒng)計，截至2018年底國內(nèi)共建設(shè)水泥窯協(xié)同處置生活垃圾生產(chǎn)線51條，城市生活垃圾年處置能力578萬t，水泥生產(chǎn)企業(yè)的原料替代達到了25%，燃料替代達到了12%[1]。與傳統(tǒng)的生活垃圾填埋、焚燒等處理方式相比，利用水泥窯協(xié)同處置生活垃圾在減量化、無害化、資源化等方面具有明顯優(yōu)勢[2-3]。目前，國內(nèi)水泥廠協(xié)同處置生活垃圾主要分為4種處理工藝，即：氣化爐+分解爐技術(shù)、分選脫水+分解爐技術(shù)、機械生物法+熱盤爐技術(shù)、熱盤爐單獨焚燒+分解爐技術(shù)。大致可歸納為垃圾可燃物料直接進窯焚燒處置技術(shù)和垃圾進窯前焚燒后煙氣再進窯處置兩大類別[4～5]。水泥窯協(xié)同處置生活垃圾時將不可避免的產(chǎn)生劇毒物質(zhì)二噁英，其環(huán)境效益值得引起重視[6]。就氣化爐+分解爐處理工藝、分選脫水+分解爐技術(shù)、機械生物法+熱盤爐技術(shù)3種不同生活垃圾協(xié)同處理工藝的6條水泥窯協(xié)同處置生活垃圾生產(chǎn)線的二噁英排放情況進行分析，并給出技術(shù)發(fā)展的建議。

1 材料及方法

1.1 項目及工藝、工況概況

本文選擇的6個水泥窯協(xié)同處置生活垃圾生產(chǎn)線分別位于貴州省黔西縣、廣西省凌云縣、湖北省宜城市、湖北省松滋市、廣西省田陽縣和云南省彌渡縣，代號分別為A、B、C、D、E、F。

項目A生產(chǎn)依托2 500t/d的水泥熟料新型干法生產(chǎn)線，設(shè)計日處理城市生活垃能力250t/d，年處理圾總量9.13萬t/a。項目采取氣化爐+分解爐處理技術(shù)，具體工藝如下：破碎后的垃圾經(jīng)氣化爐內(nèi)蓄熱介質(zhì)（流化砂） 接觸后形成可燃氣體與燃燒氣體，然后混合進入水泥窯系統(tǒng)的分解爐內(nèi)燃燒，最終燃燒廢氣經(jīng)分解爐+五級旋風(fēng)預(yù)熱器+窯尾PH爐+高溫風(fēng)機+生料磨+電收塵器處理后由窯尾煙囪（高度：85m）排放；燃燒后的灰渣經(jīng)磁選機、鋁分選機處理后作為原料摻入到水泥生料粉磨系統(tǒng)；除氯系統(tǒng)廢氣經(jīng)布袋收塵器收集粉塵后排放。

項目B生產(chǎn)依托1條2 500t/d新型干法熟料生產(chǎn)線建設(shè)日處理100t城市生活垃圾處理線。項目采取氣化爐+分解爐處理技術(shù)，處理工藝與項目A相同，生活垃圾氣化為可燃氣體后氣依次經(jīng)過分解爐、預(yù)熱器、增濕塔、生料磨、余熱鍋爐和窯尾廢氣處理設(shè)施后，通過100m的煙囪排放；除氯系統(tǒng)廢氣經(jīng)旋風(fēng)分離器、空氣冷卻器、布袋收塵器、引風(fēng)機、煙囪（高度：25m）排放。

項目C生產(chǎn)依托4 800t/d水泥熟料生產(chǎn)線，協(xié)同處置城市生活垃能力200t/d。項目采取分選脫水+分解爐技術(shù)，具體工藝如下：經(jīng)預(yù)破碎后的生活垃圾經(jīng)一次篩分、兩道風(fēng)選工序后，分類為可燃物（主要為塑料、紙張、織物等）與不可燃物（主要為廚余物、渣土、玻璃等）；不可燃物經(jīng)擠壓脫水后作為水泥生產(chǎn)原料，可燃物經(jīng)擠壓脫水后經(jīng)可燃物接納系統(tǒng)送至燒成窯尾分解爐作為替代燃料，燃燒廢氣最終經(jīng)SNCR裝置、增濕塔、除氯裝置及高效布袋除塵后通過110m高排氣筒排放。

項目D依托1條4 500t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線對生活垃圾進行協(xié)同處置，處理能力500t/d。項目采取分選脫水+分解爐技術(shù)，具體采取工藝與項目C基本相同，即：經(jīng)預(yù)破碎后的生活垃圾經(jīng)三道篩分、一道破碎和一道風(fēng)選后，分類為可燃物與不可燃物；可燃物經(jīng)擠壓脫水后經(jīng)可燃物接納系統(tǒng)送至燒成窯尾分解爐作為替代燃料，燃燒廢氣最終經(jīng)SNCR+增濕塔+袋式除塵器+除氯系統(tǒng)后通過106.5m高排氣筒排放。

項目E利用原有4 500t/d生產(chǎn)線水泥窯作為生活垃圾焚燒設(shè)備，設(shè)計規(guī)模日處置500t周邊所產(chǎn)生生活垃圾。生產(chǎn)工藝采用機械生物法+熱盤爐技術(shù)，具體工藝如下：生活垃圾經(jīng)有氧發(fā)酵后經(jīng)擠壓脫水后由行車抓斗、帶式調(diào)速計量給料機以及管狀帶式輸送機輸送至熱盤爐內(nèi)進行焚燒處理。熱盤爐內(nèi)垃圾在高溫下將垃圾中有毒有害成分徹底分解，產(chǎn)生的燃燒廢氣隨水泥熟料燒成廢氣一起進入水泥窯廢氣處理系統(tǒng)，經(jīng)SNCR+布袋除塵器處理后由窯尾煙囪（高度：114m）排放；窯尾煙室的部分高溫廢氣由旁路放風(fēng)口抽出，經(jīng)除氯裝置處理后再經(jīng)袋式收塵器凈化后經(jīng)窯尾煙囪排入大氣。

項目F利用4 000t/d水泥熟料生產(chǎn)線水泥窯協(xié)同處置300t/d生活垃圾，設(shè)計規(guī)模年無害處置10.95萬t城鄉(xiāng)生活垃圾。生產(chǎn)工藝采用機械生物法+熱盤爐技術(shù)，具體生產(chǎn)工藝與項目E相同。熱盤爐產(chǎn)生的燃燒廢氣與臭氣引向篦冷機產(chǎn)生的燃燒廢氣一并與窯系統(tǒng)氣體混合，經(jīng)SNCR脫硝、分解爐（或水泥窯）預(yù)熱器堿性物料固化、余熱鍋爐回收余熱后經(jīng)布袋除塵器處理達標后通過窯尾煙囪（高度：113.5m）排放；旁路放風(fēng)廢氣采用急冷室+風(fēng)冷閥+袋式除塵器控制等措施進行處理后經(jīng)袋除塵后引至窯尾煙囪（高度：113.5m）與窯尾煙氣一起排放；水泥窯檢修時臭氣通過水浴除塵+生物除臭+活性炭吸附除塵除臭工藝處理后經(jīng)排氣筒（高度：35m）排放。

本文各項目監(jiān)測期間各生產(chǎn)設(shè)備及環(huán)保設(shè)施均運轉(zhuǎn)正常，監(jiān)測期間各項目工況見表1。

表1 監(jiān)測期間各項目工況一覽表

1.2 采樣點設(shè)置及檢測方法

本文選擇的6個水泥窯協(xié)同處置生活垃圾生產(chǎn)線均在窯尾煙囪設(shè)置了采樣點，監(jiān)測頻次為每天按時段監(jiān)測3次，連續(xù)監(jiān)測2天。儀器為高分辨磁質(zhì)譜系統(tǒng)，采樣方法能夠滿足《環(huán)境空氣和廢氣二噁英類的測定同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法》（HJ77.2-2008）中的相關(guān)規(guī)定。

1.3 質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

所選取的各條水泥窯協(xié)同處置生活垃圾生產(chǎn)線的監(jiān)測采樣廢氣采樣時保證采樣系統(tǒng)的密封性，測試前氣密性檢查、校零校標；每批次樣品不少于10%實驗室平行雙樣，廢氣樣品均進行加標回收率實驗控制，二噁英回收率均在允許值范圍之內(nèi)，并對實驗室內(nèi)部質(zhì)控措施進行評價。所有樣品前處理和儀器分析過程未發(fā)現(xiàn)異常。

2 結(jié)果及討論

2.1 二噁英的排放情況

窯尾煙氣中二噁英的排放結(jié)果見表2。水泥窯協(xié)同處置生活垃圾生產(chǎn)線二噁英廢氣排放口主要為窯尾煙囪，若獨立設(shè)除氯裝置排氣口，也會有少量二噁英廢氣由此處排放。由于除氯裝置僅在窯內(nèi)氯元素富集循環(huán)、影響燒成系統(tǒng)穩(wěn)定時運行，時運行時間僅約0.7～1.0小時/天，且經(jīng)此處排放的煙氣經(jīng)水泥窯+煙氣急冷處理后能有效去除大部分二噁英；所選取的6個項目中僅項目A、B獨立設(shè)有除氯裝置排氣口，因此表2中監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠代表所選取項目的二噁英廢氣排放水平。

由表2可知，二噁英廢氣的排放濃度與日處理規(guī)模之間關(guān)聯(lián)系數(shù)R2=0.0001，表明之間不存在線性關(guān)系；不同水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝對煙氣中的二噁英均有良好的抑制或去除效果，6個項目窯尾煙氣中的二噁英含量均能滿足《水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標準》（GB 30485—2013）中二噁英不得高于0.1ng TEQ/m3的排放要求。由此可推知，本文所選取的6個項目在采樣期間水泥窯運行正常，廢氣處理設(shè)施有效工作，能夠做到二噁英正常排放。

表2 不同工藝水泥窯協(xié)同處置生活垃圾二噁英排放情況表

2.2 不同工藝下二噁英的排放情況

氣化爐+分解爐技術(shù)、分選脫水+分解爐技術(shù)、機械生物法+熱盤爐技術(shù)3種不同生活垃圾協(xié)同處理工藝窯尾煙氣中二噁英的排放濃度見圖1。

圖1 不同協(xié)同處置工藝二噁英廢氣排放情況

從中可見，3種工藝排放的二噁英廢氣濃度均不大，但不同工藝的排放濃度有一定差異?？傮w看來，廢氣中的二噁英質(zhì)量濃度水平排序為：機械生物法+熱盤爐技術(shù)＞氣化爐+分解爐技術(shù)＞分選脫水+分解爐技術(shù)，使用分選脫水+分解爐技術(shù)排放濃度僅為0.029ng TEQ/m3，遠小于0.1ng TEQ/m3的排放要求。不同地區(qū)相同處理工藝的項目排放的二噁英質(zhì)量濃度水平部分差異較為明顯，部分差異不大，其中同樣使用氣化爐+分解爐技術(shù)的兩個項目分別出現(xiàn)了本次所選用數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，表明了二噁英的排放水平除了與工藝類型及相關(guān)環(huán)保設(shè)備運行效果有關(guān)，還暗示與不同地區(qū)城鄉(xiāng)生活垃圾的來源組成有關(guān)，垃圾成分的波動會對廢氣污染物的成分造成不可預(yù)見的影響。

3 結(jié)語

研究了水泥窯協(xié)同處置生活垃圾后煙氣污染物中二噁英的排放特性。結(jié)果表明，水泥窯協(xié)同處置生活垃圾并不會造成二噁英的排放超標。3種不同工藝中機械生物法+熱盤爐技術(shù)所產(chǎn)生的二噁英排放濃度最小。在國家現(xiàn)行的要求下，水泥窯協(xié)同處置生活垃圾能夠較好的滿足垃圾處理“無害化、資源化、減量化”的要求。但探索新的水泥窯協(xié)同處置生活垃圾工藝，改善現(xiàn)有工藝的資源利用效率以及氣態(tài)污染物排放水平，仍是水泥窯協(xié)同處置生活垃圾行業(yè)熱點問題。