危險廢物焚燒廢氣處理工藝優化設計研究

王兆豐 劉元虎 葛錫印

(山東郯創環保科技發展有限公司，山東 臨沂 276100)

近年來，我國化工、醫療醫藥、工業等領域飛速發展，同時危險廢物的產生量急劇增加。快速增長的危險廢物給生態環境、人類生活帶來極大挑戰，增多的危險廢物與處置工業產能不足間的矛盾日益突出[1]。危險廢物因具有易燃易爆、腐蝕性、有毒、感染性等特征，難以集中收集并進行妥善處理[2]。我國新修訂的《國家危險廢物名錄(2021年版)》詳細介紹了各行業危險廢物的產生環節和特性[3]，為我國危險廢物的精細化監管和處理提供了依據。目前，國內外針對危險廢物的處置方法進行了大量的研究，并取得了一定的成果。史曄生等[4]提出焚燒是處理危險廢物行之有效的方法。田曉峰等[5]采用普硅水泥和復合礦渣水泥固定化處理醫療危險廢物焚燒后的廢渣，取得了良好的效果。鄭顯鵬等[6]以山東莒南的危險廢物處置工程為例，提出采用“回轉窯+二燃室+SNCR脫硝+煙氣急冷+干法脫酸+布袋除塵器除二噁英除塵+濕法脫酸”進行危險廢物焚燒尾氣處理，實現了危險廢物的無害化處理。王清芬[7]以某危廢處置中心為例，提出了“SNCR脫硝+煙氣急冷+干法脫酸+布袋除塵器除二噁英除塵+濕法脫酸”的危險廢物焚燒廢氣處理工藝。

國內外學者針對危險廢物的處置方式研究較多，但對危險廢物焚燒之后廢液、廢氣、廢渣等殘留物質無害化處置的研究尚存在一些不足。作者通過分析國內外危險廢物處置方法的優勢和不足，研究危險廢物焚燒工藝的原理和廢氣產生的機理，從而提出行之有效的危險廢物焚燒產生有毒有害廢氣的凈化處置措施。

1 國內危險廢物排放量與處置措施

新修訂的《環境保護法》要求我們時刻關注危險廢物的排放量變化，并構建行之有效的危險廢物處置方法和設施，以保護人類賴以生存的生態環境。

1.1 國內危險廢物排放量分析

近年來，我國工業化進程加速，危險廢物的排放也日益增多。2010年到2021年間我國危險廢物排放量變化如圖1所示。從圖1中可以看出，我國危險廢物排放量從2010年的1 589萬噸到2020年突破10 000 萬噸，這10年我國危險廢物的排放量增加了超過6倍。日益增長的危險廢物排放量與增長緩慢的危險廢物處置中心數量的矛盾越發突出。因此，我們在追加投入建設更多危險廢物處置中心的同時，研究提高危險廢物處置效率和無公害處理的新技術新方法，也是一種行之有效的方式。

圖1 國內危險廢物歷年排放量變化圖

1.2 國內外危險廢物處置方法分析

危險廢物處置遵循“減量化、資源化、無害化”的原則，將危險廢物變廢為寶，實現危險廢物資源的綜合回收利用是危險廢物處置方法研究的終極目標。

目前，國內外危險廢物處置方式主要有物理處理、化學處理、生物處理、固化處理、熱處理和安全填埋處理等。物理處理的主要目標是減少廢料的體積，濃縮廢料，主要用于不適于焚燒的廢物，如重金屬廢渣、工業粉塵、石棉等；處理方法主要包括破碎、沉降、萃取等。化學處理的主要目標是實現危險廢物有害成分的分解，從而降低廢料的有害成分含量和毒性，主要應用于酸、堿、廢液、氰化物等無機廢物；處理方法主要包括氧化、還原、沉淀中和、電解等。生物處理的主要目標為降低危險廢物的毒性，實現危險廢物的資源化再利用，主要應用于有機廢物、含重金屬廢液、有機廢液、被污染的土壤等；處理方法主要包括發酵法、冶金法、活性污泥法、厭氧消化法等。固化處理的主要目標為降低廢物毒性，減少廢物污染生態圈的概率，主要用于含重金屬廢物、焚燒灰渣等；處理的方法主要有包膠固化、自膠結固化、熔融或燒結固化等。熱處理的主要目標是實現危險廢物的減容、減量、去毒，主要用于含有機廢物的危險廢物處理；處理的方法主要有焚燒、熱解、氣化和熔融等。安全填埋處理的主要目標是實現危險廢物與環境隔離，防治環境污染，主要用于生活垃圾焚燒飛灰及危險廢物焚燒處理衍生的廢渣、飛灰等。

國內外針對不同危險廢物，采取的處置方法也不同，但最終目標均為將危險廢物中的有害物質變為無害物質，進而保護環境和人類生存安全。如何在處理危險廢物的同時防止二次污染，是需要思考和研究的問題。

2 危險廢物焚燒廢氣處置方法與優化

目前應用較為廣泛的危險廢物處置方法依然為焚燒處理法。該方法雖然效果較好，但依然存在廢氣、灰渣等二次污染的可能，因此有必要對焚燒產生的廢氣進行成分分析和凈化工藝研究。

2.1 危險廢物焚燒產生廢氣的成分分析

根據我國《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB 18484—2020)的要求，結合查閱國內國際危險廢物焚燒裝置等信息，得出危險廢物進入回轉窯焚燒后產生廢氣的主要成分包括二噁英、二氧化硫、一氧化碳、重金屬、顆粒物、氟化氫、氯化氫等有毒有害物質。基于此，我國構建了完善的排放標準體系，杜絕在焚燒過程中產生二次污染。

2.2 危險廢物焚燒廢氣處理方法

目前危險廢物焚燒廢氣可劃分為兩大類，一類為酸性氣體、重金屬、顆粒物，另一類為二噁英。第一類廢氣的處理方式主要有三種，即干法、半干法和濕法[8]。干法工藝一般是指“干式洗氣+布袋除塵”，此過程將硫化鈉混合的活性炭粉末放進布袋除塵器以形成穩定的吸附層。該方法的優點是技術成熟、操作簡單、成本低，缺點是處置效率低、凈化效果較差。半干法工藝一般指“噴霧干燥+布袋除塵”，該裝置采用轉輪霧化器使漿液分布均勻，進而與酸性氣體充分反應，該方法的優點是工藝簡單、凈化效率高，缺點是溫度控制精度高、難度大、維護成本高等。目前，濕法工藝對酸性氣體的處理效果最佳，該方法采用氫氧化鈉或者石灰溶液與酸性氣體進行中和反應，優點是凈化效果好、效率高，缺點是成本較大、需配套水處理系統。

二噁英的形成原因較為復雜，目前國內外對該物質的形成機理尚無準確定論，但該物質是危險廢物焚燒產生的廢氣中危害最大的物質之一。二噁英的凈化處置一般在尾氣末端進行。目前研究表明，干式、半干式噴淋塔結合布袋除塵器、活性炭吸附的二噁英控制方法和裝置可以有效地凈化、吸附二噁英。

2.3 危險廢物焚燒廢氣凈化系統優化設計分析

作者提出“SNCR脫硝+干式除酸+活性炭噴射+袋式除塵+濕法脫酸脫硝+濕電除塵+SCR”組合煙氣凈化工藝方法，設計的工藝流程如圖2所示。

圖2 廢氣處理設施工藝流程圖

其中，SNCR脫硝裝置主要包括尿素儲存裝置、溶液儲存裝置、稀釋裝置和溶液噴射裝置，可有效降低廢氣中的NOx濃度。同時，SNCR脫硝裝置可以根據處理的危險廢物成分的不同設定不同的參數，以便高效靈活地處置危險廢物。余熱鍋爐接收來自二燃室的高溫氣體，將廢氣中的余熱回收利用，同時降低煙氣溫度。余熱鍋爐進口溫度約為1 000 ℃，出口溫度降低至600 ℃左右，然后再進入急冷塔裝置。余熱鍋爐內的余熱可以為其他車間提供熱源。急冷塔主要用于快速降低危險廢物焚燒尾氣的溫度，同時進行酸性氣體處理。干式脫硫塔主要用于處理酸性氣體。在干式脫硫塔中，氫氧化鈣可以與廢氣中的酸性氣體充分混合。

布袋除塵器是通過布袋將顆粒物廢氣保留下來的裝置。其上箱體為凈化室，中箱體為顆粒物室。需要注意的是布袋除塵器需要定期對布袋上的顆粒物進行清理，防止影響除塵效果。濕式脫硫塔和濕電除塵進一步將未處理干凈的廢氣再次凈化。然后廢氣到達活性炭吸附裝置。可以通過在煙道中投入活性炭，達到凈化煙氣的目的。

作者提出的危險廢物焚燒尾氣處理工藝相較以往工藝而言，凈化效果更好，綜合凈化率可達到95%，可以為國內危險廢物焚燒處理中心廢氣凈化裝置的建設打下基礎。

3 結語

本文系統介紹了我國危險廢物排放量的發展趨勢，研究了國內外針對危險廢物的處置方法，對比分析了危險廢物處理方法中的物理處理、化學處理、生物處理、固化處理、熱處理和安全填埋處理六種方法的應用對象、處置方法、處置目標，得出危險廢物焚燒處理方法是目前應用較為廣泛的方法。基于危險廢物焚燒后可能引起二次環境污染的廢氣、廢渣的成分分析，提出了“SNCR脫硝+干式除酸+活性炭噴射+袋式除塵+濕法脫酸脫硝+濕電除塵+SCR”組合的煙氣凈化工藝方法，以此為基礎設計了相應的工藝流程。實例應用表明，該方法可以有效凈化危險廢物焚燒廢氣，提高危險廢物的處置效率，降低環境污染的風險，可為國內危險廢物焚燒處理工藝和廢氣處理工藝提供工程實踐示例和技術依據。