危險廢物焚燒處理系統(tǒng)中煙氣脫酸工藝介紹
在化工拆除領(lǐng)域，凱利環(huán)境以全新的思路和技術(shù)，提供化工裝置拆除前的殘留化學(xué)品處置，危險廢物處理，動火條件化學(xué)清洗，水切割拆除等技術(shù)和理念。提供全新的安全環(huán)保的拆除方案。該文對某危險廢物處置中央工業(yè)危險廢物焚燒發(fā)生飛灰的加速碳酸化歷程舉行了研究。測定飛灰中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb等重金屬浸出濃度，其中Pb浸出濃度跨越危險廢物判別尺度及填埋場入場控制尺度限值，高達(dá)288.40mg/L。對飛灰舉行碳酸化處置，探討碳酸化反映時間、反映溫度、液固比和CO2濃度等因素對飛灰中重金屬Pb浸出特征的影響。 效果解釋，在反映時間2～4h，反映溫度10～50℃、液固比3∶1～5∶1，CO2濃度60%～100%范圍內(nèi)碳酸化效果顯著。并通過正交實驗獲得最優(yōu)反映條件為CO2濃度100%，反映時間3h，液固比4∶1，反映溫度30℃。通過行使X射線衍射(XRD)，掃描電鏡(SEM)對飛灰碳酸化前后舉行表征。 效果解釋，碳酸化后飛灰中Ca(OH)2、CaClOH消逝，CaCO3增添顯著，晶體吸附使得重金屬浸出顯著下降，飛灰顆粒外面天生了以CaCO3為主的片狀和圓柱狀的晶體物質(zhì)。重金屬浸出實驗解釋，飛灰經(jīng)碳酸化處置后，重金屬Pb浸出濃度由288.40mg/L降至0.02mg/L。碳酸化法處置工業(yè)危險廢物焚燒發(fā)生飛灰可以有用控制重金屬Pb的浸出以及降低系統(tǒng)的pH(由13～14降至7左右)，同時實現(xiàn)對溫室氣體CO2的牢固，具有潛在的應(yīng)用價值。 危險廢物是指除了生涯垃圾和放射性以外的具有化學(xué)反映性、急性毒性、易燃易爆性、腐蝕性等能引起對人類康健或環(huán)境危害的廢棄物[1]。危險廢物的發(fā)生途徑大致可分為醫(yī)療廢物、市政危險廢物和工業(yè)危險廢物3種，其中工業(yè)危險廢物是危險廢物最主要的發(fā)生途徑。工業(yè)危險廢物身分龐大，在發(fā)生、網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)輸、貯存、綜合行使及處置等環(huán)節(jié)在時空上具有很大的不確定性，使其污染控制成為環(huán)境管理的一大難題，對環(huán)境以及人類康健有相當(dāng)?shù)钠桨搽[患[2]。 憑據(jù)2007年度第一次天下污染源普查公報，工業(yè)源中危險廢物發(fā)生量4573.69萬t;綜合行使量1644.81萬t(其中68.82萬t為往年貯存量)，處置量2192.76萬t(其中11.44萬t為往年貯存量)，昔時貯存量812.44萬t(其中275.64萬t相符環(huán)保要求貯存量)，傾倒拋棄量3.94萬t[3]。憑據(jù)2011—2014年《天下環(huán)境質(zhì)量公報》數(shù)據(jù)，2014年我國工業(yè)危險發(fā)生量到達(dá)3633.5萬t，綜合行使量2061.8萬t，貯存量690.6萬t，處置量929.0萬t[4]。 焚燒手藝處置危險廢物因處置效率高、危險廢物能充實實現(xiàn)減容減量化、可接納部門能量等優(yōu)點而獲得廣泛應(yīng)用[5，6]。焚燒后從熱接納行使系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的物質(zhì)即為飛灰。垃圾焚燒發(fā)生飛灰量約占被焚燒垃圾量的3%～5%[7]。焚燒飛灰中含有重金屬、二噁英、呋喃等有害物質(zhì)，屬重金屬危險廢物范圍，為制止二次污染，在對其舉行最終處置前須經(jīng)由無害化處置到達(dá)《生涯垃圾填埋污染控制尺度》(GB16889—2008)中的要求才可直接舉行平安填埋[8]。 現(xiàn)在處置焚燒發(fā)生飛灰應(yīng)用較多的手藝主要有水泥固化、熔融玻璃化、化學(xué)穩(wěn)固化等[9]。其中，水泥固化是將垃圾焚燒飛灰、水泥和水根據(jù)合適的配比舉行夾雜拌料，把焚燒飛灰微粒劃分包覆而逐漸硬化的歷程[10]。劉彥博[11]等指出：水泥摻入量需35%以上，水泥飛灰固化體中重金屬離子浸出濃度可到達(dá)填埋場污染控制尺度。 水泥固化因成本低廉被廣泛應(yīng)用，其瑕玷是固化后增容顯著，一樣平常增容比到達(dá)1.5～2，固化體破碎易致重金屬再次浸出。熔融固化處置焚燒飛灰主要是將飛灰與玻璃質(zhì)粉料于1000～1400℃高溫下熔融夾雜造粒成型，待夾雜料粒燒至一定水平后，降溫使其固化，形成玻璃固化體，將還未氣化的重金屬和無機(jī)物包羅在其中，從而到達(dá)穩(wěn)固化的目的[12]，是現(xiàn)在穩(wěn)固化最佳的方式。 日本學(xué)者Shin-ichi Sakai[13]對飛灰熔融前后二噁英類有機(jī)物含量轉(zhuǎn)變的實驗解釋，在熔融以及氧化性氣氛下，二噁英等有機(jī)物的剖析率可到達(dá)99.93%，其瑕玷是在高溫條件下能耗過高，煙氣處置難度大。藥劑穩(wěn)固化法是通過行使化學(xué)藥劑與飛灰中的重金屬發(fā)生沉淀、螯合和絮凝等作用，降低飛灰中重金屬的浸出毒性和遷徙可能性[14]。徐穎等[15]研究解釋，在加藥量為1.5%時，藥劑可對飛灰中Pb、Zn和Cd的穩(wěn)固化率劃分到達(dá)95.6%、85.5%和93.4%，浸出濃度均可知足危險廢物填埋尺度。 藥劑穩(wěn)固化的優(yōu)點在于增容少，更大限度實現(xiàn)焚燒飛灰的減量化和無害化處置，瑕玷在于差別藥劑對差別種重金屬的穩(wěn)固化都有一定的選擇性，因此很難找到一種普遍適用的化學(xué)穩(wěn)固劑[16]。綜上所述，通例固化手藝在手藝或經(jīng)濟(jì)方面存在一定缺陷，因此，學(xué)者們做了相當(dāng)?shù)难芯抗ぷ魈接戦_發(fā)新型的固化/穩(wěn)固化手藝。 金漫彤等[17]研究了行使地聚物固化垃圾焚燒飛灰的工藝及處置效果，并在其它條件相同下與水泥固化舉行對比，效果解釋，地聚物固化飛灰后固化體的抗壓強(qiáng)度效果更高，且表現(xiàn)出早期抗壓強(qiáng)度高的特點，固化體中重金屬浸出毒性的效果更好。胡雨燕等[18]研究解釋，焚燒飛灰吸收CO2后對重金屬Pb、Cd具有穩(wěn)固化效果。蔣開國等[19，20]研究解釋加速碳酸化可以有用將生涯垃圾焚燒飛灰中重金屬舉行穩(wěn)固化，將飛灰中40%的可交換態(tài)的Pb質(zhì)量轉(zhuǎn)化成碳酸鹽連系態(tài)。籍曉洋等[21]研究解釋加速碳酸化在一定條件下單元質(zhì)量飛灰可牢固CO2為43.6mg/g。 本文對工業(yè)危險廢物焚燒發(fā)生飛灰接納加速碳酸化法處置后重金屬浸出特征舉行研究。該方式通常是將二氧化碳通入艷服飛灰的容器中，行使CO2與飛灰中CaO、Ca(OH)2等含Ca物質(zhì)在一定條件下反映天生CaCO3晶體，使其對飛灰中重金屬舉行牢固，從而降低重金屬的浸出。加速碳酸化法是近年提出的一種新型手藝，飛灰經(jīng)處置后，可以有用降低其中重金屬的浸出毒性，并對溫室氣體CO2舉行吸收和牢固以到達(dá)削減溫室氣體排放的目的，具有值得期待的應(yīng)用遠(yuǎn)景[22-24]。
1 質(zhì)料和方式
1.1 實驗質(zhì)料 本研究所用焚燒工業(yè)危險廢物飛灰樣品取自安徽某危險廢物處置中央，由布袋除塵器捕捉網(wǎng)絡(luò)。飛灰呈灰白色，顆粒細(xì)小平均。為了保證科學(xué)實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，取樣后飛灰樣品與空氣無長時間接觸，并置于密封裝置，用真空泵將其內(nèi)空氣抽干，放置陰涼干燥處密封儲存。
1.2 實驗方式 1.2.1 加速碳酸化實驗裝置
本研究加速碳酸化反映裝置為自制實驗裝置，如圖1所示，憑據(jù)實驗要求將CO2、N2氣體(剖析純)根據(jù)一定比例通入混和罐中，調(diào)治相宜流量將夾雜氣體通入反映器中與飛灰系統(tǒng)舉行碳酸化反映。 1-恒溫水浴磁力攪拌器;2-帶孔橡膠塞試劑瓶;3-橡膠管;4-尾氣處置;5-氣體流量計;6-夾雜罐;7-壓力表;8-金屬管浮子流量計;9-調(diào)治閥;10-N2鋼瓶;11-CO2鋼瓶
圖1加速碳酸化實驗裝置 1.2.2 飛灰含水率的測定
稱量樣品飛灰M0=100g于干燥具蓋器皿中，置于真空干燥箱中在105℃下干燥24h，取出再次稱量記為M1，盤算飛灰含水率。 含水率W0盤算公式： W0(%)=(M0-M1)/M0×100 其中，M0—樣品飛灰質(zhì)量; M1—干燥后飛灰質(zhì)量。 1.2.3 原焚燒飛灰浸出毒性實驗
憑據(jù)中華人民共和國國家尺度《固體廢物浸出毒性浸出方式翻轉(zhuǎn)法》(GB5086.1-1997)舉行毒性浸出實驗，稱取干基試樣70.0g，置于1L浸取容器中，加入700mL蒸餾水，蓋緊瓶蓋后牢固在攪拌機(jī)上，調(diào)治轉(zhuǎn)速為(30±2)r/min，在室溫下翻轉(zhuǎn)攪拌浸取18h后取下浸取容器，在國家新的安全和環(huán)保要求形式下，以安全技術(shù)和環(huán)保理念，對化工裝置拆除，符合國家要求，確保施工安全。凱利的化工拆除一站式解決方案，為企業(yè)解決殘留物處置，
11月份全國擬建在建固體廢棄物項目
危廢無害化，危廢減量化，水切割拆除一體化服務(wù)。避免安全和環(huán)保事故的發(fā)生。靜置30min，通過45μm濾膜過濾并網(wǎng)絡(luò)所有浸出液，搖勻，行使電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定浸出液中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb等重金屬濃度，實驗效果見表1。
1.2.4 單因素對飛灰碳酸化效果影響及正交優(yōu)化
稱取質(zhì)量均為200g飛灰樣品置于反映器中，設(shè)置反映參數(shù)后測定pH后舉行單因素實驗，探討碳酸化反映時間、反映溫度、液固比和CO2濃度等因素對飛灰中重金屬Pb浸出特征的影響，實驗參數(shù)見表1。 反映到達(dá)設(shè)定時間后，關(guān)閉氣體住手實驗，打開反映器并測定pH。將夾雜物抽濾后固體置于真空干燥箱中105℃下干燥24h，取出密封保留供剖析用。憑據(jù)單因素實驗效果，選取具有代表性的反映條件設(shè)計四因素三水平正交實驗找出碳酸化最優(yōu)反映條件，并考察各因素對Pb浸出的影響水平。 1.2.5 碳酸化產(chǎn)物浸出毒性實驗
將1.2.4獲得的樣品憑據(jù)國標(biāo)《固體廢物浸出毒性浸出方式水平振蕩法》(GB/5086.2-1997)舉行毒性浸出實驗，稱取干基試樣30g置于500mL的錐形瓶中，接納液固比為10L/kg加入300mL蒸餾水，蓋緊瓶蓋后垂直牢固于往復(fù)式水平振蕩器上(頻率為110±10次/min，振幅為40mm)。在室溫震蕩8h，樣品靜止16h后取下。通過45μm濾膜舉行過濾，網(wǎng)絡(luò)所有浸出液，搖勻，立刻測定溶液pH，行使火焰原子吸收(AAS)測定浸出液中重金屬Pb濃度，儀器型號為ZEEnit德國耶拿700P。 1.2.6 X射線衍射(XRD)與掃描電鏡(SEM)
將原始飛灰與具有代表性的碳酸化后飛灰樣品舉行X射線衍射(XRD)與掃描電鏡(SEM)實驗，剖析工業(yè)危險廢物焚燒飛灰與CO2反映前后的內(nèi)部身分及表觀形態(tài)轉(zhuǎn)變。實驗所接納的裝備是TD-3500型號X-射線衍射儀和S-4500場發(fā)射掃描電鏡。
2 效果與剖析
2.1 含水率的測定
本研究稱取工業(yè)危險廢物焚燒飛灰樣品M0=100g，干燥后稱量M1=99.06g，經(jīng)盤算飛灰含水率為0.94%。飛灰是由高溫焚燒網(wǎng)絡(luò)的底物，故含水率較低。
2.2 原飛灰浸出毒性
表2給出飛灰樣品中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb等重金屬浸出濃度，由表2可知，原飛灰樣品中重金屬Cd、Pb浸出濃度在危險廢物判別尺度以上，飛灰為危險廢物。重金屬Pb浸出濃度嚴(yán)重跨越填埋場入場控制尺度，高達(dá)288.40mg/L，是由于工業(yè)生產(chǎn)原料中含鉛較高所致。因此，飛灰不得被直接填埋，須舉行處置后相符填埋尺度方可填埋。
2.3 單因素對焚燒飛灰加速碳酸化的影響及正交優(yōu)化 2.3.1 反映時間對重金屬Pb穩(wěn)固化效果的影響
圖2給出碳酸化反映時間對重金屬Pb浸出影響，由圖2可知，碳酸化反映時間1h，不足以將Pb浸出控制在填埋場入場控制尺度以下。增添到2h，飛灰中的重金屬離子Pb2+浸出濃度有顯著下降，可降至約莫0.19mg/L，已遠(yuǎn)在填埋場控制尺度以下。
反映時間2～6h，重金屬Pb浸出濃度趨于穩(wěn)固，反映時間在3h時，浸出濃度最低降至0.02mg/L。原灰中的CaO與水反映天生Ca(OH)2再與CO2反映，天生了CaCO3，晶體包覆使得飛灰中的重金屬Pb浸出顯著下降。由于初始飛灰中含有大量CaO，與水反映天生Ca(OH)2使得濁液呈強(qiáng)堿性，初始pH在13～14左右。隨著碳酸化的舉行，Ca(OH)2吸收CO2天生CaCO3，使得反映后系統(tǒng)酸堿度的下降，效果解釋，碳酸化后系統(tǒng)pH可降至7左右。 2.3.2 液固比對重金屬Pb穩(wěn)固化效果的影響
圖3給出差別液固比對焚燒飛灰中重金屬Pb浸出影響。由圖3可知，碳酸化反映時間在1h，Pb浸出濃度劃分為30.20mg/L、11.27mg/L、10.96mg/L、6.81mg/L、8.04mg/L，均未到達(dá)填埋要求。
反映時間在2h，Pb浸出濃度劃分為0.77mg/L、0.24mg/L、0.19mg/L、0.20mg/L、0.33mg/L，均可控制在填埋場入場尺度限值以下。反映時間在2h以上，差別液固比對Pb浸出影響趨于平緩，Pb浸出濃度均可到達(dá)填埋入場尺度。在液固比5∶1時，浸出濃度最低可降至0.02mg/L。 2.3.3 溫度對重金屬Pb穩(wěn)固化效果的影響
圖4給出10℃、30℃、50℃、70℃、90℃下碳酸化對重金屬Pb浸出影響，Pb浸出濃度劃分為0.34mg/L、0.26mg/L、0.34mg/L、0.41mg/L、0.40mg/L。由圖4可知反映溫度在30℃時Pb浸出濃度最低，為0.26mg/L。溫度低于30℃，系統(tǒng)反映速度緩慢，降低碳酸化的效果。溫度過高，二氧化碳?xì)怏w分子活躍，氣體加速溢出降低與溶液的反映速率。
2.3.4 CO2濃度對重金屬Pb穩(wěn)固化效果的影響
圖5給出通入20%、40%、60%、80%、100%差別濃度下CO2對重金屬Pb浸出影響，Pb浸出濃度劃分為6.78mg/L、5.78mg/L、1.99mg/L、1.30mg/L、0.04mg/L。由圖5可知，隨著二氧化碳純度越高，碳酸化效果越好，CO2濃度為100%時碳酸化效果最佳。當(dāng)二氧化碳濃度到達(dá)60%時，Pb浸出濃度可控制在填埋尺度限值以下。
2.3.5 正交優(yōu)化實驗
憑據(jù)單因數(shù)實驗效果，選擇代表性的碳酸化反映條件劃分為反映時間2h、3h、4h，反映溫度10℃、30℃、50℃，液固比4∶1、5∶1、6∶1，二氧化碳濃度60%、80%、100%，表3和表4給出了碳酸化正交實驗效果，正交實驗效果解釋影響碳酸化的主次因素劃分為二氧化碳濃度、反映時間、液固比、反映溫度。最優(yōu)組合為D3A3CAB2，即二氧化碳濃度為100%、反映時間為3h、液固比為4∶1、溫度為30℃時碳酸化效果最佳。
2.4 XRD效果與剖析
接納XRD剖析原灰和碳酸化后產(chǎn)物中的晶像礦物組成，掃描角度從10℃到70℃。XRD效果解釋，原始飛灰主要由Ca(OH)2、CaClOH、CaSO4等含Ca的物質(zhì)和NaCl、KCl、CaClOH等含Cl的物質(zhì)組成。飛灰經(jīng)碳酸化處置后，Ca(OH)2、CaClOH的峰消逝，CaCO3的峰增強(qiáng)顯著，可知碳酸化后焚燒飛灰中大量Ca(OH)2吸收CO2轉(zhuǎn)化成大量的CaCO3。
2.5 SEM效果與剖析
圖7給出了飛灰加速碳酸化前后的SEM效果，反映其前后外面形態(tài)轉(zhuǎn)變。由圖6可以看出，原飛灰多由細(xì)小顆粒組成，外面是粗拙和松散漫衍的孔徑巨細(xì)差別的顆粒，很少能看見晶體形態(tài)的物質(zhì)。由圖6可以看出，飛灰經(jīng)由碳酸化處置后的外面為大顆粒，并天生了片狀和塊狀的晶體，連系XRD的實驗效果剖析這些晶體是由于碳酸化作用后天生的CaCO3晶體。
3 結(jié)論 (1)飛灰經(jīng)碳酸化后，原始飛灰中的Ca(OH)2、CaClOH轉(zhuǎn)化成CaCO3，飛灰外面天生片狀或塊狀的晶體。 (2)碳酸化最優(yōu)反映條件為反映時間3h、反映溫度30℃、液固比4∶1，CO2濃度100%，該條件下Pb浸出濃度為0.02mg/L。在CO2濃度為60%時，反映時間2h以上，Pb浸出濃度可控制在填埋場填埋尺度以下。 (3)飛灰經(jīng)碳酸化處置后，原始飛灰中重金屬Pb浸出濃度由288.40mg/L降至約莫0.02mg/L，到達(dá)填埋尺度。碳酸化法可以有用控制工業(yè)危險廢物焚燒飛灰中重金屬Pb的浸出并降低系統(tǒng)的酸堿度。清淤、抽沙機(jī)器人是凱利環(huán)境公司新研發(fā)的智能水下清淤設(shè)備。針對化工企業(yè)不停產(chǎn)清淤作業(yè)的迫切需求，尤其是人工清淤帶來的安全事故頻發(fā)。凱利集團(tuán)與西安交大深度合作研發(fā)水下清淤機(jī)器人，解決國內(nèi)化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中不停產(chǎn)水下清淤的難題。 該機(jī)器人具有深水作業(yè)、智能遙控、24小時連續(xù)作業(yè)、履帶越野行走、全液壓控制、防爆作業(yè)、安全環(huán)保等特點。 目前該機(jī)器人兩大系列，清淤機(jī)器人應(yīng)用化工沉淀污泥，污水廠清淤，市政管網(wǎng)清淤，河道清淤，水庫清淤等作業(yè)。抽沙機(jī)器人應(yīng)用黃河抽沙，河道抽沙，水庫抽沙等作業(yè)。
飛灰處置問題重重 垃圾發(fā)電“最后一公里”難題待解