印染污泥焚燒煙氣污染控制案例分析

唐子君,方 平,岑超平,梁陽明 (.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 50655；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 0002；3.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,廣東 廣州 50640)

印染廢水含有大量的染料、漿料、表面活性劑等組分,具有色度大,有機(jī)物濃度高、堿性強(qiáng)和水質(zhì)水量變化大的特點(diǎn)[1-2].目前對印染廢水的處理基本采用活性污泥法,其污泥產(chǎn)量約占處理水量 0.3%～0.5%(含水率 97%計),作為印染廢水處理的二次產(chǎn)物,大量印染污泥的處置是印染行業(yè)面臨的重要問題.目前國內(nèi)印染污泥的處理主要有土地利用,污泥堆肥和焚燒等方法.其中焚燒技術(shù)的最顯著優(yōu)勢在于可以迅速和較大程度上減少污泥的體積,同時可以回收熱能,又可將焚燒灰渣綜合利用,是目前污泥減量化、無害化最徹底的方法之一,受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注.

由于印染污泥有機(jī)物含量較低,且污泥焚燒會產(chǎn)生粉塵、氮氧化物、二氧化硫、酸性氣體以及重金屬等對環(huán)境和人體有害的物質(zhì),若不嚴(yán)格處理還會導(dǎo)致二次污染,危害人類健康,因此為了推動污泥焚燒技術(shù)的應(yīng)用,有必要開展污泥焚燒大氣污染控制技術(shù)研究.目前,國內(nèi)外針對污泥焚燒過程中煙氣中的氮氧化物的控制主要采用分級燃燒和選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)[3];對于二氧化硫及酸性氣體的控制除了向焚燒爐內(nèi)添加脫硫劑(如石灰石)外[4],常采用濕式洗滌法對焚燒后的煙氣進(jìn)行凈化;對于重金屬而言,焚燒過程中添加石灰石、高嶺土以及含鈣吸附劑等物質(zhì)對其去除有一定的效果,但目前主要采用的是焚燒后煙氣中顆粒物與重金屬協(xié)同控制技術(shù)[5-6].

本文通過對廣東省某兩家印染廠的印染污泥焚燒項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)研,從各廠污泥處理技術(shù)路線、焚燒設(shè)備以及煙氣污染物控制技術(shù)等方面入手,通過對各廠印染污泥處理過程中各污染物的濃度以及煙氣污染物控制設(shè)施效果的分析,為我國印染污泥焚燒工作的開展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持,并為印染污泥與煤混燒后煙氣中污染物的控制提出一個較為可行的煙氣處理工藝流程.

1 印染污泥與煤協(xié)同焚燒—循環(huán)流化床(案例一)

案例一中采用4臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐用于摻燒該公司日常產(chǎn)生的印染污泥,處理規(guī)模為50t/d(脫水污泥),脫水污泥的摻燒比為 1.5%～5%,若采用干化污泥,摻燒比為3%～5%.采用“脫水污泥/干化污泥與煤混燒+剩余灰渣做建材處理”的污泥技術(shù)處理路線.通過對污泥與煤進(jìn)行采樣,其基礎(chǔ)分析結(jié)果如表1所示.

表1 污泥與煤元素分析、工業(yè)分析與低位熱值Table 1 Proximate analysis, ultimate analysis and inferior calorific value of sludge and coal samples

表2 進(jìn)口與出口煙氣中污染物的濃度Table 2 Inlet and outlet concentration pollutants in flue gas

煙氣治理工藝流程為:SNCR脫硝+布袋除塵+噴淋塔濕法脫硫,各污染物其進(jìn)出口濃度見表2.由表2可知,在經(jīng)過煙氣凈化設(shè)施以后,顆粒物的濃度大大減低,其去除率為 99.4%;二氧化硫與酸性氣體的去除效果不是很理想,原因可能為該廠所采用的脫硫吸收液為自產(chǎn)的印染廢水,廢水的堿度和水量都較低,使得運(yùn)行時的液氣比較低,氣體停留時間短;采取SNCR脫硝裝置能較好的去除煙氣中的 NOx[7-8], NOx的出口濃度低于200mg/m3,符合歐盟EU2000/76/EC標(biāo)準(zhǔn)(現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)為400mg/m3[9]).此外,煙氣中CO出口濃度高于進(jìn)口濃度是因?yàn)槲勰嗝撍苫療煔庵苯舆M(jìn)入脫硫塔,使得出口CO濃度略有升高.

通過采集污泥、煤炭、飛灰、爐渣以及對進(jìn)出口煙氣樣品進(jìn)行分析可知,不同的金屬在混燒過程中其遷移規(guī)律存在差異.與煤相比,污泥中所含的重金屬的種類較多,濃度較高,污泥中的重金屬主要有 Cu、Ni、Cd、Cr、Pb和 Zn等[10-11].由表3可以看出,污泥與煤在經(jīng)過焚燒后,Ni、Zn等重金屬殘留在爐渣中,而 Cr、Mn、Cu、Pb等則富集在飛灰上,雖然部分 Hg在飛灰和爐渣中有殘留,但絕大部分的 Hg隨煙氣排出,原因可能為,在高溫作用下,一部分的重金屬由于溶沸點(diǎn)較高、揮發(fā)性差,最終以灰渣的形式存在[12-13];大部分的重金屬以氣態(tài)或氣溶膠的形式隨煙氣排出鍋爐,冷卻后逐漸吸附于顆粒物上[14-15];而 Hg作為最易揮發(fā)的重金屬,在高溫?zé)煔庵型耆詺怏w單質(zhì)汞的形式存在,隨著煙氣溫度的降低,氣相單質(zhì)汞與煙氣中的組分發(fā)生一系列均相反應(yīng)和多相反應(yīng),主要以 HgCl2的形式存在,吸附在顆粒物上[16].此外,通過比較鍋爐出口煙氣和凈化煙氣中重金屬的含量可以看出,凈化煙氣某些重金屬的濃度高于鍋爐出口煙氣,其原因?yàn)槲勰喔苫鬅煔庵苯优c除塵后煙氣混合進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng),從而導(dǎo)致最終出口煙氣中重金屬的種類和含量有所增加.

表3 污泥與煤混燒過程中重金屬的遷移Table 3 Heavy metal migration in the process of sludge and coal mix-incineration

2 印染污泥與煤協(xié)同焚燒—鏈條爐與循環(huán)流化床(案例二)

案例二中的污泥來源為印染廠產(chǎn)生的印染污泥在經(jīng)過濕法脫硫后進(jìn)入該廠的污水處理廠同進(jìn)入該污水處理廠的生活污水所產(chǎn)生的混合污泥.混合污泥采用與煤摻燒的方式進(jìn)行焚燒處理,污泥與煤的體積摻燒比為 1:2.污泥焚燒的主要設(shè)備為:35t/h鏈條爐2臺;130t/h流化床鍋爐1臺;75t/h流化床鍋爐1臺.針對不同焚燒爐型所采用的煙氣治理措施也存在差異,鏈條爐采用“水幕除塵+濕法脫硫”煙氣治理工藝,其中除塵脫硫用水的均為該印染廠的印染廢水;流化床鍋爐采用“靜電除塵+脫硫脫硝柜”煙氣處理工藝,凈化后的煙氣一起進(jìn)入80m煙囪排空. 表4為該印染廠焚燒所用的污泥與煤的基礎(chǔ)分析結(jié)果.

表4 污泥與煤元素分析、工業(yè)分析與低位熱值Table 4 Proximate analysis, ultimate analysis and inferior calorific value of sludge and coal samples

表 5為污泥與煤在鏈條爐和流化床混燒后產(chǎn) 生的煙氣在煙氣凈化裝置的進(jìn)出口濃度.通過對鏈條爐和流化床進(jìn)出口煙氣進(jìn)行分析可以看出采用電除塵其去除效率及除塵量要高于水幕除塵,兩者的除塵效率分別為 98.6%和 99.8%.通過粗略比較也可以發(fā)現(xiàn),采用流化床所產(chǎn)生的二氧化硫與氮氧化物的量均小于鏈條爐,而酸性氣體的產(chǎn)量特別是HCl的量則高于鏈條爐,且兩者的氮氧化物、二氧化硫與酸性氣體的去除率均不高,原因可能為兩者濕法脫硫用水均采用印染廢水,且液氣比偏低.

表5 進(jìn)口與出口煙氣中污染物的初始濃度Table 5 Inlet and outlet concentration pollutants in flue gas

表 6為流化床污泥與煤混燒過程中重金屬的遷移與分布.通過對污泥、炭、飛灰、爐渣以及煙氣中重金屬的分析可知,Zn的分布較為廣泛,絕大部分殘留在灰渣中;Fe、Mn、Ni等金屬部分殘留在灰渣中,而易揮發(fā)的 Hg主要富集于飛灰中,并有部分汞最終以氣態(tài)的形式隨煙氣排出,凈化煙氣中 Hg的含量仍然很高,需采取措施降低最終煙氣中重金屬的含量.

表6 流化床污泥與煤混燒過程中重金屬的遷移Table 6 Heavy metal migration in the process of sludge and coal mix-incineration in fluidized bed

3 印染污泥焚燒煙氣處理技術(shù)路線

通過對以上兩家印染污泥焚燒案例的分析結(jié)合文獻(xiàn)資料調(diào)研可知,目前廣東省內(nèi)有較多印染企業(yè)開展污泥焚燒處置應(yīng)用,但是對污泥焚燒煙氣的處理卻并未得到重視,大都利用原有的鍋爐煙氣控制設(shè)施控制污泥混燒煙氣,較常用的工藝是靜電/布袋除塵+脫硫,該工藝可有效控制粉塵和酸性氣體,但是對重金屬和NOx的控制不甚理想[17].因此,結(jié)合現(xiàn)有印染企業(yè)的大氣污染控制設(shè)施,考慮經(jīng)濟(jì)技術(shù)成本及我國基本國情,對國內(nèi)印染污泥焚燒后煙氣治理技術(shù)工藝流程進(jìn)行設(shè)計,其設(shè)計的工藝流程見圖 1.工藝流程說明如下:

圖1 印染污泥焚燒煙氣處理工藝流程Fig.1 Flow diagram of dying sludge incineration flue gas treatment process

該工藝通過采用 SNCR脫硝技術(shù)控制印染污泥與煤在混燒過程中所產(chǎn)生的 NOx,同時通過爐內(nèi)添加石灰石達(dá)到初步脫硫的目的.采用旋風(fēng)除塵器達(dá)到預(yù)除塵的目的,在一級除塵與二級除塵之間噴入活性炭,用于捕集煙氣中的重金屬,并通過布袋除塵將所吸附的重金屬以顆粒物的形式收集.然后煙氣通過濕式吸收塔,使用投加NaOH的印染廢水作為吸收液對煙氣中的 SO2以及HCl、HF等酸性氣體進(jìn)行去除,同時通過在吸收液中添加重金屬捕集劑以及其他氧化型/絡(luò)合型添加劑對煙氣中的重金屬進(jìn)行進(jìn)一步的去除,最終煙氣在經(jīng)過熱交換器后排放.

4 結(jié)論

4.1 上述印染污泥與煤混燒項(xiàng)目尚未配備齊全的煙氣治理措施,僅配有除塵以及簡單的脫硫(脫硝)設(shè)施,缺乏必要的重金屬等污染物控制設(shè)施,且其脫硫脫硝效果不甚理想.

4.2 在現(xiàn)有煙氣控制設(shè)備中,布袋除塵的效果較為理想,除塵效率可達(dá)99%以上;使用印染廢水作為吸收液的濕法脫硫技術(shù),由于吸收液堿度偏低、水量偏小的原因,SO2及酸性氣體 HCl、HF的去除效果不理想;SNCR對NOx具有一定的去除效果,是一種較為經(jīng)濟(jì)、高效的脫硝技術(shù).

4.3 同時通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),大部分重金屬在焚燒過程中以氣態(tài)或氣溶膠的形式隨煙氣排放出鍋爐,冷卻后逐漸富集在顆粒物上,最終以飛灰的形式被除塵器去除,但仍有部分重金屬如 Hg在出口煙氣中的濃度仍然很高,需要采取必要的措施控制煙氣中的重金屬.

4.4 基于印染污泥焚燒實(shí)例分析,同時結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有較為成熟的煙氣污染物控制技術(shù)與國內(nèi)外成熟案例,本文提出適于印染污泥與煤混燒煙氣處理工藝流程.

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