危險(xiǎn)廢物安全填埋熱干化預(yù)處理技術(shù)研究

甘 露

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

危險(xiǎn)廢物是指列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄》或者根據(jù)危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性、感染性等一種或一種以上危險(xiǎn)特性，以及不排除具有以上危險(xiǎn)特性的固體廢物。目前危險(xiǎn)廢物的最終處置手段主要為安全填埋。安全填埋場分為柔性填埋場和剛性填埋場兩種，其區(qū)別是柔性填埋場采用飽和滲透系數(shù)不大于1．0×10-5cm/s，且其厚度不應(yīng)小于2 m 天然基礎(chǔ)層作為防滲阻隔結(jié)構(gòu)；而剛性填埋場采用的是鋼筋混凝土作為防滲阻隔結(jié)構(gòu)。

為了進(jìn)一步提高危險(xiǎn)廢物填埋處置水平，2019年9 月國家生態(tài)環(huán)境部頒布了《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18598-2019），其中規(guī)定除未經(jīng)處理的醫(yī)療廢物、與襯層具有不相容性反應(yīng)的廢物、揮發(fā)性有機(jī)物、 廢液及本身具有反應(yīng)性、 易燃性的廢物外，其余廢物均可進(jìn)入剛性填埋場處置。剛性填埋場采用的是內(nèi)襯人工防滲襯層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物，其抗?jié)B等級要求高，每個(gè)填埋單元面積不得超過50 m2、容積不得超過250 m3，因此隔墻多、土建混凝土鋼筋工程量大；其單位建造成本達(dá)到1 000～1 500元/m3，大約為柔性填埋場的10～20 倍。

目前， 危廢安全填埋場普遍需要處置污泥及與污泥性狀近似的危險(xiǎn)廢物（如各上游企業(yè)廢水處理產(chǎn)生的脫水污泥），其具有含水率高（一般在75%～85%）、污泥體積大、進(jìn)一步脫水難、力學(xué)性能差、填埋后產(chǎn)生的滲濾液量大的特點(diǎn)[1]。 因此，如何針對含水率較高的危廢選用合理的預(yù)處理技術(shù)對其減量化、以降低含水率，從而減少廢物填埋滲濾液量、降低運(yùn)營成本、提高安全填埋場使用年限（尤其對造價(jià)高昂的剛性填埋場）是一個(gè)重要問題。

1 危廢填埋前的預(yù)處理減量化技術(shù)

1.1 穩(wěn)定化/固化預(yù)處理

為滿足入場柔性安全填埋的要求，目前危廢填埋前都需要進(jìn)行固化/穩(wěn)定化預(yù)處理，即通過添加水泥、石灰、粉煤灰及藥劑、水等與危廢在攪拌器中進(jìn)行強(qiáng)制均勻攪拌，形成污染物低溶解度、弱遷移性的固化體，固化后廢物一般增重1．2～1．5 倍，會(huì)造成填埋物體量增加，導(dǎo)致了庫容浪費(fèi)、土地利用率下降、工程效益降低等問題。 剛性填埋場可不需固化預(yù)處理即可填埋。

1.2 調(diào)理后壓濾脫水減量化

污泥加6%～10%的調(diào)理藥劑，采用板框壓濾機(jī)脫水，操作壓力3 MPa 左右，可將污泥含水率降至60%以下，達(dá)到了《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中入場含水率要求，縮小了污泥體積，減少了填埋庫容占用量。

污泥中的毛細(xì)水、弱結(jié)合水可通過板框壓濾等機(jī)械深度脫水方法去除，含水率可降低至50%～60%；但污泥中的強(qiáng)結(jié)合水、結(jié)晶水和有機(jī)質(zhì)內(nèi)部水是無法通過機(jī)械深度脫水去除的，須采用焚燒熱處理、熱干化等方式處理。

1.3 焚燒減量化預(yù)處理[2-3]

污泥及與污泥性狀近似的危險(xiǎn)廢物在焚燒過程中，可以破壞和分解全部的有機(jī)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)重量、體積的減量化。當(dāng)污泥熱值較高滿足回轉(zhuǎn)窯等熱處理爐窯的熱平衡需求、或有機(jī)類有毒有害物質(zhì)含量較高時(shí)必須焚毀，可對其進(jìn)行焚燒減量后再送安全填埋處置。

危廢焚燒后的爐渣一般由水淬撈渣機(jī)板出渣，因此爐渣浸水后會(huì)增加了含水量和爐渣重量，同時(shí)焚燒處理過程也會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣等新的環(huán)境污染。

1.4 熱干化

熱干化是指采用熱介質(zhì)（包括熱水、蒸汽、導(dǎo)熱油等）加熱物料，使物料中水分蒸發(fā)，達(dá)到干燥目的，其過程是物理變化過程。

按方式可分為直接干燥和間接干燥； 按干燥程度可分為全干化（含固率＞85%）和半干化（含固率＜85%）， 其中半干化中污泥含固率35%～60%稱為低干度半干化、含固率65%～85%又稱為高干度半干化。按操作壓力分為：有常壓（微負(fù)壓）操作、真空操作、正壓操作，其中常用的是常壓（微負(fù)壓）操作，主要針對濕分為水分的物料。按操作方式分為有間隙操作、半連續(xù)操作、連續(xù)操作。

2 危廢熱干化設(shè)備適用性分析

目前國內(nèi)常用的干化設(shè)備有帶式干燥器、 臥式圓盤干燥器、槳葉式干燥機(jī)、造粒—立式圓盤干化機(jī)等，其中帶式干燥器、滾筒干燥機(jī)屬于直接干化方式，其它均為間接干化方式。

2.1 帶式干燥器

帶式干燥器用不飽和熱空氣干燥濕物料，濕泥進(jìn)料一般需減少水分至含固率25%～45%，使之具有一定可塑性和空隙，可采用不同溫度（40～140 ℃）的熱空氣通過風(fēng)機(jī)穿過網(wǎng)帶，對網(wǎng)帶上的污泥形成加熱和蒸發(fā)。 由于溫度較低，氣體量較大，氣體被經(jīng)除塵和冷凝后需處理達(dá)標(biāo)排放。

帶式干燥器適用于市政污泥、一般工業(yè)污泥的干燥，可接受的濕污泥含固率20%～40%，干化產(chǎn)品含固率65%～95%；當(dāng)要高干化時(shí)候需干泥返混；濕泥顆粒在干燥器內(nèi)一次停留時(shí)間＞60 min。

帶式干燥器干化的污泥的質(zhì)量波動(dòng)較大，特別是高干度產(chǎn)品有局限性。設(shè)備維護(hù)較為頻繁，選型時(shí)應(yīng)考慮充分余量。帶式干燥器由于密閉效果較差，現(xiàn)場臭味較大，不宜用于干燥氣味較大的危廢。

2.2 臥式圓盤干燥器

臥式圓盤干燥干燥器由轉(zhuǎn)子和定子兩部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)子包括主軸、主軸上的中空碟片以及焊接在碟片邊緣的推料板等，定子為金屬外殼及擋料板等。濕泥從臥式圓盤干燥器一側(cè)進(jìn)入干燥室，憑借物料與碟片的剪切作用，在推料板的攪拌下緩慢前進(jìn)，干燥后排出。 干燥原理為間接干化，一般采用0．6 MPa 蒸氣作為工質(zhì)通入中空碟片，碟片等金屬換熱面與干燥室內(nèi)濕泥接觸換熱，蒸發(fā)所形成水蒸氣抽出而離開干燥器。 廢氣經(jīng)冷凝凈化處理后排放。

臥式圓盤干燥器適用于較高含水率的物料，可接受的濕污泥含固率15%～40%，干化產(chǎn)品含固率70%～80%。 當(dāng)要求全干化時(shí)需進(jìn)行干泥返混，返混產(chǎn)品干度需大于85%，濕泥干燥停留時(shí)間40～60 min。

2.3 槳葉式干燥機(jī)

槳葉式干燥機(jī)中的物料經(jīng)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的空心槳葉軸從進(jìn)料口推動(dòng)至出料口，物料在輸送過程同時(shí)受空心槳葉和夾套加熱使水分得到蒸發(fā)而干燥。 用于干燥的熱介質(zhì)可以是蒸氣、導(dǎo)熱油或熱水。熱介質(zhì)通過旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入空心軸及槳葉。廢氣經(jīng)離心除塵、冷凝需處理后排放。

槳葉式干燥機(jī)適用于較高含水率的物料，可接受的濕污泥含固率15%～40%，干化產(chǎn)品含固率70%～80%；干化停留時(shí)間40～60 min。

臥式漿葉干燥機(jī)、 臥式圓盤干燥機(jī)可得到粒徑0．1～35 mm 的小顆粒，顆粒分布范圍較大。 臥式漿葉干燥機(jī)和臥式圓盤干燥機(jī)的物料在干燥倉內(nèi)的磨擦、擠壓強(qiáng)度高，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率較大，能耗一般在50～75 kWh/t。

2.4 造粒立式圓盤干化機(jī)

造粒立式圓盤干化機(jī)為一體化設(shè)備。 濕泥從頂部進(jìn)入，由自重和表面干燥造粒成3～8 mm 的多孔隙、比表面積大的顆粒，進(jìn)入下方立式盤式干燥機(jī)。立式盤式干燥機(jī)由盤和耙葉兩部分構(gòu)成， 盤是水平靜止的，盤面通入熱源（如蒸氣），同時(shí)依靠耙葉連續(xù)翻動(dòng)物料。污泥顆粒在此盤面上不停地被耙葉翻動(dòng)，之后從盤式干燥機(jī)底部排出。 蒸發(fā)所形成水蒸氣從盤式干燥機(jī)經(jīng)過造粒機(jī)二次熱利用后通過微負(fù)壓進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)。 造粒機(jī)和盤的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工質(zhì)壓力0．6 MPa， 物料憑借物料與金屬換熱表面的接觸傳導(dǎo)、與熱尾氣的對流、下盤面對物料的輻射熱的作用下，逐步干燥。

造粒立式圓盤干化機(jī)適用于含水率需求寬泛的干燥要求，可接受的濕污泥含固率10%～60%，干化產(chǎn)品含固率30%～95%，可調(diào)范圍較大，干化停留時(shí)間5～20 min。 高干化時(shí)候也不需干泥返混，全干化產(chǎn)品顆粒粒徑范圍變化較小，造粒干燥機(jī)可得到粒徑3～8 mm、具有一定規(guī)則的顆粒，顆粒均勻、粉塵小，利于后續(xù)焚燒或綜合利用（如回收有價(jià)金屬）。立式盤式干燥由于耙葉與盤的表面形成線性滾動(dòng)接觸，驅(qū)動(dòng)緩慢，因此阻力和摩擦損耗小，能耗一般在10～20 kW/t。

因造粒—立式圓盤干化機(jī)物料操作時(shí)摩擦小，粉體少，非油泥（及含揮發(fā)性可燃液體的物料）工況安全運(yùn)行對含氧量可不做要求； 全蒸汽回路實(shí)現(xiàn)高度惰性化，防爆安全系統(tǒng)相對簡單。

3 建議

在危險(xiǎn)廢物進(jìn)入最終安全填埋處置前， 采用熱干化預(yù)處理對其進(jìn)行減量化，能夠達(dá)到節(jié)省庫容、降低滲濾液排放量的效果， 整體上具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。在選用熱干化設(shè)備的時(shí)宜注意以下幾方面：

1）因地制宜選擇工藝參數(shù)。理論上，將污泥干燥到處置環(huán)境下的平衡穩(wěn)定濕度，即周圍空氣中的水蒸氣分壓與物料表面上的水蒸氣壓達(dá)到平衡，是最為經(jīng)濟(jì)合理的。 宜根據(jù)減量目標(biāo)，設(shè)置合理干燥工藝參數(shù)。

2）處理能力及占地面積。 單機(jī)蒸發(fā)能力能達(dá)到4 t/h 以上， 設(shè)備占地面積帶式干燥器＞造粒立式圓盤干化機(jī)＞臥式漿葉干燥機(jī)、臥式圓盤干燥機(jī)，應(yīng)因地制宜的選擇干化設(shè)備。

3）設(shè)備材料選擇。 由于污泥干燥過程屬于高濕度、高溫環(huán)境，尤其是化工、電鍍污泥腐蝕更強(qiáng)。因此設(shè)備材質(zhì)的選擇應(yīng)耐酸、堿腐蝕、耐CL-腐蝕。 摩擦損耗較大的干燥機(jī)僅采用普通不銹鋼不耐磨， 宜采用耐磨不銹鋼材料制作。

4）應(yīng)選用密閉性設(shè)備，關(guān)注作業(yè)環(huán)境。臥式漿葉干燥機(jī)、 臥式圓盤干燥機(jī)和造粒干燥機(jī)由于采用的是間接換熱，其密封較好、產(chǎn)氣量小、蒸發(fā)氣體應(yīng)負(fù)壓冷凝回收，少量不可冷凝氣體進(jìn)行除臭處理或直接為助燃空氣焚燒，車間環(huán)境較好，尾氣排放能徹底達(dá)標(biāo)。帶式干燥器由于密閉效果較差，不宜用于干燥氣味較大的物料。

5）選用干燥機(jī)時(shí)應(yīng)注意物料性質(zhì)、粒度、粘度等特性， 避免干燥過程中物料出現(xiàn)結(jié)塊或成團(tuán)導(dǎo)致物料和設(shè)備磨損較大、 物料換熱不均勻?qū)е聼嵝式档汀⒕S修成本高、壽命短的問題。

6）操作方式選用宜通過物料狀態(tài)和處理量綜合考慮。間隙操作主要針對膏狀或粉狀、干燥所需停留時(shí)間長的物料，被干燥物料一次性加入，干燥完成后一次性卸出；半連續(xù)操作主要針對漿狀物料，被干燥物料在干燥前半程可采用增壓方式連續(xù)加入，干燥后半程停止加料且干燥完成后一次性卸出；連續(xù)操作主要針對膏狀或粉狀、干燥所需停留時(shí)間短的物料，被干燥物料連續(xù)加料同時(shí)連續(xù)卸料。

7）應(yīng)特別注意干化過程的安全性。 考慮到危險(xiǎn)廢物物料來源廣、性質(zhì)復(fù)雜的特點(diǎn)，物料在熱干化時(shí)應(yīng)測氧氣含量，并配備在線儀表和防爆控制系統(tǒng)，確保熱干化系統(tǒng)安全可靠。