某危險廢物處置園區(qū)通風(fēng)凈化設(shè)計

中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司 孫亞峰 肖 武 王乃天

0 引言

根據(jù)《中華人民共和國固體廢棄物污染防治法》的規(guī)定，危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或者根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒定方法認(rèn)定的具有危險性的廢物?！秶椅ｋU廢物名錄》1998年首次發(fā)布，2008年和2016年進行了2次修訂，其中2016年版將我國危險廢物分為46個大類479種。2021年1月1日最新的修訂版實施，對危險廢物類別進行了增減、合并，修訂后種類數(shù)共467種，修改了90種危險廢物的文字表述或危險性特征，新增豁免16個種類危險廢物，豁免的危險廢物共計達到32種類。《國家危險廢物名錄》是危險廢物環(huán)境管理的技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵依據(jù)，修訂版名錄的施行進一步提高了危險廢物屬性判定和環(huán)境管理的精準(zhǔn)性，有效改善了危險廢物管理“一刀切”的方式，有效推進了危險廢物分級分類管理，切實提高了危險廢物環(huán)境管理水平。

近年來，隨著工業(yè)化程度的加快，危險廢物的產(chǎn)生量日益增多，2020年危險廢物產(chǎn)生量突破1億t。隨著危險廢物的不斷產(chǎn)生，危險廢物的綜合利用潛力快速提升，危險廢物處置園區(qū)不斷建設(shè)。危險廢物在暫存、轉(zhuǎn)運和處理過程中均會產(chǎn)生有毒有害氣體，甚至產(chǎn)生劇毒氣體。對這些有污染物產(chǎn)生的區(qū)域必須采取有效的措施，如密封房間，或采用通風(fēng)、負(fù)壓控制等措施，保證危險廢物濃度低于限定值，防止危險廢物擴散對生產(chǎn)人員和周圍群眾造成傷害。對于排風(fēng)，應(yīng)采取有效的凈化處理，使各類污染物達標(biāo)后通過排氣筒排到大氣中。煙囪高度除滿足排放標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)滿足環(huán)評要求。對于污染物的排放不僅應(yīng)符合排放濃度的要求，還應(yīng)滿足排放總量控制要求。

因此，為危險廢物處置園區(qū)不同區(qū)域設(shè)置通風(fēng)凈化處置系統(tǒng)顯得尤為重要。本文依托某危險廢物處置園區(qū)項目，對危險廢物處理廠房和暫存庫的通風(fēng)凈化設(shè)計展開詳細(xì)論述。

1 工程概況

某危險廢物處置園區(qū)項目處理規(guī)模為123 360 t/a，主要包括：危險廢物焚燒66 000 t/a，物化處理26 660 t/a，資源化利用19 800 t/a(廢活性炭再生利用6 600 t/a，廢樹脂再生利用4 950 t/a，廢酸資源化利用8 250 t/a，二期預(yù)留)，穩(wěn)定化/固化10 900 t/a，配套安全填埋場(庫容20萬m3)，并預(yù)留二期安全填埋場用地(預(yù)留庫容30萬m3)。按照用途整個園區(qū)分為5個區(qū)域(見圖1)：填埋場、庫房存儲區(qū)、主要生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)和預(yù)留發(fā)展區(qū)。其中，庫房存儲區(qū)包括甲乙類廢物暫存庫、特殊廢物暫存庫、包裝容器暫存庫、有機廢物暫存庫、無機廢物暫存庫，主要生產(chǎn)區(qū)包括焚燒廠房、物化廠房、穩(wěn)定化/固化廠房，輔助生產(chǎn)區(qū)包括綜合樓、綜合泵房、廢水處理車間、機修間、地磅房等。

圖1 某危險廢物處置園區(qū)平面圖

2 通風(fēng)設(shè)計

危險廢物處置園區(qū)各類單體建筑較多，而具有特殊要求的通風(fēng)場合主要為庫房存儲區(qū)和主要生產(chǎn)區(qū)，本文著重對這2個區(qū)域的通風(fēng)設(shè)計進行詳細(xì)的論述。

2.1 設(shè)計依據(jù)

目前關(guān)于危險廢物處置通風(fēng)量和各類污染物排放指標(biāo)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不多，危險廢物處置項目可以參考的規(guī)范見表1。

表1 危險廢物處置通風(fēng)設(shè)計規(guī)范

GB 50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》和GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)為通用規(guī)范，危險廢物處置園區(qū)通風(fēng)設(shè)計參照這2本規(guī)范進行，污染物凈化和排放則主要參照其他規(guī)范進行設(shè)計。危險廢物通風(fēng)設(shè)計除參照以上國家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)參照國家政策法令，相關(guān)行業(yè)的危險廢物管理辦法和專門針對某一種或某一類危險廢物的相關(guān)規(guī)范、政策法令和管理辦法及地方性標(biāo)準(zhǔn)等，這些文件更多的是針對危險廢物處置的相關(guān)要求，針對危險廢物處置通風(fēng)凈化和排放要求的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目前尚未制定和施行。

2.2 通風(fēng)量計算

對于危險廢物處置園區(qū)工藝生產(chǎn)車間和存儲區(qū)，為保證污染物不擴散到周圍環(huán)境中，車間和庫房均應(yīng)保證負(fù)壓，一般負(fù)壓值按照5～10 Pa考慮，同時保證這些區(qū)域內(nèi)各類污染物濃度不超過規(guī)范要求的限值。通風(fēng)量計算方法主要有污染物濃度稀釋法、壓差法、門洞風(fēng)速法和換氣次數(shù)法，具體工程取不同方法計算結(jié)果的最大值作為系統(tǒng)設(shè)計的依據(jù)。

污染物濃度稀釋法需要明確不同污染物的發(fā)生量和各類污染物限值。危險廢物種類繁多，且存儲工藝各異，污染物發(fā)生量很難確定，除對于一些污染物種類和發(fā)生量十分明確的項目，一般不采用該方法進行通風(fēng)量的計算。壓差法和門洞風(fēng)速法分別用于工藝車間和庫房大門開啟或關(guān)閉時的通風(fēng)量計算，這2種計算方法可參照文獻[8]第3.4.5～3.4.9條的方法進行計算，其中壓差取5～10 Pa，門洞風(fēng)速取0.5～1.0 m/s。常規(guī)工程設(shè)計中更多采用的是換氣次數(shù)法進行通風(fēng)量計算，用門洞風(fēng)速法進行復(fù)核。

換氣次數(shù)法是一種經(jīng)驗累積的方法，各類規(guī)范中并沒有對于危險廢物處置園區(qū)工藝生產(chǎn)車間和庫房存儲區(qū)換氣次數(shù)的規(guī)定，某危險廢物處置園區(qū)內(nèi)工藝車間和存儲庫房的換氣次數(shù)基于以往危險廢物處置項目經(jīng)驗確定，見表2。

表2 不同區(qū)域換氣次數(shù)

表2中對不同工藝車間和暫存庫的換氣次數(shù)進行了規(guī)定，不同工藝車間和暫存庫的換氣次數(shù)的取值受房間可開啟門窗縫隙和開啟面積的影響，也受處理工藝和污染物的相態(tài)影響。對于危險廢物處置園區(qū)，各區(qū)域的換氣次數(shù)應(yīng)綜合考慮。

2.3 通風(fēng)形式

根據(jù)火災(zāi)危險性等級和廢氣毒性，該項目的通風(fēng)設(shè)計可以分為三大類：丙丁戊類廠房和庫房通風(fēng)、甲乙類庫房通風(fēng)和劇毒庫房通風(fēng)系統(tǒng)。考慮到危險廢物種類繁多，釋放的氣體和顆粒物種類繁雜，為保證系統(tǒng)安全性，根據(jù)文獻[1]強制性條文第6.1.13條的規(guī)定，存在下列情況之一時，應(yīng)單獨設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)：1) 不同的物質(zhì)混合后能形成危害更大或腐蝕性的混合物、化合物；2) 混合后易使蒸汽凝結(jié)并聚集粉塵；3) 散發(fā)劇毒物質(zhì)的房間和設(shè)備。危險廢物處置園區(qū)的工藝車間和庫房的通風(fēng)系統(tǒng)均分別設(shè)置，不合用管道、凈化設(shè)備和排氣筒?？紤]到各單體建筑的負(fù)壓要求，這些車間和庫房均采用機械排風(fēng)、自然進風(fēng)的方式。

2.3.1丙丁戊類車間和庫房通風(fēng)

該項目丙丁戊類車間和庫房包括焚燒廠房、穩(wěn)定化/固化廠房、物化廠房、無機廢物暫存庫，這些區(qū)域不論是火災(zāi)危險性還是毒性均不高，GB 50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》和GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(2018年版)對于這些區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)并未作特殊要求。通風(fēng)方式采用全室通風(fēng)為主，局部工藝處理和污染源所在區(qū)域設(shè)置密閉措施，輔以排風(fēng)罩或風(fēng)口局部通風(fēng)。通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計參照GB 50019—2015《工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》通風(fēng)章節(jié)的規(guī)定，但是全室換氣空間體積的計算不執(zhí)行第6.3.8條的規(guī)定，對于僅散發(fā)密度比空氣小的有害氣體的廠房，當(dāng)車間高度小于或等于6 m時，其排風(fēng)量不應(yīng)小于按換氣次數(shù)1 h-1計算所得的風(fēng)量；當(dāng)車間高度大于6 m時，排風(fēng)量可按6 m3/( m2·h)計算。該條文所規(guī)定的通風(fēng)量計算方法的計算結(jié)果遠小于按表2中所規(guī)定的換氣次數(shù)計算的通風(fēng)量。因此，在計算通風(fēng)量時空間體積按照整個空間的體積進行計算，局部通風(fēng)的排風(fēng)量則按照工藝專業(yè)提資確定。

丙丁戊類車間和庫房不僅要合理確定負(fù)壓和污染物稀釋所需的通風(fēng)量，還應(yīng)保證整個空間具有合理的氣流組織。相對密度小于或者等于0.75的散發(fā)氣體視為比室內(nèi)空氣輕，宜從房間上部區(qū)域排除；反之，則視為比空氣重，宜從下部區(qū)域排除總排風(fēng)量的2/3，上部區(qū)域排除總排風(fēng)量的1/3[1]。這些區(qū)域整體通風(fēng)設(shè)置在廠房上部，下部同時排風(fēng)，上部、下部排風(fēng)口設(shè)置示意圖見圖2。但是危險廢物處置項目中污染物種類較多，工藝操作時也會影響空氣的按層分布，為保證通風(fēng)有效性，根據(jù)規(guī)范設(shè)計原則，上下部排風(fēng)的風(fēng)管和風(fēng)口按照同尺寸設(shè)計，同時在上下部排風(fēng)支管處設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，按照實際運行需要調(diào)整上下部排風(fēng)的比例。

圖2 上下部風(fēng)口設(shè)置示意圖

對于集中散發(fā)氣體污染物的工藝設(shè)備，為保證氣體污染物的捕集率，在不影響工藝生產(chǎn)操作的前提下盡量將污染物產(chǎn)生區(qū)域封閉，并設(shè)置局部系統(tǒng)排風(fēng)。該項目的穩(wěn)定化/固化廠房、物化廠房的局部排風(fēng)系統(tǒng)如圖3所示。

2.3.2甲乙類庫房通風(fēng)

圖3 局部排風(fēng)系統(tǒng)

該項目甲乙類廢物暫存庫存儲的危險廢物為易燃廢物，形態(tài)包括固態(tài)、半固態(tài)和液態(tài)，如正己烷、甲苯、鄰二甲苯、乙苯、乙醇、乙醚、乙酸乙酯、苯酚等。為保證庫房負(fù)壓、稀釋污染物和避免發(fā)生燃爆危險，設(shè)置平時和事故通風(fēng)系統(tǒng)。對可能突然散發(fā)大量有毒氣體、有爆炸危險氣體或粉塵的場所，應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計要求設(shè)置事故通風(fēng)系統(tǒng)。事故通風(fēng)量宜根據(jù)工藝設(shè)計條件通過計算確定，且換氣次數(shù)不應(yīng)小于12 h-1。房間計算體積應(yīng)符合下列規(guī)定：1)當(dāng)房間高度小于或等于6 m時，按房間實際體積計算；2)當(dāng)房間高度大于6 m時，按照6 m的空間容積計算[1]。平時通風(fēng)則不論房間高度均按照房間實際容積計算。甲乙類庫房通風(fēng)除滿足上述規(guī)范要求外，如果工藝提資中明確給出了污染物產(chǎn)生量，則還應(yīng)核算通風(fēng)量是否滿足該類污染物稀釋所需通風(fēng)量。

該項目甲乙類庫房平時通風(fēng)與事故通風(fēng)分開設(shè)置，平時通風(fēng)設(shè)置原則與丙丁戊類庫房類似，排風(fēng)經(jīng)過凈化設(shè)備處理后排至大氣。同時從安全性和經(jīng)濟性兩方面考慮，甲乙類暫存庫內(nèi)揮發(fā)物除異味和易燃易爆外危害性不強，且據(jù)已運行項目經(jīng)驗，該類項目事故通風(fēng)極少啟用。事故通風(fēng)工況下，排風(fēng)無需凈化處理，直接排至大氣。事故通風(fēng)選用外墻軸流風(fēng)機，排風(fēng)位置同樣需要高空設(shè)置(見圖4)。對于甲乙類庫房通風(fēng)系統(tǒng)管道需設(shè)置防靜電接地，法蘭連接部位設(shè)置跨接，通風(fēng)設(shè)備需要選擇防爆型。

注：630 mm×400 mm為風(fēng)管斷面尺寸。圖4 事故通風(fēng)系統(tǒng)

2.3.3劇毒庫房通風(fēng)

該項目劇毒庫房主要用于儲存含氰廢物和含砷廢物，廢物采用罐裝。正常情況下無劇毒揮發(fā)，罐口或罐體破損劇毒物質(zhì)才會逸散到空氣中。根據(jù)文獻[1]規(guī)定，劇毒庫房需要設(shè)置事故通風(fēng)，通常危險廢物處置園區(qū)的劇毒庫容積都較小，事故通風(fēng)兼作平時通風(fēng)。與甲乙類庫房不同的是事故通風(fēng)情況下，氣體污染物同樣需要經(jīng)過凈化達標(biāo)后方能排放到大氣中?？紤]到劇毒污染物危害性極大，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)連續(xù)運行以防止污染物擴散，通風(fēng)設(shè)備選型時應(yīng)選擇性能穩(wěn)定的通風(fēng)設(shè)備，風(fēng)機考慮備用，凈化設(shè)備選用堿洗塔和活性炭，考慮備用。

3 凈化工藝選擇

危險廢物處置園區(qū)內(nèi)的工藝車間和危險廢物存儲庫房平時排風(fēng)不允許直接排入大氣中，需經(jīng)過凈化設(shè)備處理達標(biāo)后才允許排放。危險廢物釋放出的氣體污染物種類較多，尚沒有針對危險廢物處置行業(yè)的大氣污染物凈化要求和排放標(biāo)準(zhǔn)，目前對于危險廢物處置園區(qū)的各類污染物的排放要求參照GB 18597—2001《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》、GB 18597—2001《危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》、GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》4本規(guī)范。現(xiàn)行項目對于污染物種類的控制仍是以惡臭9項作為排放達標(biāo)的控制項，根據(jù)GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》第4.2.1節(jié)規(guī)定的無組織排放源限值，空氣凈化后排放應(yīng)達到二級新改擴建廠界標(biāo)準(zhǔn)值。具體各類污染物的廠界標(biāo)準(zhǔn)值見表3。

表3 惡臭污染物廠界標(biāo)準(zhǔn)值

危險廢物處置園區(qū)氣體污染凈化工藝的選擇主要受污染物種類、入口濃度、排放標(biāo)準(zhǔn)、含水率、處理量、氣候條件及經(jīng)濟性等因素共同影響。各類危險廢物產(chǎn)生的污染物濃度隨時間具有很大的不確定性，環(huán)評中對于污染物產(chǎn)生量均采用同類項目類比的方式。根據(jù)以往項目經(jīng)驗和污染物凈化達標(biāo)要求，設(shè)置了多級串聯(lián)的污染物凈化工藝，主體凈化設(shè)備為酸洗塔、堿洗塔、活性炭箱，對于部分產(chǎn)生顆粒物的車間，還根據(jù)顆粒物的粒度和濃度設(shè)置了簾式除塵器或布袋除塵器。該項目不同車間和庫房空氣凈化工藝見表4。

表4 車間和庫房空氣凈化工藝

4 結(jié)語

以某危險廢物處置園區(qū)為例，詳細(xì)論述了危險廢物處理車間和存儲庫房的通風(fēng)及凈化系統(tǒng)設(shè)計。著重描述了排風(fēng)量的計算和車間庫房內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計，為類似工程的設(shè)計提供參考。但是目前危險廢物處置園區(qū)通風(fēng)與凈化系統(tǒng)設(shè)計尚存在標(biāo)準(zhǔn)不完善、污染物種類和發(fā)生量不明確等問題。對于凈化處理工藝而言，除本文論述的工藝，還有紫外線(UV)光解、低溫等離子處理和蓄熱式熱力氧化爐(RTO)氧化等處理工藝。隨著各類污染物排放要求的日益嚴(yán)格，危險廢物處理工藝需要不斷發(fā)展，其技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，以滿足危險廢物處置的需要。