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全面解析中外危废焚烧处置与管理

2017年09月26日作者:来源:固废网

  近几十年,由于危险废物的不适当处置相继引发了一些危害性严重,后果持续时间长且难以彻底消除的污染事件,因此根据危害程度,将具有高度危害的危险废物与产生量大但危害较小的其它废物区别开来并采用不同的处置方式对待是十分必要的。

  针对当前危险废物的管理现实,我们的主要任务是通过研究和提高危险废物的管理和处理/处置技术水平,解决和预防危险废物污染的发生。

  从这一工作的紧迫性出发,按危险废物的危害程度可将废物分为以下三类:

  具有毒性、可迁移性、持久性和生物积累性组份,应在危险废物管理中优先考虑的废物,如废卤化溶剂、氰化物、多氯联苯、低燃点可燃性溶剂、毒性农药,有毒污泥、矿物油渣、釜底物、有机聚合废物和含重金属废物等废物;

  毒性低但量较大的无机废物,如水处理污泥、硼泥和电石渣等废物;

  相对无毒但影响环境质量的废物,如粉煤灰、 煤矸石和高炉渣等废物。

  针对那些属于Ⅰ类危害性大的特定废物流,选择一种安全彻底的处置方法需要考虑废物的性质、处理/处置后残余物的特性、所采用的方法的工业适用性,同时还要考虑经济、财政、操作及维修等因素,最终作出可行性评价。高温焚烧处理提供了一种最大程度消除危险废物的方法,并在有害成份处理的彻底性、排除物的减量化、对多种复杂有机物的适应性等许多方面优于其它废物处置技术,是解决危险废物污染隐患的一种最有效途径。

  焚烧处置技术及其适用性

  高温焚烧实质上是一种热氧化过程,生成物为水蒸气、CO2、酸性气体产物、粉尘和不易再燃烧的固体残渣。决定危险废物焚烧完全性的最关键因素是温度、停留时间、湍流、供氧量和进料条件,最优焚烧条件是高温(根据废物不同一般为900℃~1300℃)、气体(气化危险废物)在焚烧装置中有足够停留时间(一般大于2秒)、良好湍流和过量的氧化 。一般,在焚烧装置中高温气态废物的足够停留时间和过量的氧气较易控制,湍流的产生可以通过科学的设计来实现,如使用切向风机和液体喷射器形成旋风式燃烧。保证了焚烧处置的最优条件,象PCBs这样的难分解物亦可完全有效地破坏。

  作为最终处置过程,总体上说,如果危险废物含C、H、或O,则可以焚烧。据国外有关机构研究表明,适于焚烧的废物主要有:①具有生物危害性的废物,如医院废物和易腐败的废物;②难于生物降解及在环境中持久性长的废物,如塑料、橡胶和乳胶废物; ③易挥发和扩散的废物,如废溶剂、油、油乳化物和油混合物、含酚废物以及油脂、腊废物和有机釜底物;④熔点低于40℃的废物;⑤不可能安全填埋处置的废物,一般危险废物中的固体含量在35%,有机物含量少于1%,毒性废物在经过解毒和预处理后才允许进行填埋处置;⑥含有卤素、铅、汞、镉、 锌、氮、磷或硫的有机废物,如PCBs、农药废物、制药废物和精炼废物等。

  典型的焚烧装置与运行

  在焚烧装置(焚烧炉)中加入适量空气、使危险废物在高温(一般远超过1000℃)环境下,通过足够时间的燃烧来分解和氧化有害成份。利用现代化操作和监控系统确保危险废物完全燃烧,且配备尾气/废水净化装置的焚烧装置对危险废物进行焚烧处置是十分有效的方法。目前,在国外许多类型的焚烧装置被广泛地应用,焚烧炉的类型一般有用于处理易燃液体废物的液体喷射焚烧炉;用于处理丙酮、正已烷、脂肪族酒精等废物的旋转式焚烧炉;用于石油和造纸工业废物污泥的流化床焚烧炉;用于市政废物的多重焚烧炉和用于处理有毒化学工业废物的水泥炉等 。

  一个典型的转炉系统的运行,通常有四个基本过程组成:

  第一、废物预处理:液体、泥状固体和装在容器中的固体废物被分析、处理、产生其热值、 是否含卤化物、含水量和轻重组分的比例等指标混合,有控制地投入焚烧装置;

  第二、焚烧:有害废物被燃烧,最大限度的消除有机化合物和所产生的灰份及气体残余物。一个焚烧装置一般包括两个燃烧室,即汽化、分解和燃烧大部分有机物质的初级燃烧室和之后氧化所有的有机物质和可燃气体的二级燃烧室。

  第三、热能回收:许多处理场,通进与燃烧气体的热交换作为产生蒸气和电的一种量资源。

  第四、尾气和废水的净化:排放气体通进特殊的设备被冷却、净化和监测,通进排汽机和管道排入大气。灰份被收集、冷却、从焚烧系统中转移走。废水被处理和分析并满足排放标准,按照焚烧设施操作许可的规定,被排入下水系统。

  美国危险废物焚烧处置与管理

  美国有着雄厚的工业基础和高度发达的工业水平,也是危险废物的产生大国,危险废物污染一直是伴随其工业发展的一棘手问题。1976年国会通过了管理危险废物的最重要法律《资源保护与回收法》(RCRA法案),包括与被跟踪和管理的任何危险废物有关的从产生场点、通过贮存、运输、到最终处理的全过程,其中规定危险废物焚烧装置业主必须申请并得到一个许可证才能操作,违反许可条件将通过罚款和刑事起诉进行处罚。

  为确保最优焚烧条件的各种因素的共同操作,美国所有危险废物焚烧装置都有一个详细的服从监测和执行计划,如果焚烧装置没有执行有关技术规程,废物焚烧装置的自动废物投料系统将迅速关闭,以防止可能产生的问题。除了对焚烧装置消除有机/有毒污染物消除的性能进行测试外,作为申请领取操作许可的前提条件,焚烧装置的业主必须对焚烧装置的操作人员进行例行维护和检修设备的培训,并制定出相应的应急计划。在处置过程中,焚烧装置和尾气处理设施被连续监控以检查设备是否正常的运行,排放气体中CO水平被维持在良好燃烧性能的水平。详细的继续监测、操作和训练记录将被保存。

  有一种普遍的错误观念认为越是有毒性的化学物质,越是难以燃烧,许多测试已显示了具有良好燃烧设计的焚烧装置很容易消除各种类型的有机和无机化合物,而无论其是否有高 的毒性。事实上,上百种测试已经表明恰当设计和操作的焚烧装置在很广的操作条件下有相似的破坏性能,而不必考虑焚烧装置的设计形式和燃烧的类型。但焚烧并未消除废物中所有的有机物,虽然焚烧装置在消除有害废物方面效率很高,但还是有特别少量有机物从管道中排出,微量残余物存在于灰份中。RCRA法案限定排出物的最大值为危险废物的1/10000。

  从烟筒中排出的气体基本上与其它燃烧排出的气体大致相同,由三种最基本的普通化合物构成:CO2、N2和水蒸气。排出气体还将包括来自原始投料残余物或在燃烧过程中形成的不完全燃烧产物、微量有机物、灰份、氮氧化物、SO2、有毒性金属和盐酸等这些通过空气污染控制设备没有完全去除的产物。这取决于危险废物的组成、燃烧过程的完整性以及焚烧装置所配备的空气污染控制设备,但每种污染物数量必须达到各种保护公众健康和环境法规的要求。

  毒性金属材料(如含Ca、Cr、Pb、Hg等)如大量进入人体能引起健康的不利影响,目前有十种材料被EPA限制排放水平。焚烧能够消除特定废物流中的毒性金属材料,在燃烧过程中,大部分毒性金属被空气污染控制设备排除,而一部分以灰份颗粒的形式存在于排放气体。许多焚烧装置使用多种形式的空气污染控制设备以除去燃烧气体中无机酸气、金属材料和颗粒物质,如网状过滤器(类似于真空吸尘器)、洗涤器和静电吸尘器等。在RCRA法案下,焚烧处置业主在最终得到许可证以前,空气污染控设备的效果必须通过有关管理机构的实验测试。

  目前,在美国大约有170多个焚烧装置在继续运行,过去10年中的许多严格测试已经表明,一个周全设计、正确操作并备有尾气和废水污染控制设备的焚烧装置对人类健康和环境的不利影响很小。来自经RCRA许可的焚烧装置的任何污染物质将通过良好的燃烧条件和适当的污染控制设备减少到最小水平。

  涉及危险废物处理的活动总是包括一些废物被释放到环境的危险,但与焚烧处置技术本身无关,并可通过恰当计划、正确操作设备和发展安全工艺来减少。RCRA要求所有的危险废物容器被密封,以减少容器中危险废物的气味,并要求从业机构采取行动以减少,在场点和贮存或转移废物等过程中的气味,其操作也不应影响周围声级水平,还要求业主减少在废物转移过程中泄漏或溢出的发生机会及保证泄漏或溢出的发生能得到迅速和安全地清理。适当的处理、贮存和焚烧废物的着火和爆炸的机会极小,RCRA要求,在贮存过程中隔离能起火的材料和可燃危险废物;禁止不相容物质的混合等,这些规定的执行使事故发生可能性减少。此外,还有特定规章管理废物的运输,规定特殊废物运输的路线,这些法规涉及废物源(产生者)、承运人和任何处理废物者。

  焚烧设施的建设和运行费用

  建立和运行一个具有一定规模的焚烧处置场,其总费用的组成包括:

  设备费用:包括建立废物贮存/转运系统、焚烧系统、气体/洗涤水净化系统和能量回收系统的设备(包括辅助设备)、电气、仪表、自控、管网及其它材料的费用总和。

  土建工程建设费用:包括建立各系统所需构筑物及场区建设费用。

  安装工程建设费用:包括各系统设备、电气、仪表、管道及其它材料的安装和调试费用。

  建设期管理费用和应急费用:包括建设期间办公、管理费用以及培训和技术援助等各项费用。

  此外、运行费用也是十分高的,包括:直接运行费用如职员工资、水电费、燃料费、原材料费用、排放物处置费用、实验室支持和维护费用。间接运行费用如税务、保险、企业的一般管理费用、行政管理和投资资本回收费用。

  焚烧是一种高价操作,在某种意义上是现有废物处理和处置方法中最昂贵的。然而,在长期的运行中,焚烧可能是最大效益/成本的废物处理方案,因为它永久消除有毒有机物,并且没有更多的废物贮存需要。一个每小时大约能处理2268~9072kg废物的大型焚烧系统要花费4000~8000万美元用于建设,其中大约占总造价1/3~1/2的费用用于尾气和废水污染处理设备的建立。此外,每年的运行费用也达几百万美元。

  危险废物焚烧处置的发展

  目前,对焚烧新技术的研究正与处置工作同步进行,处于试验阶段并最有希望的技术包括:熔盐技术、热解系统、电力反应器和等离子体系统等,但对危险废物焚烧处置工作的更多努力是对现有技术的提高和进一步减少已经很小的危害,现有技术有许多方面需要改进,以降低能耗,减少焚烧装置的规模,降低投资和运行费用,如利用更好的连续跟踪产物监测仪、废物投料控制设备、空气/液体混合设备,更好的操作监测和控制,以及更好的操作程序。处理各种废物的专用焚烧装置的建造、运行及废物成份分析论证费用昂贵,在许多国家,小型设施或选择石灰窑、水泥窑或骨料窑等的现有工艺设施在处置某些危险废物时更显得合理。

  焚烧的主要优势是能最大程度和永久地消除废物中的有害有机物,预防任何将来的环境问题,可以说是最为实用的有害废物处置方案,实际上对于PCBs这样的难分解化合物,焚烧是唯一的既安全又适当的处置方法。


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