PDF《危险废物 的热 处理技术》

中国科学基金年危险废物 的热处理技术 王小如陈登云 a 厦门大学化 学系 , 厦门361005)(香港浸 会 大学化 学系)仁摘要 ] 介绍 国际 上各类先进 的危险废物热处理技术的 原 理和 优缺 点,并提 出用 高频电感祸合等 离子体技 术来处 理危险废物的设想 、 计划与可行性 .

〔关键 词口 危 险废物 , 热处理 , 电感祸 合等离子体 , 多氯联苯

1 前言 危 险废 物(HazardouSWa s t e ) 是指 能对 人群健康 或环境 造成 现实危 害或潜 在危害 的工 业废 物,包括冶炼 固体物 、 化学及 化工废 固体 物、废油漆及涂 料、废油、废溶 剂、废原液 及 母液 等 另外 , 特 殊专业 有害废弃 物如 医 院废弃 物、生物技 术废 弃物与放射 性废 弃物 也包 括在 危险废 物的 定义 中.危险废 物的安 全处理 问题 日益 引起 各国政府 及企业 的重视 , 纷 纷投 入巨资发展 危险废 弃物处理 技术 . 该领域 已成 为环境 科学 的一个研 究热点 , 并成 为新兴 环保 产业 的一个 重要方 向.经过科 学家 与环境工 作者 的不断探 索,目前 已 发展 了五大类 危险废物 的处理 技术 : (

1 ) 安全填埋 , (

2 ) 热分解处理 , 包括焚烧 ( In e in e r a t io n ) 与 热裂 ( P y r o ly s is ) , (

3 ) 物理北学处理 , (

4 ) 生物分 解,(5)固定化及稳 定化 . 其中,热分解 处理 因其应用 广泛 、 快速 、 高效、二次 污 染小而 展示 了美好 的发展前 景.国际上对热 处理技 术 的评 价经 常采用

7 个 指标川 : (

1 ) 可商 业化 水平 , (

2 ) 应用对象 广泛性 , (

3 ) 处理容 量,(4)最终 产物形 式,(5)二次 污染 的控 制 水平 ( 尾气 、 废水 等),(6)操作 复杂性 , (

7 ) 运转 费用 . 我 国现有炉 型大多 用途单 一,废气排放 控制 不严格 , 多氯 二苯 并二恶英 ( P C D D s ) 与 多氯 二苯映 喃(PCDFs)等焚烧 残余剧 毒物 的监测与 控制仅 在起 步 阶段 川,可商 业化水平 也不 高.事实上 , 国外也有 不少运转 中的 焚烧炉 也达 不到 P C D D S 与PCDsF等控制 标准 , 因而大力 发展先 进的热 处理技 术已成为环境工 作者日益紧迫 的任务 .

2 先进热处理技术简介

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9 1 年,美国能源 部与环保局 总结评价 了各 国现 存的 各种热处 理技术 , 推 荐其 中27种为最有前途 的危 险废物 处理技 术川 . 这些 技术通 常包括

5 个部分 : 进样 系统 、 热解系统 、 热解产 物 处理系 统、尾气及 固体残 留处理系统 及监 测控制 系统 . 技术 的关 键部分 是热解 系统 与热解 国 家自然科学 基金优秀中青年人才专项基金资助项 目.本文于

1 9

9 5 年1月16日收到 . DOI: 10.

16262 /j . cnki .

1000 - 8217. 1995. 04.

010 第期王小 如等危险废物 的热 处理技 术 产物处理 系统 , 它 们的有效 性 与配合协 调性 决定 了该技 术 的先进性 . 针 对某 一类废 物(如多 氯联苯(PCB)、氯乙烯单 体(VinylChlo r id e M o n o m e r ) 等)的热处理 技 术以 及尾气 中PCDDs和PCDFs等的监测 控制 技术也 在蓬 勃发展 之 中比 5〕 . 在热 处理技 术中,按热 解方 式不 同,大致可分 为以下五 类比

6 口.21燃料热源 热解技 术该技术 的代表性 设 备是旋 转窑 ( R o t a r y iK ln ) . 内衬耐 火材 料 的圆柱型 炉不 断旋转 , 以使废物混 合并 向前 移动 , 以辅 助燃料助燃 , 有 第二燃 烧室 处理 第一 室产气和 尾气 处理 装置 ( 改进炉温 后即溶 渣炉 ) . 该 设备 的优点 : l ( ) 适 用于 多种废 物,(2)残渣易于 处理 , (

3 ) 可 用于 高 温处理 难分解 废物 , (

4 ) 运行 稳定性 好.其不 足:l()安装 费用高 , (

2 ) 粉尘大 , (

3 ) 含 水量 大 的废物 会沾在炉 壁上 , (

4 ) 球形 废物 可能未 经处理 即滚 出,(5)热效率 不高 , (

6 ) 不 能经 常开 关.燃料 热源技 术商业 化程 度一般 较高 , 如循 环床 燃烧 ( e ir e u la t i n g B e d e o m b u s t i o n ) , 西屋O,eonner焚烧 炉(Westinghouse/()'

eonnerCombuster),熔渣窑(sla g g lin g K i ln ) , 流 化床 ( F lu - i d i z e B e d ) , 多联炉 ( M u lt i 一Hearth),旋风式 焚烧法 ( C y e lo n e ) , 熔盐 ( M o lt e n S a lt ) 处理 法,低温热 分离 器(LowTempetureThermalSeparator),常规温 度(Conventio n a l T e m p e r a t u r e ) 热解法等 , 都与旋 转窑类 似,他们适 应不 同废物 要求 , 各有 优缺 点,但在解 决二 次污染 尤其是 尾气中PCDI〕s 与PCI〕F s 的问题上 都有 很大 困难 .

2 .

2 电热 源电解 技术 ( 包括微 波及 红外 技术 ) 该技术的代 表性设备是熔融玻璃炉(lGassF盯n a c e ) . 在炉中利用电极加热熔 融玻璃(1000一130

0 ℃ ) 作 供热介 质,废物 及空气 导入到 熔融 玻璃 表面 或内部 , 废 物在高 温下 分解并 反应 , 废气 流到 后处理体 系,残渣被 玻璃 包裹并 移 出体系 . 该设 备 的优点 : (

1 ) 适用 于多种 废物,分解率 高;

(2)残渣 被玻璃 包裹 而 固定化 ;

(

3 ) 装置 简单 紧凑 ;

(

4 ) 尾气 和粉尘 少.其不足 : (

1 ) 水 分多的废物 必 须事先干 燥;

(2)重的固体 物 易沉积 ;

(

3 ) 废物 中金 属成分影响 电极 工作 ;

(

4 ) 能耗 及安 装 费用高 . 电热 源技术 的处理 对象 针对性 较强 , 如:红外 线加热 炉(Ifn a r e r d F盯a n c e ) 只用于被 有机 物污染的垃 圾及泥浆 , 分红 外蒸发有机物和 高温 焚烧两个步骤;

微波熔 融炉 ( M i c r o w v a e M e l e t r ) 只用 于熔融 及 固定化放射 性废 物及 粉尘 ;

高温移动式壁 反应 器(High一TempturelFiud-WallReacter)只用 于固体废 物.电热源 技术 的特 点是设 备简单 , 尾气较 易处理 , 但仍存 在能 耗 大及 P C D D S 和PCDFS残留等 问题 . .

2 3 等离子体 热解技 术该技术 的代表性设备 有:a()等离子 体 电弧炉 ( P la s m a A c r F u r n a c e ) . 以等 离子 体 电弧 代替普通 间段式进 料 的焚烧炉 的热源 , 适用 于难 处理 废物,但电能消耗很 高,操作步骤 较复 杂.(b)等离子体 离 心式反 应器 ( P la s m a C e n t r i fu g a l F u r n a e e ) 【

8 , 9〕 . 结构 为二 室反 应器 , 半连续进 料,废物进入 以 每分 钟50转旋 转的第一室 , 在贫 氧条 件下 以等 离子炬 加热 热解 , 气 态产物流 向第二 室完全燃烧 , 固体 熔融 并 因离心而 紧靠 室壁 . 当加料 至约 s o o k g 时第一 室转速 减慢 , 熔液流向室 中心 的孔排 出体 系,形成玻 璃化 固体 . 如果 采用纯 氧或 空气 等离子 体,则尾 气很 少.离心式反 应器 的优点 : (

1 ) 固体产 物玻璃 化而 固定 ;

(

2 ) 由于熔 融体 保护 , 耐热 材料 消耗少 ;

(

3 ) 尾气 少,二次污染 控制 费用少 . 其 缺点 : (

1 ) 体系复 杂,电极 、 传 动带及 轴等 部分需 常中国科学基金年更换 (

2 ) 电能 消耗 大()3对操 作条件要 求高 , 必须 由专业 人员操作 . 原 来用于 钢铁工 业及工 业粉尘 处理与 回收的许 多等离子 体技 术也逐渐 进入危 险废 物处理 领域,如三相 等离子 体炉 ( T h r e e P h a s e P la s m a ) [` . 〕 , 悬式震 波等离子 体炉 (S u s t a in e d s h o c k w a v e P la s m a ) 〔` '

〕 , 冷膛区等离子体炉 ( P la s m a C o ld H e a r t h F u r n a e e ) [`

2 〕 等.2.4现场处 理技 术 代表性 技术有 : ( a ) 现场玻璃 化技术 l ( n 一istuiVtifr ic a i t o n ) . 在被污染 的土壤 中钻 一系列 小 孔行成方 阵,放入 石墨 电极 , 土壤表 面洒上 石墨粉后 通电,高温 至Z0

0 0 C , 使土壤 熔融 而玻璃化 , 热解有 机物 且固定重金 属.气体产物 由表 面罩子 收集 , 通02燃烧 并通过 尾气处理 系 统后 排空 . 一 个大型 体系 已通过 验证 , 设备 可在

1 6 小时 内从 一地点 移动到 另一地 点,玻璃化 深度 可达

1 5 米.该技 术的优 点:(1)减少 后处理及 二次 污染 ;

(

2 ) 可 用于垃圾 堆积场 的再处 理;

(3)产物稳 定性 好,不渗漏 ;

(

4 ) 效率 高.其不足 : (

1 ) 只用于 固态废物 , (

2 ) 水分越 多效 率越 低,(3)只限于含 废金属 及有机质废 物,(4)高能耗 . b ( ) 微 波放 电技术 ( M ic r o w v a e i D s c h a g r e ) , 在现 场用微 波加热 土壤至

3 0 . ℃ , 只 用于蒸发 沙性或石灰性土 壤 中的有机物 , 需要后处理 装置 , 尚未通过 验证 .

2 .

5 其他 技术 富氧燃烧 法(OxygenEnrie he d In e in e r a t io n ) 和控制 空气 ( C o n t r o lle d A i r ) 燃烧法 可针 对不同废物 与多种炉 型或后 处理装 置联用 以达 到高 分........