第二部分:终端无害化处理技术
1.(1)专业焚烧
危废焚烧技术是固体废物焚烧技术衍生出来的一个分支,发展水平比较成熟。焚烧是热解和深度氧化的综合过程。主要用于处理医疗垃圾、农药垃圾、精馏残渣、废有机溶剂、废矿物油、废乳化液、高易燃热值或高毒有机树脂等。经高温焚烧处理的危险废物,其燃烧产物具有剧毒、放射性、易爆等危险废物,不能采用焚烧法处置。
2、专业焚烧与普通焚烧的区别
由于危险废物往往具有剧毒、酸性和腐蚀性,不能使用一般焚烧炉直接焚烧危险废物,否则容易造成恶性污染事件和炉体强腐蚀。
(1)碱性焚烧环境:在焚烧过程中,需要向焚烧炉中加入氨等碱性物质,使窑内呈现碱性环境,有效避免酸性物质和重金属的挥发。
2)尾矿需特殊处理:危废焚烧后产生的尾矿量约为入炉危废重量的1/3,尾矿需运至专业危废填埋场处置,均价约3500元/吨。
(3)在燃料结构上优先选择石油和天然气:为控制这一成本,在危废专业焚烧中往往采用石油或天然气作为燃料,避免煤产生的大量灰烬作为原料,增加灰渣填埋场的成本。
(4)设备选型:目前国内外处置危险废物主要采用回转窑焚烧炉。炉体主体为卧式钢筒。筒体安装时与水平线略微倾斜,进料端略高于出料端。,圆柱体可以绕轴旋转。回转窑的优点是连续作业,给料灵活度大,技术可行性指标高。易于操作,其高能量额定值允许轻松操作和维护。
3.梳理焚烧工艺
焚烧的基本工艺流程是:预处理及兼容焚烧——烟气余热回收——烟气净化、排放——燃烧残渣和飞灰固化。
(1)相容性:预处理后的危险废物首先需要相容。数十种不同规模的危险废物,根据各自的含水率、热值、相容性等因素组合在一起,形成形状相对统一的材料。
(2) 初级焚烧:相容垃圾通过进料系统进入回转窑(喷入喷枪或由进料推杆推进),垃圾随着回转窑的旋转不断滚动,迅速干燥燃烧,并垃圾依靠自身垃圾的热值燃烧,直至燃烧殆尽;当垃圾热值较高,焚烧温度达到设定值时,关闭辅助燃烧系统的燃烧器;当垃圾热值较低时,燃烧器自动调节辅助燃烧,辅助燃烧系统一般采用燃油。
(3)二次焚烧:回转窑燃烧不完全的气体进入二次燃烧室继续燃烧。二次燃烧室必须控制在较高的燃烧温度(≥1100℃)且该温度下的烟气停留时间不少于2s,以控制烟道内有毒有害物质和二恶英类物质的产生气体。炉渣由回转窑尾部排出,暂存于厂区渣坑内。
(4)废气尾矿处理:余热锅炉出口烟气进入急冷塔急冷降温,迅速降温至250度以下,避免二恶英生成条件,进入烟气净化系统,喷淋半干碱液,经干碱中和器去除氮氧化物、硫氧化物、氯化氢等酸性气体,再经布袋除尘器除尘,最后活性焦净化排放达到标准。
2. 安全填埋
填埋是危险废物最终处置的一种方法。主要流程分为危废入场-填埋作业-最终场地覆盖关闭。
(1)危废进场:由专用运输车运至危废处置场,需预处理的垃圾固化/稳定并达到填埋要求后由自卸车运至填埋场.
(2)填埋作业:1)填埋过程中注意不同等级垃圾的混合填埋;填埋废物在指定的填埋区填埋;以层铺和填埋作业为主,人工作业为辅。2)垃圾填埋场单元以水屏障分隔。其中一台填埋场运行时,另一台填埋场渗滤液导流主管道堵塞;垃圾逐层掩埋,逐渐增多。3)为防止地基不均匀沉降,固化体铺设应覆盖整个场底,并用粘土填满,使场底受力均匀;最后铺设完整的防渗结构。
(3)最终场地覆盖和关闭:当危险废物填埋场达到使用寿命终点时,需要按照相关规定进行关闭和管理。
除了物理法、化学法、固化/稳定化、焚烧法、非焚烧法、安全填埋法等,危险废物的无害化处置还有很多其他的无害化处置技术。其他危险废物无害化处置技术还有等离子气化、深井注入等,目前在我国虽然应用不广泛,但仍有其适用场景。
1.等离子气化
1、工艺:等离子气化是利用等离子炬将惰性气体电离,形成电弧电离产生5000K等离子。危险废物在高温环境下迅速分解。危险废物分解成含有氢气的合成气、一氧化碳、水等气体,无机物形成炉渣;合成气可用于发电或生产乙醇、甲醇和生物柴油;矿渣可用作建筑材料。
2、等离子气化的优点是: 1)固废减量效果明显;2)低排放;3)热效率高;4)处理后的固体废物无残渣,不需要二次填埋。
3、国内外进展: 1)目前危险废物等离子气化处理正处于国外市场应用快速发展期,发展较为成熟的国家有美国、加拿大、法国、英国、瑞士、日本和以色列;2)目前国内尚处于起步试验阶段,2014年国内首套等离子气化熔融工业化危废处置系统在上海市固体废物处置中心投入运行,处置规模30吨/日,总投资约3200万元。成本约低于2000元/吨。
2、深井注水
深井注水是地下注水的一种。在 1930 年代,美国石油公司使用地下注入技术处理石油和天然气生产过程中产生的盐水和其他废物。20 世纪 50 年代,一些公司开始尝试将危险废物注入深层地质构造。; 60、70年代废矿物油回收利用技术,危废处理深井数量急剧增加;目前,深井注入是美国最主流的危废处理方式。
深井注入原理示意图
1、工艺:深井注入技术是在地质构造具备条件时,打一口深井,井深一般为800米至3200米,然后向其中注入工业污水并封闭。废液在灌装过程中会经过几层,并有多层安全防护管路,将危废与周围地层完全隔离。该技术利用自然条件下地表下垂直方向各组水层间循环不畅,将废液与人类日常生活环境完全隔离,实现安全处置。
2、注入位置:深井注入技术的安全使用对地质条件有严格的要求:1)注入层必须有足够的厚度和孔隙度废矿物油回收利用技术,应选择多孔岩层;2)选址必须避开地震多发区,以防止封闭在岩层中的废液活动时溢出到其他地下水层或地表;3)注入点与其他钻井保持安全距离,避免废液回抽。
3、注入井的深度:为使排放与地下水完全隔离,井深通常保持在800米至3200米之间。这是为了避免井深会污染地下水的现象,同时降低井深带来的增注压力和应用成本的技术挑战。
4、安全系数的保证:由于该技术要求打井要穿过地下水层,所以在注水时安全防护标准非常严格,保证地下水不被污染。
5、实时监测技术:需要通过灌注速率、灌注孔压力、环空流体压力、灌注温度、灌注液密度等手段对地下灌注进行监测。一旦检测到泄漏,必须立即停止灌注。
3、水泥窑协同处置工艺
水泥窑协同处置危废是利用水泥窑热容量大、窑体运行稳定,焚烧危废的专业危废焚烧均质工艺。针对传统危废处置工艺新增产能选址难、阻力大、周期长等问题,依托成熟工业窑炉协同处置成为化解产能不足局面的最佳策略。
1、水泥窑工艺特点与危废处置需求高度匹配
在水泥生产中,窑炉呈现碱性环境,可有效避免酸性物质和重金属的挥发。目前,它可以适应80%左右的危险废物,应用范围很广。与专业危废焚烧炉需要添加碱性物质捕酸固化重金属相比,水泥窑天然碱性环境有助于节约处置成本。
水泥窑内燃烧温度在1300℃以上,焚烧时间可控制在5s左右(大于2s)。在线监测系统可控制过量氧气大于3%,尾气中CO含量小于3%。充分产生二次污染物,能彻底分解垃圾中的有害有机物。
该窑自动化程度高,操作难度低。可精确控制温度、含氧量、燃料投加量等,对各种垃圾适应性强。稍作调整,不会影响水泥熟料的正常性能和质量,也不会影响窑炉的正常运行。
2、该流程优势明显: 1)审批周期短;2)单个项目产能大;3)工程改造+爬升周期短;4)窑体改造简单,只需几天时间即可完成;5)投资 6)适用性强:处置类别占总类别的80%,窑炉区域分布与危废产区高度匹配;7)区域分布与危废产地高度匹配。
因此,水泥窑协同焚烧工艺具备在全国推广的硬件基础,填补了全国传统危废产能供需缺口。
4.回收过程
基于资源的技术的商业模式是再生和循环利用。处置企业付钱给废物生产企业收购危险废物,按有价值成分含量计算价格。销售回收产品获得的利润,相当于赚取资源二次利用的加工费。. 目标危险废物包括贵金属和有机溶剂/油类。
1.回收贵金属
贵金属回收主要为HW22(含铜废料)、HW17(表面处理废料)、HW46(含镍废料)、HW48(有色金属冶炼废料)等编号。处置方式有湿法和烟火法:
(1)湿法回收:将金属从液相中分离出来
原理:主要是通过萃取、浓缩等工艺从液相中分离回收贵金属。方法有离子交换法、反渗透法、吸附法、电解沉积法、溶剂剥离法和沉淀法等。在各种方法中,萃取技术最为成熟、经济。最佳。
工艺流程: 1)预处理:此类废弃物运至资源生产基地后,首先进行快速检测,分类后进行预处理和精细净化。2)浸出:当危险废物为含铜污泥和冶金废渣时,采用酸浸、氨浸或生物浸出的方法将废物中的铜浸出,得到铜浸出液。当危险废物为含铜蚀刻液时,调节PH值。3)萃取:以磺化煤油为载体,加入萃取剂M5640或制成萃取相,得到载铜有机相,再用10-15%硫酸反萃取得硫酸铜溶液,浓缩结晶得硫酸铜·5H2O。4)尾矿废水处理:资源利用过程中产生的废弃物,根据其性质选择高温焚烧处置或稳定化/固化安全填埋;产生的工业废水经预处理和深度处理后回用。或终于达到排放标准。
(2) 焦化资源化利用:贵金属高温分离
原理:利用不同金属的熔点或密度差异,将废弃物加热至高温,使金属分离。主要使用的设备是利用金属挥发度的差异来物理分离金属的焙烧炉和利用金属密度的差异来物理分离金属的熔化炉。
工艺流程: 1)脱水、制砖:将含水污泥脱水处理,然后与含铜量高的固体废弃物混合,加入碳电极作还原剂,煤作燃料,加入石灰、SiO2等助剂,混合制成然后将生产的砖干燥。2)熔炼:放入熔炼炉熔炼,生产出铜品位97-98%的粗铜。在电解过程中,可能会收集到锡、镍、金和银等贵金属。
2、废弃有机溶剂的资源化利用
废有机溶剂或油类的回收一般是将废溶剂中的污染物分离出来,经过再生处理后,使溶剂或油类再生,重新进入工业生产过程。溶剂分离方法包括蒸馏、精馏、过滤、简单蒸发、离心分离、汽提(空气汽提)等。
主要工艺路线:
(1)早期采用硫酸光亮白土工艺:该工艺成本低,但二次污染较大,已被淘汰。主要利用硫酸和废油中的饱和烃类不发生化学反应。
(2)国外大型企业多采用溶剂萃取技术或催化加氢技术:1)溶剂萃取是利用有机溶剂溶解废油、添加剂、氧化产物、污泥等中所含的碳氢化合物2)催化加氢是利用高温高压催化剂促使废润滑油中的氧化物和添加剂与氢气反应生成相应的饱和烃,从而去除废油。杂质。
(3) 我国采用的简易预处理方法较多,常压蒸馏和减压蒸馏法: 1) 简易预处理方法一般用于处理润滑装置或设备清洗产生的废矿物油,经过简单过滤、脱水和脱色后,会形成劣质综合油或基础油;2)常压蒸馏法将废矿物油加热至230℃左右,其中有机蒸气进入冷凝器形成循环基础油或综合油;3)减压蒸馏 该方法也常用于分离混合物中的组分,可得到两种以上的馏分,得到的组分纯度高。