水泥窑协同处置固废二恶英排放特性和生成机理研究

发布时间：2020-03-22 09:00

【摘要】：水泥窑协同处置固体废物(简称固废)技术既能为水泥工业提供能源或资源,又能同时处理固废,是一项双赢的技术。然而在协同处置固废过程中会产生持久性有机污染物-二恶英,如何控制和减少二恶英的生成是水泥窑协同处置固废技术得以大力推广的关键问题。本文以水泥窑协同处置固废产生的二恶英为研究对象,评估其对周边环境的影响作用,针对其在水泥窑生产工艺流程的关键生成区域、主要影响因素及控制技术开展全过程研究,探索水泥窑生产过程中二恶英的可能生成机理以及二恶英和氯苯在整个工艺过程的质量平衡,并提出污泥干化热解气(简称干解气)抑制水泥窑二恶英生成的技术设想,为水泥企业开展协同处置固废处置业务提供技术参考。本文开展了一系列试验研究,取得了一些具有实际指导价值的研究结果结论,主要包括:1)本文调研的六座国内典型新型干法水泥窑协同处置固废时烟气中二恶英的排放浓度均低于0.1 ng I-TEQ/Nm3的限值。固废协同处置量和固废种类对水泥窑烟气中二恶英浓度的影响较小,而水泥生产线规模越大越有利于减少二恶英的排放量。关联系数分析结果表明水泥窑烟气排放对周边大气和土壤中二恶英浓度的影响较小,水泥窑烟气中二恶英并不会大量扩散和沉降到厂区周边大气和土壤中。生命周期评价结果表明水泥窑协同处置固废有利于减少温室气体排放,同时水泥窑协同处置固废并不会增加环境中人体毒性潜值,是一项对环境友好的固废处置技术;2)本文研究了水泥窑预热器区域和燃后区域烟气中气固相二恶英和氯苯的全过程分布情况。结果表明,预热器C1级(First stage of cyclone separator,简称C1级)是水泥窑系统二恶英生成的主要区域,其二恶英生成的主要途径可能是从头合成反应。质量平衡计算表明二恶英和氯苯的净排放量分别为-1268mg I-TEQ/year和-40kg/year,表明二恶英和氯苯在水泥窑中是一个减少过程。另外,水泥窑旁路系统开启后回转窑内累积的无机氯由89kg/h下降为73kg/h,同时旁路开启后窑尾烟气中二恶英的排放浓度由0.037+0.035ng I-TEQ/Nm3下降为0.019±0.007ng I-TEQ/Nm3,表明旁路开启能够破坏窑内氯平衡,有助于减少二恶英的生成量;3)本文探索了水泥窑窑灰回用过程中二恶英从头合成的影响因素和可能的生成机理,同时研究了温度和含氧量对飞灰中二恶英解析附特性的影响作用。索提窑灰加热后二恶英的生成量为157pg I-TEQ/g,表明窑灰回用至预热器C1级并不会大量地增加二恶英的排放水平。同时,CuCl2被证实是窑灰中二恶英生成的重要催化剂和氯源。另外,窑灰受热后残留的二恶英总量随着温度的升高或者含氧量的升高而下降。对于二恶英毒性当量的气固相分布,气相二恶英的比例随着温度的上升由300℃时的18%上升为400℃的33%,而含氧量对二恶英气固相分布特性影响较小;4)本文研究了不同条件下产生的污泥干解气对二恶英抑制效果的影响,提出了最优的应用工况,并且深入探究了干解气的主要作用成分及其抑制机理,为同时实现水泥窑协同处置污泥和抑制二恶英生成提供了理论基础。结果表明,污泥种类、污泥含水量、污泥使用量和污泥干解温度对二恶英抑制效果的影响较大,而干解气氛对二恶英抑制效果的影响较小。污泥干解气抑制二恶英生成的最佳工况为300℃时在模拟烟气中干解(N+S)/Cl=1的干污泥,毒性当量的抑制率达到了 88.9%。工业应用时,可以抽取预热器C1级出口处烟气到污泥干化装置,然后将干解气回用至预热器C1级入口抑制该区域二恶英生成。
【图文】：

中国水泥,年产量

我国水泥行业的二恶英排放总量不容忽视。逡逑水泥是国民经济的基础原材料，水泥工业与经济建设密切相关，，在未来相当长的时逡逑期内，水泥仍将是人类社会的主要建筑材料，图１．２所示为我国的水泥年产量，２０００年逡逑后水泥产量呈现逐年增长崷势，强有力地支撑了我国经济的迅速发展，但同时也带了一逡逑系列的环境问题。近年来，快速推广的水泥窑协同处置固体废物技术既有利于减小了固逡逑体废物引起的环境负荷，又可以实现固体废物的资源化利用，是一项双赢的技术。但是，逡逑水泥窑协同处置固废可能带来新的环境污染问题，特别是需要探明二恶英的生成和排放逡逑机理，以防水泥窑协同处置固废技术产生二恶英增量而阻碍我国《ＰＯＰｓ公约》的履约逡逑进程。逡逑３０逡逑２８－逡逑２６－逡逑丨邋ｌｉｉｌｆ逡逑年份逡逑图１．２中国水泥年产量（２００２－２０１５年）逡逑３逡逑

曲线,尾气排放,污泥,污泥干化

一Ｓ０２ＮＨ３污泥中Ｎ含量在３％左右，甚至更多。污泥干化过程已被证实能Ｎ等抑制二恶英生成的气体，这意味着其干化尾气很有可能成。严密等人（Ｙａｎｅｔａｌ．，邋２０１２）开展了污泥干化气体对医疗废弃物焚的研究，结果表明２ｇ干污泥在２００°Ｃ下释放的干化气体（主要浓度的抑制率为６９．５％，而ＴＥＱ浓度的抑制率为７８．８％。同时，ＭＴ烟气分析仪分析了污泥干化尾气的组成成分，如图１．３所示，ＮＨ；的浓度高于３００邋ｐｐｍ，邋ＨＣＮ的浓度也将近１００邋ｐｐｍ，而１００邋地抑制二恶英生成（Ｈａｌｏｎｅｎｅｔａｌ．，１９９８），并且污泥干化过程还能Ｈ２Ｓ、８０２等，进一步增强了污泥干化气对二恶英的抑制作用。稳定的污泥干化气氛，就能保证高效的二恶英抑制率，具有潜在于污泥成分的复杂性，干扰因素多，造成了干化气阻滞二恶英生定性，后续仍需要开展大量的研究，提出污泥干化气最佳的抑制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X701

【相似文献】