垃圾焚燒的污染與治理

垃圾焚燒的污染與治理

垃圾焚燒處理技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)廣泛使用。許多研究人員對(duì)焚燒產(chǎn)生的二次污染（尤其是重金屬污染）進(jìn)行了大量研究，并提出了一些相對(duì)成熟的控制技術(shù)。然而由于垃圾成分的復(fù)雜性,目前仍缺乏對(duì)垃圾焚燒過程中重金屬遷移機(jī)理及價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化的了解,而且現(xiàn)階段的研究結(jié)果中還存在許多相悖之處。垃圾焚燒技術(shù)在我國(guó)才剛剛起步,關(guān)于焚燒中重金屬的遷移特性的研究還很少,而且不夠深入。因此,有必要對(duì)垃圾焚燒過程中重金屬來源、遷移機(jī)理及分布特性作系統(tǒng)的分析了解,為進(jìn)一步控制垃圾焚燒過程中重金屬的排放、減少對(duì)環(huán)境的污染提供理論依據(jù)。1鉛、鎘的危害及危害重金屬的危害在于它不能被微生物分解且能在生物體內(nèi)富集形成其它毒性更強(qiáng)的化合物。在環(huán)境中重金屬經(jīng)歷地質(zhì)和生物雙重循環(huán)遷移轉(zhuǎn)化,最終通過大氣、飲水、食物等渠道為人體所攝取,對(duì)人體的健康產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng),如致癌、致畸等。對(duì)于汞,由于其蒸發(fā)壓力高,焚燒處理后,主要以氣態(tài)形式排放,進(jìn)入大氣后,易被微生物轉(zhuǎn)化為甲基汞,這種形態(tài)的汞毒性最大,通過食物鏈進(jìn)入人體后,損壞中樞神經(jīng),造成兒童發(fā)育畸形等危害。同樣鉛、鎘對(duì)人體的危害同樣持久和不可醫(yī)治,研究表明,即使在人體內(nèi)積累小劑量的重金屬也會(huì)造成神經(jīng)末梢、腎功能等的損害。環(huán)境中的重金屬污染物主要來自礦山開采、金屬冶煉、金屬化合物的制造、重油燃燒、肥料、農(nóng)藥、煤及垃圾焚燒等多方面。其中燃煤與垃圾焚燒是兩大主要來源,而垃圾焚燒重金屬的排放量比煤燃燒高得多。由于垃圾組成復(fù)雜,焚燒處理后爐灰及煙氣中將含有多種重金屬,如鉛、鎘、鉻、鋅、銅、汞、鎳、硒、砷等。其中以Hg、Cd、Pb、Cr、As備受人們關(guān)注,此外還有Zn、Cu、Ni、Co、Sn等也有較大的毒性。以下是垃圾中幾種重金屬的主要來源Cd:報(bào)紙、塑料、雜草、鎳鎘電池、半導(dǎo)體及顏料等;Cr:報(bào)紙、塑料、雜草、木塊、織物、鞋跟等;Pb:報(bào)紙、塑料、木塊、織物、橡膠、庭院雜物等;Hg:電池,電器(熒光燈)、溫度計(jì)、報(bào)紙雜志等;Cu:紙張、織物、木塊、塑料等。2焚燒底灰和燒灰黑含有重金屬的垃圾在進(jìn)入焚燒爐后,重金屬在焚燒過程中將發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化,最終分布在焚燒底灰、飛灰、煙氣中。含有重金屬的垃圾在焚燒時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):一是與有機(jī)物焚燒時(shí)釋放出的氯反應(yīng);二是由于高溫在焚燒的垃圾周圍產(chǎn)生還原性氣氛,盡管焚燒爐是在過量空氣下運(yùn)行的,但還原性氣氛幾乎在所有焚燒爐中都存在,在這種氣氛下生成的金屬化合物更易揮發(fā)。不同的重金屬在焚燒底灰、飛灰、煙氣中的分布比例也不同。一般而言,揮發(fā)性的重金屬在焚燒過程中揮發(fā)或與垃圾中的其它成分(如氯)反應(yīng)生成更易揮發(fā)的化合物,蒸發(fā)產(chǎn)生氣體向煙氣中遷移,隨著煙氣的冷卻發(fā)生同類核化或異相吸附。對(duì)于非揮發(fā)性金屬,在焚燒過程中主要是通過夾帶的方式向煙氣中遷移。如重金屬Hg,因其易揮發(fā),分壓力低(103影響重金屬分布特征的因素影響重金屬分布特性的因素可歸納為:單個(gè)金屬的特性、垃圾組成(氯、硫、水、堿金屬等)、運(yùn)行環(huán)境、煙氣凈化手段3.1飛灰表面金屬元素Cahill和Nerland沸點(diǎn)很高的金屬元素:如:Al、Ba、Ca、K、Mg、Si等在燃燒區(qū)域不揮發(fā),構(gòu)成灰的基體,較多的存在于底灰中,而很少沉降在飛灰表面。沸點(diǎn)較低的金屬元素,如:As、Cd、Pb、Zn、Se等這些元素在燃燒過程中揮發(fā),在離開焚燒區(qū)域后將經(jīng)歷冷凝過程(Hg除外,Hg沒有冷凝,整個(gè)過程都停留在氣相中),當(dāng)溫度低于金屬或其化合物的冷凝露點(diǎn)時(shí),發(fā)生金屬的同類核化(形成金屬顆粒直徑在0.02~1μm)或異相吸附(富集在飛灰顆粒上),且隨著飛灰顆粒尺寸減小富集濃度增加,最終根據(jù)揮發(fā)程度的大小停留在飛灰或底灰中。除單個(gè)金屬的特性外,重金屬化合物的特性對(duì)其分布特性也有一定的影響。3.2國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)含量年度增加的研究垃圾成分的不同對(duì)焚燒過程中重金屬的遷移有不同程度的影響。近年來垃圾中氯含量逐年增加引起了國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者的重視。垃圾焚燒過程中氯的存在對(duì)重金屬分布特性的影響已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),國(guó)內(nèi)目前還只是針對(duì)垃圾焚燒過程中HCl的排放特性進(jìn)行研究,而氯對(duì)重金屬分布特性的影響在國(guó)內(nèi)尚未開展研究。3.2.1金屬氯化態(tài)垃圾成分中氯的存在在焚燒過程中使大多數(shù)重金屬的揮發(fā)都有不同程度的增加。研究表明,金屬氯化態(tài)的蒸發(fā)壓力都高于氧化態(tài),當(dāng)垃圾內(nèi)無機(jī)氯或有機(jī)氯含量較多時(shí),燃燒過程就有氯的存在,一定條件下與重金屬反應(yīng)產(chǎn)生顆粒小、沸點(diǎn)低的氯化物而加劇了重金屬的揮發(fā),使其由底灰向飛灰或由飛灰向煙氣的遷移增加。Kuen-ShengWang等人3.2.2污染中的硫影響重金屬的影響DirkVerhulst等人3.2.3影響垃圾中水和堿金屬含量關(guān)于垃圾中水分含量的影響目前的研究結(jié)果中有一些不同的看法,Durlak,SusanK等人3.2.4溫度和煙氣滯留時(shí)間運(yùn)行環(huán)境的影響因素很多,通常指焚燒爐型、焚燒溫度及氣氛(氧化或還原)、煙氣滯留時(shí)間等。其中研究最多的是燃燒區(qū)域溫度的影響,關(guān)于這一點(diǎn)至今尚無定論,WilliamPLinak3.2.5氣處理設(shè)備對(duì)鉻形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響JackREdwards4在焚燒過程中，重金屬排放的控制4.1活性炭吸附劑脫除效果汞極易揮發(fā),在燃燒過程中幾乎所有的汞都是以氣態(tài)形式離開燃燒區(qū),傳統(tǒng)的脫硫系統(tǒng)對(duì)汞也有一定的脫除能力,但要達(dá)到較好的效果,需采用活性炭吸附劑。吸附及脫除機(jī)理:氣體分子向炭基擴(kuò)散,由于范德華力的作用,而將這些擴(kuò)散來的分子保留在表面,在顆粒捕獲設(shè)備中有效地脫除。研究表明無論向煙氣中噴入活性炭還是采用固定床吸附,效果都很好?；钚蕴繉?duì)汞的脫除效率雖然很高,但其價(jià)格昂貴,除此外,JongsooJurng4.2其他重金屬控制Uberoi和Shadman4.3飛灰的固定一個(gè)重要污染源垃圾焚燒產(chǎn)生的底灰中重金屬含量較少,尤其揮發(fā)性金屬如:Hg、Pb、Cd、Zn含量更少,主要是一些親巖性的金屬如:Ni、Cr、Cu等,被認(rèn)為是沒有毒害的。飛灰與底灰相比富集了更多量的揮發(fā)態(tài)的重金屬,研究表明飛灰顆粒尺寸越小,其中富集的重金屬濃度越高,且焚燒改變了金屬的種類,使其轉(zhuǎn)化為更易遷移的形式。若將焚燒飛灰直接進(jìn)行填埋或處理不當(dāng),在自然環(huán)境下由于酸雨等因素的作用,酸性環(huán)境下重金屬將逐漸滲濾出來,重新進(jìn)入環(huán)境,污染地下水源而危害人類。因此垃圾焚燒飛灰被規(guī)定為有毒廢棄物,應(yīng)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。飛灰的處理方法主要有:水泥固定、化學(xué)藥劑固定、熱處理(熔融及燒結(jié))等。4.3.1氫氧化物和絡(luò)合物水泥固定的機(jī)理:在水泥的水合過程中,金屬可以通過吸附、化學(xué)吸收、沉降、離子交換、鈍化等多種方式與水泥發(fā)生反應(yīng),最終以氫氧化物或絡(luò)合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸鹽膠體C-S-H表面上,同時(shí)水泥的加入也為重金屬提供了堿性環(huán)境,抑制了重金屬的滲濾。這種方法簡(jiǎn)單,投資少,但因飛灰的加入,影響了水泥的水合過程,使飛灰的摻和量很低(<30%),而當(dāng)飛灰中水溶性硫酸鹽含量高時(shí),即使飛灰的摻和量很低,也會(huì)抑制水泥的硬化,增加了水泥的消耗量。A.Polettini4.3.2固定灰中重金屬利用一種水溶性的螯合高分子,與重金屬離子反應(yīng)形成不溶于水的高分子絡(luò)合物,使灰中的重金屬固定下來。與水泥固化相比,螯合劑的投加量少,實(shí)現(xiàn)了焚燒飛灰穩(wěn)定化處理且不增容或少增容的目的。4.3.3物理熔融法熱法飛灰的燒結(jié)處理:Kuen-ShengWang灰的熔融處理:垃圾焚燒灰渣熔融處理是無害化和資源化的一項(xiàng)處理技術(shù)。在高溫(1200~1400℃)狀況下,飛灰中有機(jī)物發(fā)生熱分解、燃燒及氣化,而無機(jī)物則熔融形成玻璃質(zhì)熔渣。經(jīng)熔融處理后,飛灰中的二惡英等有機(jī)物受熱分解被破壞,飛灰中所含的沸點(diǎn)較低的重金屬鹽類,轉(zhuǎn)移到氣體中并以熔融飛灰的形式捕集下來,其余的金屬則轉(zhuǎn)移到玻璃熔渣中,大大降低了重金屬的浸出特性?；以?jīng)熔融處理后,密度大大增加,灰渣減容可達(dá)2/3以上,并且可以回收灰渣中的金屬,而且熔渣可作為路基材料、混凝土骨料、瀝青骨料等,達(dá)到資源化利用的目的。5控制焚燒