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浙江省环保装备行业协会是2009年成立,是以浙江省环保装备和资源综合利用装备制造厂商为主以及从事科技开发、设计和技术服务的企事业单位自愿参加组成的跨地区、跨部门、跨所有制的行业性、全省性的非赢利性社会组织,是经浙江省民政厅核准登记的社会团体法人。
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水泥窑共处置废物过程中的二恶英控制
发布时间:2009-12-29 点击数:

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  利用水泥窑对危险废物和工业废物进行处理是否会造成新的污染,特别是二恶英的排放能否符合环保要求,这是人们普遍关心的问题。中挪合作“危险废物与工业废物水泥窑共处置环境无害化管理项目”在示范水泥企业的支持配合和挪威专家的指导下,经过较为深入研究,并结合大量国外实验数据,认为:新型干法水泥窑的工艺设计和设备本身就能抑制二恶英产生,再加上人为有效控制,利用水泥窑系统处理危险废物及工业废物完全可以达到控制二恶英排放的要求。
  二恶英和呋喃是一类物质的混合体,包括多氯二苯并二恶英(简称PCDDs)和多氯二苯并呋喃(简称PCDFs),分别有75种和135种同族异构体。在常温和酸碱环境中较稳定,是一类难挥发、难溶于水的混合型固体,熔点高,分解温度一般在500℃以上。由于这类物质具有较强的亲脂性,在脂肪、油类物质和非极性溶剂中具有较高的溶解度,被生物吸入后可聚集在体内,促使机体致畸突变,诱发癌症。这类物质的各种异构体毒性不同,目前认为毒性最强的是2,3,7,8-TCDD,毒性相当于氰化钾的1000倍,是目前世界上发现毒性最强的有机合成物质。
  二恶英的低温合成主要取决于以下几个条件:
  ●温度:在200~450℃时二恶英和呋喃可从无到有进行合成,最佳温度在300~325℃左右;
  ●时间:大于2秒的停留时间;
  ●元素组成:烟气中含有足够的碳氢化合物和氯元素物质;
  ●催化媒介:有催化剂(如铜元素)和足够的颗粒反应表面;
  ●空气供给量:含氧量不足会促成二恶英合成。
  水泥窑共处置技术不仅在消纳废物和节约能源资源方面有着很大优势,在污染物排放控制方面也效果显著。水泥窑具有抑制二恶英产生的优势,包括以下几个方面:
  氯和碳氢化合物控制
  对于现代干法水泥生产系统,为了保证窑系统的稳定性和连续性,常对生料中干扰生产操作的化学物质尤其是氯元素的含量进行严格控制,且水泥煅烧系统中氯元素绝大部分可以被物料吸收,并夹带在熟料中被带出烧成系统,不会成为二恶英合成的氯源;水泥窑内的高温强氧化性环境可使随燃料带入窑体内的碳氢化合物完全分解,只有原料可能会向烟气中释放少量碳氢化合物。这两点使得二恶英失去了形成的元素组成条件。
  温度和运行环境
  大量试验表明,二恶英类有机物在500℃时开始分解,800℃时2,3,7,8-TCDD可以在2.1秒内完全分解,如果温度进一步提高,分解时间将进一步缩短。回转窑内气体温度在1200~2000℃,气体停留时间达10秒,这些条件完全可以保证二恶英等难降解有机物的完全燃烧和彻底分解。
  二恶英的形成与温度的关系更为密切。一般而言,水泥熟料采用风冷降温,降温速度较快;现代新型干法窑的预热器和增湿塔设计,可以使温度大于450℃的焚烧烟气温度迅速降至200℃以下,越过二恶英易合成的温度区。
  抑制剂
  有研究表明,水泥生产中,煤和原料所含硫元素可以抑制二恶英的形成:一则硫使得氯元素以盐酸的形式存在;二则硫降低了铜离子的催化活性;三则硫可形成磺酸盐酚前体物或含硫有机化合物,阻止二恶英的生成。
  粉尘收集系统
  二恶英多冷凝吸附在粉尘颗粒上。现代水泥烧成系统的出口烟气一般要经过增湿塔、生料磨和除尘器等构成的多级收尘系统,收集下来的物料再返回到烧成系统中。增湿塔具有收集粉尘、净化酸性气体的功能;由气体带进的粉尘在生料磨内与生料进行混合,其中的酸性气体和有机物进一步被吸附,最终经过收尘系统收集后返回烧成系统。这就减少了二恶英的排放,同时还避免了形成过多粉尘,致使二恶英缺乏附着媒介。
  控制二恶英排放的措施                               
  控制水泥窑二恶英排放的可选方案大体上可以分为两类:一是控制投入原料及燃料的质量;二是控制水泥窑窑后的操作环境。水泥窑避免二恶英形成和排放的关键在于:避免使用含有机物的原料;在水泥窑启动或关闭时不要加入任何替代燃料;监控并稳定关键的过程参数,保证投料稳定和氧气充足。
  从20世纪70年代至今,发达国家为实现水泥窑共处置危险废物和工业废物的广泛应用进行了大量有关二恶英、多氯联苯排放的测试,包括湿法和干法水泥窑的正常和最差工况。结果显示,多数现代水泥窑的二恶英排放浓度均能够达到0.1ngTEQ/Nm3的水平。此外,有大量分析表明,水泥工业产品和残留物中的二恶英含量一般较低,与黄油、母乳等物质中二恶英含量相当。
  综上所述,利用新型干法水泥窑系统处置废物在抑制二恶英的产生方面具有较大优越性。新型干法水泥窑本身的工艺设计和设备要求就已经能够很好的抑制二恶英产生,再加上人为的有效控制措施,水泥窑系统完全可以达到控制二恶英排放的要求。