危险废物焚烧废气处理工艺优化设计研究

王兆丰 刘元虎 葛锡印

(山东郯创环保科技发展有限公司，山东 临沂 276100)

近年来，我国化工、医疗医药、工业等领域飞速发展，同时危险废物的产生量急剧增加。快速增长的危险废物给生态环境、人类生活带来极大挑战，增多的危险废物与处置工业产能不足间的矛盾日益突出[1]。危险废物因具有易燃易爆、腐蚀性、有毒、感染性等特征，难以集中收集并进行妥善处理[2]。我国新修订的《国家危险废物名录(2021年版)》详细介绍了各行业危险废物的产生环节和特性[3]，为我国危险废物的精细化监管和处理提供了依据。目前，国内外针对危险废物的处置方法进行了大量的研究，并取得了一定的成果。史晔生等[4]提出焚烧是处理危险废物行之有效的方法。田晓峰等[5]采用普硅水泥和复合矿渣水泥固定化处理医疗危险废物焚烧后的废渣，取得了良好的效果。郑显鹏等[6]以山东莒南的危险废物处置工程为例，提出采用“回转窑+二燃室+SNCR脱硝+烟气急冷+干法脱酸+布袋除尘器除二噁英除尘+湿法脱酸”进行危险废物焚烧尾气处理，实现了危险废物的无害化处理。王清芬[7]以某危废处置中心为例，提出了“SNCR脱硝+烟气急冷+干法脱酸+布袋除尘器除二噁英除尘+湿法脱酸”的危险废物焚烧废气处理工艺。

国内外学者针对危险废物的处置方式研究较多，但对危险废物焚烧之后废液、废气、废渣等残留物质无害化处置的研究尚存在一些不足。作者通过分析国内外危险废物处置方法的优势和不足，研究危险废物焚烧工艺的原理和废气产生的机理，从而提出行之有效的危险废物焚烧产生有毒有害废气的净化处置措施。

1 国内危险废物排放量与处置措施

新修订的《环境保护法》要求我们时刻关注危险废物的排放量变化，并构建行之有效的危险废物处置方法和设施，以保护人类赖以生存的生态环境。

1.1 国内危险废物排放量分析

近年来，我国工业化进程加速，危险废物的排放也日益增多。2010年到2021年间我国危险废物排放量变化如图1所示。从图1中可以看出，我国危险废物排放量从2010年的1 589万吨到2020年突破10 000 万吨，这10年我国危险废物的排放量增加了超过6倍。日益增长的危险废物排放量与增长缓慢的危险废物处置中心数量的矛盾越发突出。因此，我们在追加投入建设更多危险废物处置中心的同时，研究提高危险废物处置效率和无公害处理的新技术新方法，也是一种行之有效的方式。

图1 国内危险废物历年排放量变化图

1.2 国内外危险废物处置方法分析

危险废物处置遵循“减量化、资源化、无害化”的原则，将危险废物变废为宝，实现危险废物资源的综合回收利用是危险废物处置方法研究的终极目标。

目前，国内外危险废物处置方式主要有物理处理、化学处理、生物处理、固化处理、热处理和安全填埋处理等。物理处理的主要目标是减少废料的体积，浓缩废料，主要用于不适于焚烧的废物，如重金属废渣、工业粉尘、石棉等；处理方法主要包括破碎、沉降、萃取等。化学处理的主要目标是实现危险废物有害成分的分解，从而降低废料的有害成分含量和毒性，主要应用于酸、碱、废液、氰化物等无机废物；处理方法主要包括氧化、还原、沉淀中和、电解等。生物处理的主要目标为降低危险废物的毒性，实现危险废物的资源化再利用，主要应用于有机废物、含重金属废液、有机废液、被污染的土壤等；处理方法主要包括发酵法、冶金法、活性污泥法、厌氧消化法等。固化处理的主要目标为降低废物毒性，减少废物污染生态圈的概率，主要用于含重金属废物、焚烧灰渣等；处理的方法主要有包胶固化、自胶结固化、熔融或烧结固化等。热处理的主要目标是实现危险废物的减容、减量、去毒，主要用于含有机废物的危险废物处理；处理的方法主要有焚烧、热解、气化和熔融等。安全填埋处理的主要目标是实现危险废物与环境隔离，防治环境污染，主要用于生活垃圾焚烧飞灰及危险废物焚烧处理衍生的废渣、飞灰等。

国内外针对不同危险废物，采取的处置方法也不同，但最终目标均为将危险废物中的有害物质变为无害物质，进而保护环境和人类生存安全。如何在处理危险废物的同时防止二次污染，是需要思考和研究的问题。

2 危险废物焚烧废气处置方法与优化

目前应用较为广泛的危险废物处置方法依然为焚烧处理法。该方法虽然效果较好，但依然存在废气、灰渣等二次污染的可能，因此有必要对焚烧产生的废气进行成分分析和净化工艺研究。

2.1 危险废物焚烧产生废气的成分分析

根据我国《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484—2020)的要求，结合查阅国内国际危险废物焚烧装置等信息，得出危险废物进入回转窑焚烧后产生废气的主要成分包括二噁英、二氧化硫、一氧化碳、重金属、颗粒物、氟化氢、氯化氢等有毒有害物质。基于此，我国构建了完善的排放标准体系，杜绝在焚烧过程中产生二次污染。

2.2 危险废物焚烧废气处理方法

目前危险废物焚烧废气可划分为两大类，一类为酸性气体、重金属、颗粒物，另一类为二噁英。第一类废气的处理方式主要有三种，即干法、半干法和湿法[8]。干法工艺一般是指“干式洗气+布袋除尘”，此过程将硫化钠混合的活性炭粉末放进布袋除尘器以形成稳定的吸附层。该方法的优点是技术成熟、操作简单、成本低，缺点是处置效率低、净化效果较差。半干法工艺一般指“喷雾干燥+布袋除尘”，该装置采用转轮雾化器使浆液分布均匀，进而与酸性气体充分反应，该方法的优点是工艺简单、净化效率高，缺点是温度控制精度高、难度大、维护成本高等。目前，湿法工艺对酸性气体的处理效果最佳，该方法采用氢氧化钠或者石灰溶液与酸性气体进行中和反应，优点是净化效果好、效率高，缺点是成本较大、需配套水处理系统。

二噁英的形成原因较为复杂，目前国内外对该物质的形成机理尚无准确定论，但该物质是危险废物焚烧产生的废气中危害最大的物质之一。二噁英的净化处置一般在尾气末端进行。目前研究表明，干式、半干式喷淋塔结合布袋除尘器、活性炭吸附的二噁英控制方法和装置可以有效地净化、吸附二噁英。

2.3 危险废物焚烧废气净化系统优化设计分析

作者提出“SNCR脱硝+干式除酸+活性炭喷射+袋式除尘+湿法脱酸脱硝+湿电除尘+SCR”组合烟气净化工艺方法，设计的工艺流程如图2所示。

图2 废气处理设施工艺流程图

其中，SNCR脱硝装置主要包括尿素储存装置、溶液储存装置、稀释装置和溶液喷射装置，可有效降低废气中的NOx浓度。同时，SNCR脱硝装置可以根据处理的危险废物成分的不同设定不同的参数，以便高效灵活地处置危险废物。余热锅炉接收来自二燃室的高温气体，将废气中的余热回收利用，同时降低烟气温度。余热锅炉进口温度约为1 000 ℃，出口温度降低至600 ℃左右，然后再进入急冷塔装置。余热锅炉内的余热可以为其他车间提供热源。急冷塔主要用于快速降低危险废物焚烧尾气的温度，同时进行酸性气体处理。干式脱硫塔主要用于处理酸性气体。在干式脱硫塔中，氢氧化钙可以与废气中的酸性气体充分混合。

布袋除尘器是通过布袋将颗粒物废气保留下来的装置。其上箱体为净化室，中箱体为颗粒物室。需要注意的是布袋除尘器需要定期对布袋上的颗粒物进行清理，防止影响除尘效果。湿式脱硫塔和湿电除尘进一步将未处理干净的废气再次净化。然后废气到达活性炭吸附装置。可以通过在烟道中投入活性炭，达到净化烟气的目的。

作者提出的危险废物焚烧尾气处理工艺相较以往工艺而言，净化效果更好，综合净化率可达到95%，可以为国内危险废物焚烧处理中心废气净化装置的建设打下基础。

3 结语

本文系统介绍了我国危险废物排放量的发展趋势，研究了国内外针对危险废物的处置方法，对比分析了危险废物处理方法中的物理处理、化学处理、生物处理、固化处理、热处理和安全填埋处理六种方法的应用对象、处置方法、处置目标，得出危险废物焚烧处理方法是目前应用较为广泛的方法。基于危险废物焚烧后可能引起二次环境污染的废气、废渣的成分分析，提出了“SNCR脱硝+干式除酸+活性炭喷射+袋式除尘+湿法脱酸脱硝+湿电除尘+SCR”组合的烟气净化工艺方法，以此为基础设计了相应的工艺流程。实例应用表明，该方法可以有效净化危险废物焚烧废气，提高危险废物的处置效率，降低环境污染的风险，可为国内危险废物焚烧处理工艺和废气处理工艺提供工程实践示例和技术依据。