危险废物焚烧废气协同处理处置案例研究

叶志南

（厦门大学城乡规划设计研究院有限公司 福建厦门 361000）

引言

根据生态环境部2020 年12 月发布的《2020 年全国大、中城市固体废物污染环节防治年报》公布的数据显示，196 个大、中城市中，共产生工业危险废物4498.9 万吨，其中，综合利用量2123.5 万吨，处置量1732.1 万吨，贮存量643.3 万吨。工业危险废物综合利用量、处置量和贮存量分别占总量的47.2%、38.5%和14.3%，综合利用和处置是工业危废的主要途径。工业危废产生量位居前列的分别是山东、江苏、浙江、广东和四川，福建位居第21 位。生态环境部组织开展了危险废物专项治理工作，颁发许可证4195 份。截至2019年底，全国危险废物（含医疗废物）许可证持证单位核准收集、利用处置能力达12896 万吨/年，实际收集、利用处置量为3558 万吨，其中，焚烧方式处置危险废物247 万吨。工业危险废物含有有毒有害成分，其形态有液态、半固态和固态，具有毒性、腐蚀性、易燃性等危险特性，若处置不当，将对周围生态环境及人体健康产生危害。焚烧法处理危险废物是做好减量化及无害化的重要手段[1]。

焚烧法处理危险废物是利用高温分解技术，以及深度氧化综合处理，将危险固废中的可燃性废物进行氧化分解，从而实现危险废物的减量化、无害化，燃烧过程中产生的热能可回收，具有很好的经济效益和环境效益[2]。焚烧法处理危废主要用于不宜回收利用其有用组分，又有一定热值的危险废物。但由于危险废物种类繁多、来源广泛，焚烧过程中会产生颗粒物、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氢、氟化氢、重金属及二噁英类等污染物，这些污染物类型及其产生量与危险废物配比、焚烧炉控制、烟气处理设施运行及进料情况等息息相关。

1 危险废物焚烧废气特性

某危险废物焚烧处置公司利用焚烧处理危险废物，通过预热、高温发生作用，降解危险废物中的有害污染物，在经过高温燃烧过程中产生二噁英类、重金属、烟尘、酸性气体等废气，有害废气的产生主要来自焚烧车间、危废预处理车间、卸料站、废液罐区等各个环节。

1.1 来源

（1）车间料坑废气

收集的固体危废暂时堆存于固废坑中，这些固体危废在破碎、暂存堆放过程中会产生颗粒物、氨、硫化氢、臭气浓度、非甲烷总烃等污染物。

（2）焚烧车间废气

收集到的危险废物需要在卸料厅、破碎区、湿渣处理车间等分别进行卸料、破碎、湿渣处理，在此过程中会产生颗粒物、氨、臭气浓度、非甲烷总烃等[3]。

（3）预处理车间废气

收集到的危险废物在焚烧前需要进行取样、倒灌、再包装等相关的预处理，取样区、实验室、再包装区、操作间、泵送区等作业车间在预处理过程中也会产生相应的非甲烷总烃、硫化氢、氨和臭气浓度等[4]。

（4）暂存仓库废气

收集的危险废物在卸料及暂存时都要求严格的封闭处理，但由于包装不严或桶盖密封不紧，也会挥发少量非甲烷烃废气。

1.2 特征

危险废物焚烧系统处置过程中，涉及到危险废物收储、卸料、罐区焚烧等，不同场区的废气特征也有一定差异：危险废物储坑，混杂多种废气，且废气异味重；废矿物油再生的废气，主要是可燃油气、气量小、浓度高、异味重、含氧量低；危废仓库区风量大，含有低浓度挥发性有机污染物。罐区周围的混杂各种废气污染物、挥发性有机污染物含量变化大，气量小，异味重[5]。

1.3 种类

危险废物焚烧废气主要分为含酸腐蚀性有害气体、烟尘及含二噁英有害气体。危废焚烧烟气从余热锅炉出口直接进入了急冷塔，实现废气的急速冷却。经冷却塔“急冷”后，废气再进入到干式脱酸反应塔，与喷入塔中的消石灰充分接触，进一步反应生成钙盐，钙盐呈粉尘状。此后，废气进入袋式除尘器前喷射活性碳，利用活性炭的吸附功能，吸附废气中的重金属类污染物和二噁英类污染物，经布袋除尘器过滤，进一步去除了废气中的颗粒物、钙盐等物质，废气进入湿式脱酸塔进口烟道，废气向下切进入脱酸塔，最后再加热，使其达到180℃左右，利用排气筒实现达标排放[6]。在此过程中，废气在不同的处理环节会产生不同含量的污染物。

（1）含酸腐蚀性有害气体

主要有HCl，塑料、皮革等含机氯化物危险废物焚烧产生的氯化氢；HF，含有氟的危险废物在其焚烧过程中会产生含氟化氢有害废气；SO2，含有硫成分的危险废物，以及辅助燃料，如助燃油在其燃烧过程中会产生二氧化硫污染物废气；NOx，含氮物质在其焚烧或热分解过程中产生氮氧化物，如一氧化氮气体，并经气相化学反应，生成二氧化氮或五氧化二氮有害气体。

（2）烟尘

固态危险废物在高温焚烧，经分解、氧化，存在未焚烧完的残渣，体积微小的颗粒物随着烟气发生运动，形成烟尘，或部分未充分燃烧的含碳颗粒物，以及附着于无机盐重金属有机物质、重金属物质，烟尘气体危害性较大。

（3）含二噁英有害气体

危险废物焚烧产生的二噁英有害气体包括多氯代二苯并二噁英，这一含量的危废气体，主要来自金属冶炼、含氯有机物、喷漆等危废焚烧产生。以及多氯代二苯并呋喃。当燃烧时间过短或者氧气含量不足，在高温焚烧时形成的碳氢化合物往往无法彻底燃烧，碳氢化合物与烟气中的氯化物化学反应生成二噁英等有害气体。

2 危险废物焚烧废气处理工艺

某危险废物焚烧处置公司处理危废焚烧产生的废气，采用“SNCR 脱硝+烟气急冷+干法脱酸+布袋除尘器+湿法脱酸”净化工艺技术，经净化后的废气经60m高烟囱实现达标排放。

图1 危险废物回转窑焚烧系统

2.1 SNCR脱硝

选用目前市场上较为成熟的SNCR 脱硝技术，将氨气、氨水或尿素等还原剂在850-1150℃温度区域喷入含氮氧化物的燃烧产物中，经还原反应脱除氮氧化物，生成氮气、水及其他副产物[7]。

2.2 烟气急冷

脱硝后，产生的烟气经急冷塔急速冷却，烟气温度从初始的600℃左右急速降至200℃以下，避开了200～400℃极易形成二噁英的温度区，减少二噁英再合成机会；在压缩空气作用下，喷头内部，压缩空气与水液经多次打击，溶液被雾化为液滴，液滴与高温烟气充分换热，短时间蒸发、带走热量，实现急速冷却。

2.3 脱酸及除尘

首先是干法脱酸。急冷塔急速冷却后，烟气进入脱酸塔，危险废物中的烟气中的二氧化硫、氯化氢、氟化氢与氢氧化钙发生化学反应，生成钙盐，去除烟气中酸性气体。收集下来的飞灰经固化外运填埋。其次布袋除尘。在烟道中喷入活性炭，吸附烟气中的重金属、二噁英污染物，烟气经布袋除尘器时进一步去除了烟气中的颗粒物、以及吸附了重金属和二噁英类的活性炭。截留飞灰经固化外运填埋。再次湿法脱酸。烟气经袋式除尘器，进入湿式脱酸塔进口烟道，用氢氧化钠溶液去除烟气中的氯化氢、氟化氢、二氧化硫等，湿式脱酸废水回用烟气急冷塔。

2.4 烟气再热

烟气经湿式脱酸塔，碱液氢氧化钠去除酸性气体，经监测达标，加热至180℃以上后，经60m 高排气筒实现高空排放。

3 危废焚烧污染防治过程控制

危险废物焚烧过程中会产生重金属、酸性气体、二噁英和烟尘等，这些污染物的产生量及浓度与危险废物配比、进料、焚烧炉控制及烟气处理设备的运行密切相关，因此，要做好危废焚烧污染的全过程控制，使危废焚烧废气处理取得预期效果。

3.1 物料配伍

针对危险废物来源复杂、种类多样，无论是物理形态，还是化学性质，都存在着较大的差异性，多种危险废物混合又发生化学反应，因此，要从物料控制环节，对危险废物进行科学配伍，保证焚烧系统安全、废气污染物达标排放。根据危险废物的焚烧特点来看，危险废物焚烧炉中的氧体积分数低于50%时，危废燃烧废气中氧的增加会增加二噁英毒性的生成当量[8]。焚烧炉中加硫，能够与前驱物生成磺化物、与金属生成硫酸盐、消耗活性氯，降低焚烧环节二噁英的生成。将钙等脱氯剂添加至焚烧炉，可降低氯化氢浓度，降低二噁英生成。因此，在物料控制配伍时做到以下几点。

（1）保证入炉要求

从物料的含水率、热值、容重等调整物料，减少焚烧过程中辅助燃料的使用量。

（2）保障稳定运行

从物料相容性角度进行配伍，防止不相容危废混合产生爆炸等，影响焚烧效果。

（3）确保达标排放

严格遵守 《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2020），结合危废焚烧过程中污染物生成原理，把握危废中硫、氮、氯、重金属等含量配比，确保焚烧生成的废气外排满足最高允许排放的标准限值要求。

3.2 控制焚烧

从炉温、搅动、停留时间和空气供应量等因素，严格控制危险废物焚烧过程，切实做好危险废物焚烧污染控制，最大限度降低烟气污染浓度及污染量。其中，焚烧设备设计影响危废焚烧时间和搅动，而焚烧系统控制的运行主要受炉温和空气供给量因素影响。根据实际运行来看，回转炉焚烧温度控制在1200℃左右，有利于危险废物中的有毒有害物质的分解。废液焚烧炉内雾化废液随着烟气上升，并与高温氧化气体接触，烟气温度要保证在1100℃左右，炉内停留2s 左右，确保有机物焚烧殆尽，减少氮氧化物等焚烧前驱物产生。

3.3 烟气处理

危险废物焚烧烟气处理包括急冷、吸附、袋式除尘和湿法洗涤等。通过对这些系统的环节控制，来进一步处理烟气系统有害物质。例如，焚烧烟气在急冷塔中喷水急冷，使焚烧烟气温度1s 降至200℃，压缩焚烧烟气在高温（300-500℃）温度去滞留时间，防止二噁英生成；利用降温冷凝重金属，使易挥发性重金属附着于尘上，通过袋式除尘设备去除。再将高浓度氢氧化钠碱液喷入烟道，进行脱酸，去除烟气中的氯化氢、氟化氢和二氧化硫等酸性气体[9]。脱酸后，进入布袋，去除消石灰、活性炭粉末。将除尘后的烟气进入除酸洗涤塔，进一步捕集飞灰、除酸、去除二噁英污染物。最后，再通过加热，使烟气升温至180℃左右排放。

4 案例分析

某危险废物焚烧处置公司，接收的危废种类主要有辖区范围内产生的废有机溶剂、废矿物油、农药废物、医药废物、精蒸馏残渣等各种有毒有害危险废物。该处置公司建有危险废物焚烧处置系统一套，采用“回转窑+二燃室”处理工艺，设计焚烧能力为50t/d，收集的固态、半固态、液态废物均由该处置系统处理，焚烧炉烟气排放的污染物种类较多，主要有颗粒物、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氢、氟化氢、重金属及二噁英类等污染物；烟气中的污染物成分复杂，其焚烧烟气废气处理设施进出口污染物浓度，见表1。

表1 某危险废物焚烧废气中污染物产生及排放情况

采用“SNCR 脱硝+烟气急冷+干法脱酸+布袋除尘器+湿法脱酸”净化工艺技术，通过上述工艺处理，某危险废物焚烧处置公司焚烧炉烟囱排放出的废气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳浓度值最大检测结果分别为12mg/m3、10mg/m3、135mg/m3、25.5mg/m3，主要污染物指标均符合《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2020）限值要求，经净化后的废气经60m高烟囱实现达标排放[10]。此外，氟化氢、氯化氢、镉、汞、铅、砷+镍、铬+锡+铜+锑+锰、二噁英类等污染物日均浓度值的最大检测结果分别是2.39mg/m3、16.5mg/m3、0.801μg/m3、3.23μg/m3、＜0.20μg/m3、846.6μg/m3、624.7μg/m3、0.019TEQng/m3，其他污染物指标排放浓度均满足《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2020）的标准限值要求，取得了良好的处理效果，工艺技术具有良好的市场应用和推广前景。

结语

（1）采用“SNCR 脱硝+烟气急冷+干法脱酸+布袋除尘器+湿法脱酸”净化工艺技术，处理处置危险废物焚烧废气，可有效解决危险废物处理处置出路及技术工艺问题，处理工艺技术合理可行，满足环保标准和要求。因此，该工艺技术具有很好的应用和推广价值。

（2）该危险废物焚烧系统采用回转窑处理工艺，适用于不同特性的危险废物焚烧处理。其中，烟气处理系统采用先进配备，可有效实现烟气处理后的达标排放；分类收集及分质预处理的物化系统，可有效去除危险废物废液中的有机物及重金属成分。

（3）危险废物焚烧工艺技术成熟，在焚烧系统产生的有毒有害废气，可从物料配伍、焚烧控制和烟气处理等环节协同处置，并关注各处理环节的安全性、可行性和经济性。危险废物焚烧不同特性的废气，在其收集、输送、风量控制、停留时间、温度控制等方面，协同做好烟气处理及效果评估，既要充分考虑焚烧系统与其他设备协调性，也要从经济效益考量，不占用焚烧产能，实现经济效益的最大化。

（4）建议根据工艺设计思路，进一步优化，确定各工艺单元废水产生量及特点，并据此详细设计厂区废水处理系统。