第43卷㊀第2期
2021年3月
环㊀境㊀影㊀响㊀评㊀价
Environmental Impact Asssment
Vol.43,No.2Mar.,2021
收稿日期:2020-08-25
作者简介:
鱼红霞(1974 ),女,陕西人,副研究员,硕士,主要研究方向为环境影响评价技术评估㊁规划环境影响评价㊁环境保护等,E -mail:
北京市生活垃圾焚烧飞灰安全处置技术路线分析
鱼红霞
北京市环境影响评价评估中心,北京㊀100161
摘要:
调研了北京市生活垃圾焚烧处理及飞灰产生现状㊁污染特性以及处置方式,剖析了现行飞灰环境管理的技术政策标准
法规,对比分析北京市目前处置生活垃圾焚烧飞灰采用的固化/稳定化 填埋和水泥窑协同处理两种技术路线,结合北京市水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰实例,深入分析了水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰技术路线及存在问题,分析了改进后的水泥窑协同处置方式的技术特点㊂文章最后提出北京市生活垃圾焚烧飞灰处置应选择适宜的技术路线㊁加强相关技术规范和标准制定和完善与推广安全可行的飞灰资源化处置技术等对策建议㊂关键词:
垃圾焚烧飞灰;安全处置;水泥窑协同处置
DOI :10.ia.2021.02.017
中图分类号:X703.1㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:2095-6444(2021)02-0074-06
Analysis of Technical Route for Safe Disposal of Flying Ash from
Beijing Municipal Solid Waste Incineration
YU Hongxia
Environmental impact asssment Evaluation Center of Beijing Environmental Protection Administration,Beijing 100161,China
Abstract :This paper rearch the prent situation of domestic waste incineration and fly ash in Beijing,pollution characteristics and
disposal methods,analyzes the current of fly ash technology policy of environmental management standards and regulations,the comparison and analysis of disposal of domestic waste incineration fly ash ud in prent Beijing solidification /stabilization of the landfill and cement
kiln work with two kinds of technical route,combined with Beijing cement kiln synergy of MSW fly ash disposal of life as an example,analyzes the collaborative disposal of domestic waste incineration fly ash cement kiln technical route and the existing problems,analyzes the
如何高效沟通
improved way of cement kiln for coordination of technical characteristics.At last,the paper puts forward some countermeasures and Suggestions,such as choosing the appropriate technical route,strengthening the formulation and improvement of relevant technical
specifications and standards,and promoting the safe and feasible disposal technology of fly ash.
Key words :waste incineration fly ash;Safe disposal;Coordinated disposal of cement kiln
㊀㊀生活垃圾焚烧已经成为北京市生活垃圾处理的主要方式,北京市目前已经建成并运行11座生活垃圾焚烧厂,垃圾处理量达16750t /d,飞灰量产生
达544t /d㊂生活垃圾焚烧产生飞灰中吸附有大量重
金属元素Pb㊁Zn㊁Cr㊁二英及氯
盐等污染物,
2016年‘国家危险废物名录“中飞灰也被界定为危险废弃物,危险废物管理实质上是风险管理,目的
在于将污染物的环境风险控制在可接受范围内㊂飞灰处理主要目标就是解毒,将飞灰中有毒有害的重
什么用兵以一当十金属㊁二英及氯盐等降解解除[1]㊂2014年7月1日,我国新的‘生活垃圾焚烧污染控制标准“正式施行,烟气净化标准进一步向国际先进水平看齐㊂
2016年8月1日起施行的‘国家危险废物名录“将焚烧飞灰进入生活垃圾填埋场处置以及进入水泥窑协同处理的过程纳入豁免清单管理[2]㊂
本研究结合北京市10多个垃圾焚烧厂项目的环境影响技术评估工作,调研北京市生活垃圾焚烧技术发展及发展中出现的新问题,对北京市生活垃圾
第2期鱼红霞:北京市生活垃圾焚烧飞灰安全处置技术路线分析㊀㊀㊀
焚烧飞灰安全处置问题开展了调究㊂
1㊀北京市生活垃圾焚烧飞灰产生及处置情况1.1㊀北京市生活垃圾焚烧飞灰产生情况
根据初步调研(截止2019年10月),北京市正在运行的生活垃圾焚烧企业共计11家,设计处理生活垃圾约420万t/a,飞灰产生量约13.6万t/a㊂计划建设的生活垃圾焚烧企业7家,预计生活垃圾处理规模约503t/d,12.6万t/a飞灰需要处置㊂如何安全有效地处置焚烧飞灰成为急需解决的环境和社会问题㊂图1为近年来北京市生活垃圾焚烧飞灰产生量变化趋势图㊂北京市生活垃圾焚烧发电项目飞灰产生具体情况见表
1㊂
图1㊀2008年到2018年北京市生活垃圾焚烧飞灰产生量变化Fig.1㊀Changes in the production of flying ash from Beijing municipal solid waste incineration from2008to2018
表1㊀北京市生活垃圾焚烧发电项目飞灰产生情况一览表㊀单位:t/d Table1㊀Beijing municipal solid waste incineration power generation project Fly ash generation situation table unit:t/d 序号单位名称运行时间处理规模(t/d)产灰量(t/d)飞灰处置去向1高安屯垃圾焚烧有限公司㊀2008.1160033
2朝阳生活垃圾综合处理厂(高安屯二期)㊀2016.5180050 3绿色动力环保有限公司(通州永乐店)㊀2017.12225068 4顺义区生活垃圾综合中心处理厂㊀2017.670021 5绿海能环保有限责任公司(海淀大工村)㊀2016.12200080北京金隅琉水环保科技有限公司
6首钢生物质能源科技有限公司㊀2013.123000100
7大兴南宫生活垃圾焚烧厂㊀2017.7100030天津壹鸣公司8华源惠众环保科技有限公司(昌平阿苏卫)㊀2017.123000120
9密云生活垃圾焚烧厂㊀2018.1060018
10平谷区生活垃圾综合处理厂㊀2018.122006固化后填埋11怀柔生活垃圾焚烧厂㊀2017.1260018计划固化后填埋㊀㊀㊀小计16750544
1新机场生活垃圾焚烧厂
2房山生活垃圾焚烧厂
3鲁家山二期项目4安定生活垃圾焚烧厂5北京顺义三期
6高安屯三期
7丰台垃圾焚烧厂计划建设
5100153
100030
300090
200060
80020
300080
255070
小计17450503
㊀㊀生活垃圾焚烧飞灰是生活垃圾焚烧处理产生的必然副产物,大约占焚烧生活垃圾量的3%~5%㊂由于采用的焚烧炉和焚烧工艺的差异,飞灰产生率也存在较大的差异,其中,炉排炉焚烧炉的飞灰产出率约为2%~5%,流化床焚烧炉的飞灰产出率达到8%~12%㊂北京市所建垃圾焚烧厂都采用了机械炉排炉,产灰率在3%左右,在所有已投入运行的垃圾焚烧厂中,高安屯垃圾焚烧厂的产灰比是最低的,仅有2.2%㊂1.2㊀北京市生活垃圾焚烧飞灰处置方式
北京市生活垃圾焚烧飞灰目前除外委(130t/d, 23.9%)处置外,主要采用经固化/稳定化后,进入生活垃圾填埋场进行填埋处置(162t/d,29.8%)和进入水泥窑协同处置(252t/d,46.3%)两种方式㊂1.2.1㊀固化/稳定化-填埋处置
北京平谷生活垃圾焚烧发电厂㊁密云区垃圾综合处理中心及阿苏卫生活垃圾焚烧厂三家的生活垃圾焚烧飞灰处置主要采取了固化/稳定化 填埋处置
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㊀㊀㊀环㊀境㊀影㊀响㊀评㊀价第43卷
方式㊂该方式是利用固化剂与垃圾焚烧飞灰混合后形成固化物,满足一定的入场要求后,进入卫生填埋场填埋处置㊂
1.2.2㊀水泥窑协同处置
北京市金隅琉水环保科技有限公司(以下简称 金隅琉水公司 )采取水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰㊂该方式是将飞灰水洗脱氯技术与水泥窑高温煅烧技术有机耦合,采用水洗提取飞灰中的钾钠硫氯,制成工业产品;余下部分送入水泥窑高温煅烧,飞灰中的重金属经高温熔融后完全固化于水泥熟料晶格中,
二英在高温水泥窑中彻底分解,且不具二次合成条件;洗灰废水循环利用,零排放;烟气经多级吸附和收尘后达标准排放㊂
两种处置方式对比分析详见表2[3]㊂
表2㊀生活垃圾焚烧飞灰固化/稳定化-填埋技术与水泥窑协同处置方法比较Table2㊀Comparison of solid waste incineration fly ash solidification/stabilization-landfill technology
and cement kiln collaborative disposal method
比较内容固化/稳定化-填埋处置水泥窑协同处置
处理方式飞灰首先经药剂鳌合处理进行固化稳定化,然后送入
填埋场填埋处置
飞灰经水洗预处理后,替代水泥原料投入水泥窑进行资源
化处置
敏感成分去向重金属固化后转入填埋场;
二英㊁氯盐无明显稳定
作用,转入填埋场氯盐经水洗浸提形成工业盐产品;
二英在水泥窑高温环境下彻底分解;重金属元素固化在水泥熟料中
我心爱的宝贝二次污染为防止污染物扩散,只是临时存放,存有很大隐患污染物去向明确,无二次污染
占地情况占用大量土地不占用土地
成熟度技术成熟技术成熟,已工业化
处置成本土地成本高处置成本合理
哄孩子睡觉官方认可得到国家环保部等部门的认可,市场主要技术之一得到国家环保部等部门的认可,处于技术示范㊁推广阶段竞争力一般较强
㊀㊀水泥窑协同处置技术路线在北京经历从研究到实验到应用,经过近十年的研究应用实践解决了一系列问题,目前比较成熟,可以避免飞灰固化填埋的长效性风险,实现垃圾焚烧飞灰处置的减量化㊁资源化和无害化,并且水泥性能达到国家普通硅酸盐水泥标准㊂综上,水泥窑协同处置方式将会成为未来生活垃圾焚烧飞灰处置的主流方式㊂
2㊀北京市水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰实例分析
㊀㊀结合金隅琉水公司水泥窑协同处置飞灰及其改扩建工程的3次环评及工程竣工环保验收工作,从飞灰处置能力㊁主要关键的工艺(水洗和煅烧)及窑尾废气防治措施等4个方面分析水泥窑协同处置飞灰技术的环境安全性㊂
2.1㊀处置能力分析
水泥窑协同处置飞灰的能力主要受两大因素影响㊂一是金属的最大允许投加量,二是需要控制无机元素㊂为保证水泥的正常生产和熟料质量,‘水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范“(HJ662-2013)中 6.6.7中要求重金属的最大允许投加量不应大于表1所列限值 ㊂ 6.6.8中要求控制随物料入窑的氯(Cl)和氟(F)元素的投加量,入窑物料中氟元素含量不应大于5%,氯元素含量不应大于
低首0.04% ,避免对水泥窑的腐蚀,也保证水泥熟料的产品质量㊂
金隅琉水公司依托现有1#和2#两条生产线计划处理飞灰12万t/a,每条窑处置飞灰6万t/a㊂水泥窑入窑生料由石灰石㊁砂岩㊁粉煤灰㊁转炉渣等组成,一般按照干基85.25%㊁4.85%㊁4.65%㊁5.25%比例配置而成,其中飞灰按照1ʒ1的比例替代原料中的石灰石㊂投加飞灰后,石灰石投加量一般下降3%(按生料投加量核算)㊂日常运行中飞灰投加量占熟料日产生量的比例在2.6%到5.5%㊂根据琉水公司水泥窑生料㊁燃煤和飞灰的元素分析,计算入窑飞灰重金属投加量计算结果见表3㊂入窑的氯㊁氟元素的投加量计算结果见表6㊂两条窑重金属㊁氯㊁氟投加量均小于‘水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范“(HJ 662 2013)中重金属最大允许投加限值㊂也符合‘水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查指南(实行)中 可投加的危险废物的最大质量一般不超过水泥窑熟料生产能力的15%的要求㊂
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第2期鱼红霞:北京市生活垃圾焚烧飞灰安全处置技术路线分析
㊀㊀㊀表3㊀飞灰重金属投加量及投加标准要求
Table 3㊀The amount and standard requirements of heavy metals in fly ash
重金属
单位
1#窑重金属投加量2#窑重金属投加量HJ 662 2013最大允许
投加量
汞(Hg)
铊+镉+铅+15ˑ砷(TI +Cd +Pb +15ˑAs)铍+铬+10ˑ锡+50ˑ锑+铜+锰+镍+钒(Be +Cr +10Sn +50Sb +Cu +Mn +Ni +V)
mg /kg -cli
0.170
0.170
0.23190.205190.205230
1074.3791074.379
1150表4㊀灰氯、氟投加量及标准要求Table 4㊀Dosage and standard requirments
of chlorine and fluorine in fly ash
元素1#窑投加情况2#窑投加情况HJ 662 2013要求
Cl 0.038%0.038%含量不应大于0.04%F
0.039%
0.039%
含量不应大于0.5%
两条窑重金属㊁氯㊁氟投加量均小于‘水泥窑
协同处置固体废物环境保护技术规范“(HJ 662
2013)中重金属最大允许投加限值㊂也符合‘水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查指南(实行)中 可投加的危险废物的最大质量一般不超过水泥窑熟料生产能力的15%的要求㊂2.2㊀水洗工艺分析
金隅琉水公司水泥窑协同处置技术核心是飞灰的洗脱系统和水质净化系统,这两个系统是保证入窑飞灰合格和盐产品合格的重要前提,而蒸发系统㊁烘干系统㊁入窑煅烧系统是传统技术在水泥窑协同处
置飞灰中的应用㊂
中国最长的河流利用水洗工艺进行飞灰的预处理,主要目的是去除重金属汞和氯元素㊂对飞灰进行三级水洗,将硫代硫酸钠药剂加入到洗灰水中,飞灰中的二价汞与硫代硫酸钠发生络合反应从而溶解在水中,降低飞灰中汞的含量㊂三级水洗后,可将飞灰中的二价汞充分溶解㊂含汞洗灰废水排入洗灰废水处理站,废水经脱钙㊁过滤㊁中和后,加入Na 2S 做沉淀剂,使Hg 2+形成HgS 沉淀㊂
飞灰中的K +㊁Na +㊁Cl -经三级水洗后,充分溶
解在水中,通过水洗去除飞灰中氯元素,三级逆流漂洗技术配合专门的水洗反应装置,实现了分离㊁除去氯,洗灰废水处理系统使大量的钙㊁镁及重金属和少量悬浮物沉淀,随后进入MVR 系统蒸发结晶,结晶盐(NaCl㊁KCl)析出(可作为产品出售),
冷凝水回用于飞灰水洗工段补水,不外排,实现了飞灰处理的资源化和初步的无害化㊂
根据实验室数据,通过调节硫代硫酸钠药剂量可以将飞灰中的汞去除88%左右,将窑灰中的汞去除90%左右㊂水洗工艺对汞的去除效率在85%以上对Cl -的去除效率大于96%㊂表5㊁表6及表7为有关试验数据㊂
表5㊀硫代硫酸钠对飞灰中汞的脱除效果Table 5㊀Removal effect of sodium thiosulfate
on mercury in fly ash
硫代硫酸钠添加量汞含量/mg㊃kg
-1
汞的去除效率/%
飞灰原灰(1kg)
汽车行业现状分析
悍卫者21.146
添加0.5g 硫代硫酸钠的水洗飞灰滤饼13.93153.88添加1.0g 硫代硫酸钠的水洗飞灰滤饼 3.37588.83添加1.5g 硫代硫酸钠的水洗飞灰滤饼
5.07283.21添加2.0g 硫代硫酸钠的水洗飞灰滤饼
5.329
82.36
表6㊀代硫酸钠对窑灰中汞的脱除效果Table 6㊀Removal effect of sodium thiosulfate
on mercury in kiln ash
硫代硫酸钠添加量
Hg
/mg㊃kg
-1
汞的去除效率/%
窑灰(1kg)
42.467
添加1.0g 硫代硫酸钠的水洗滤饼
28.39053.20添加2.0g 硫代硫酸钠的水洗滤饼
5.80490.43添加3.0g 硫代硫酸钠的水洗滤饼
7.22588.09添加4.0g 硫代硫酸钠的水洗滤饼
8.836
85.43
2.3㊀煅烧工艺分析
经过水洗预处理后的飞灰,去除了95%以上的氯离子和70%以上的钾钠离子等影响水泥窑工况的有害元素㊂飞灰中对人体危害最大的重金属有5种:铅㊁汞㊁铬㊁砷㊁镉等㊂飞灰水洗液加入碱液,使
7
7
㊀㊀㊀环㊀境㊀影㊀响㊀评㊀价第43卷
其完全处于碱性条件下,重金属基本不会溶出,会随不可溶沉淀物做为飞灰泥饼,泥饼烘干后从水泥回转窑窑尾烟气室顶部与五级预热器底部的连接部位加入窑尾进行煅烧,回转窑内物料温度高达900~1450ħ,停留时间30min,重金属离子被有效固化
在水泥熟料晶格中㊂二
英类物质极难溶于水,在
高温㊁强酸㊁强碱㊁氧化剂作用下都相当稳定,会随不可溶沉淀物作为飞灰泥饼烘干后进入水泥窑,窑内烟气温度1050~2000ħ,停留时间大于20s,
二英类物质在高温环境下被彻底分解㊂从而确保了飞灰无害化㊁资源化的实现㊂[4]
表7㊀原飞灰及水洗飞灰中Cl -含量表Table 7㊀Cl -content of original fly ash and
washed fly ash
批次原飞灰l -
含量/%水洗后入窑飞灰l -
含量/%
去除率
/%第一批次20.380.6796.7第二批次17.720.4897.3第三批次18.900.5097.4第四批次18.630.8295.6第五批次19.020.9994.8第六批次20.100.9795.2第七批次20.420.7696.3平均值
19.31
0.74
96.2
2.4㊀窑尾废气防治措施
水泥窑协同处置飞灰时,水泥煅烧系统是最重要的大气污染物排放源,产生的污染物种类较多,包括颗粒物㊁NOx㊁SO 2㊁HCl㊁HF㊁
二
英㊁重金
属类等,金隅琉水公司通过水洗飞灰预处理,控制入窑固体废物中的有害元素(重金属㊁氯㊁氟㊁硫等)的投加速率,采取后端布袋除尘器+SNCR 脱硝等措施,控制烟气排放超标㊂
水泥窑产生酸性气体SO 2㊁HCl㊁HF 气体主要
来自含硫㊁氯㊁氟的原燃料在烧成过程中形成的SO 2㊁HCl㊁HF,金隅琉水公司一方面通过控制投料中的硫㊁氯㊁氟元素的投量,从源头控制SO 2㊁
HCl㊁HF 的产生,同时回转窑内的碱性环境可以中和绝大部分的SO 2㊁HCl㊁HF,高温㊁高碱性的环境可以有效的抑制酸性物质的排放㊂末端窑尾采取SNCR 脱硝的措施,可以控制NOx 不超标㊂
飞灰经预处理后有效地除去了氯离子,金隅琉
水公司飞灰在水泥生料配料中的使用比例在5%左右,
尾气中的二
英分解物被其他气体充分稀释,
前驱体的浓度会大大降低,
回转窑中高温可使二英类物质分解㊂飞灰加入量进行严格控制,尾气处理采用多级吸收处理并配套高效收尘系统,确保分
解后的二英不会重新合成㊂重金属污染物主要来源于原料㊁燃料和入窑固体废物,一方面源头严格控制飞灰投加量以控制重金属入窑量,水洗中绝大部分汞被析出,其他重金属在水泥窑的高温条件下,部分进入烟气,窑尾烟气中重金属采用布袋除尘器捕获重金属,控制外排大气中重金属,以确保达标㊂
2.5㊀小结
北京金隅琉水公司水泥窑协同处置生产线于2012年运行,运行至今工艺流程顺畅㊂改技术利用
先进的MVR 结晶系统技术和卧螺离心机作为水洗处理的固液分离设备,在原有基础上改进工艺,优化设备选型,改进完善了飞灰水洗㊁蒸发结晶㊁水处理到干燥输送等工序,有效降低了入窑前飞灰中氯化物㊁重金属等的含量,达到了入窑物料的标准要求,该技术实现了洗灰水全部回用,重金属高温熔融玻璃体固化,
二
英彻底分解㊂将飞灰处置与水
泥生产有机的结合起来,使飞灰无害化处置生产和资源利用融为一体,符合垃圾无害化处理形成产业化发展要求,真正实现社会效益㊁环保效益和经济效益的有机统一㊂促进了国家‘危险废物名录“修订
过程中的豁免环节,填补了国际空白,处于国际领先水平㊂[5]
飞灰烘干㊁飞灰料仓废气排放符合北京市‘大气污染物综合排放标准“(DB11/501 2007);水泥窑烟气符合‘水泥窑协同处置固体废物污染控制标准“(GB 30485 2013)㊁北京市‘危险废物焚烧大
气污染物排放标准“(DB11/503 2007)和北京市‘水泥工业大气污染物排放标准“(DB11/1054 2013)对应的允许排放浓度限值㊂水泥熟料可浸出重金属含量符合‘水泥窑协同处置固体废物技术规范“(GB 30760 2014)中限值;水泥产品符合‘通
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