水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中二恶英的迁移和降解特性_肖海平
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水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中二 英的迁移和降解特性
肖海平1 ，茹
2 宇1 ， ，李
丽2 ，闫大海2* ，彭
100012
政3 ，王
宁2 ，张国亮4
1． 华北电力大学，北京 102206 2． 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，北京 3． 环境保护部对外合作中心，北京 100035 102403 4． 北京市琉璃河水泥有限公司，北京
［4-7 ］
、 微波降解技术［8］、 水泥固化技术［9-13］、 生物降
图1 水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰工艺流程 Fig． 1 The process flow diagram of cement kiln coprocessing MSWI fly ash
解技术［14］、 水泥窑协同处置技术［15］ 等． 水泥窑协同 处置生活垃圾焚烧飞灰技术包括直接投加［16］和水洗 预处理后投加两种工艺路线［17-20］， 其中水洗预处理 后投加工 艺 起 源 于 日 本 并 在 日 本 实 现 了 工 程 化 应 用
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环
境
科
学
研
究
第 30 卷
Taking the mass of dioxin in the fly ash fed into the cement kiln in 1 h as 100% ， only 0． 82% ， 0． 13% and 0． 0021% of dioxin was discharged in the cement kiln dust， clinker and flue gas， respectively． The dioxin reduction efficiency of fly ash in the cement kiln reached over 99% which indicated a more complete degradation for the dioxin had been achieved． Keywords： cement kiln； coprocess； dioxin； municipal solid waste incineration fly ash； waterwashing pretreatment
0． 13% 和 0． 002% 的二 英分别随窑灰、 熟料、 烟气排出， 飞灰中的二 英在水泥窑内的消减率达到了 99% 以上， 实现了较为彻底
Migration and Degradation Characteristics of Dioxins during the Process of Cement Kiln CoProcessing of Municipal Solid Waste Incineration Fly Ash
摘要： 为了解生活垃圾焚烧飞灰中的二 英在水泥脱氯预处理过程中的迁移特性以及在水泥窑内的热降解特性， 依托北京市琉 璃河水泥有限公司的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置示范线， 开展了生活垃圾焚烧飞灰的水洗脱氯预处理和水洗后飞灰向水 泥窑投加的工程试验研究 ． 结果表明： 烘干烟气中和水泥窑窑尾烟气中二 英排放浓度低于 GB 30485 —2013 《水泥窑协同处置固 TEQ 计） 为 0． 1 ngm3 ， 结晶氯盐中二 英含量（ 以 ITEQ 计） 仅为 2． 8 ngkg； 以 体废物污染控制标准 》 中所规定的标准限值（ 以 I每 h 进入水洗罐的原飞灰中所含二 0． 14% 的二 的降解． 关键词： 水泥窑； 协同处置； 二 英； 生活垃圾焚烧飞灰； 水洗预处理 中图分类号： X705 文献标志码： A 文章编号： 1001-6929 （ 2017 ） 02-0291-07 DOI： 10． 13198j． issn． 1001-6929． 2017． 01． 39 英量为 100% 计， 经过水洗处理后， 99． 97% 的二 英仍留在脱氯飞灰中， 仅有 0． 08% 和 仅有 0． 82% 、 英为 100% 计， 英分别通过烘干废气和结晶盐排出； 以每 h 投入水泥窑窑尾烟室的飞灰所含二
第 30 卷 第 2 期 2017 年 2 月
环 境 科 学 研 究 Ｒesearch of Environmental Sciences
Vol． 30 ， No． 2 2017 Feb． ，
肖海平， 茹宇， 李丽， 等． 水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中二 英的迁移和降解特性［J］ ． 环境科学研究， 2017 ， 30 （ 2 ） ： 291-297． XIAO Haiping， ＲU Yu， LI Li， et al． Migration and degradation characteristics of dioxins during the process of cement kiln coprocessing of municipal solid waste incineration fly ash ［J］． Ｒesearch of Environmental Sciences， 2017 ， 30 （ 2 ） ： 291-297．
［21-22 ］
1． 1． 1
飞灰的预处理
． 而目前关于水洗预处理的水泥窑协同处置
［17-18 ， 20 ］
飞灰首先进入水洗罐后经三级漂洗工艺水洗， 洗 脱飞灰中的可溶性氯盐； 水洗后产生的泥浆进入化学 沉淀工序， 沉淀出的重金属污泥返投至飞灰水洗罐； 沉淀出重金属后的废水进入蒸发结晶工序， 经蒸发结 晶后产生的固态氯盐可做工业盐使用， 结晶出氯盐后 的终端废水作为回用水全部返回至飞灰水洗罐 ． 1． 1． 2 飞灰的水泥窑投加 经水洗脱氯预处理后的飞灰首先采用窑头篦冷 机余热烟气进行烘干处理， 烘干工艺采用自行设计的 流态化接触式烘干机， 入口烟气温度约 220 ℃ ， 出口 烟气温度约 130 ℃ ． 烘干后的飞灰通过气力输送装置 投入水泥窑窑尾烟室， 气力输送装置配置了可调节输 送速率的计量系统， 飞灰输送设计能力最大为 8 th． 水泥窑窑型为新型干法回转窑， 窑尾烟气采用布袋除 尘设施， 熟料设计产能为 2 500 td． 1． 2 飞灰化学特性 试验所用飞灰来源于北京鲁家山垃圾焚烧厂， 飞
［3 ］ 统计估算， 我国通过废物焚烧 约 ＞ 国家实施计划》 ［1 ］
1
1． 1
材料和方法
水泥窑协同处置飞灰工艺 北京市琉璃河水泥有限公司的水泥窑协同处置
生活垃圾焚烧飞灰示范线采用水洗预处理后投加工 艺， 包括飞灰水洗脱氯预处理和水洗后飞灰向水泥窑 投加两个工序， 其工艺流程如图 1 所示．
产生的飞灰和残渣向环境排放的二 英总量（ 以 TEQ 计） 为 1 147． 1 g， 占固体残留物总排放量的22． 9% ， 占环境总排放量的 11． 2% ， 焚烧飞灰已经成为我国 重要的二 英污染源之一． 目前国内外处置飞灰的技术主要有高温熔融技 术
生活垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧炉在烟气 净化系统收集而得的残余物， 其中含有大量二 英和 可溶出性重金属， 属于《国家危险废物名录 》 中的 HW18 类危险废物， 对环境和人体健康有极大的伤 害， 必须进行安全处置． 根据我国生活垃圾焚烧量的 可以估算目前我国生活垃圾焚烧飞灰 统计数据［2］， 然而， 生活垃圾焚烧飞灰无 产生量超过 200 × 10 4 ta， 害化处置比例却很低， 形势十分严峻． 《中华人民共 和国履行 ＜ 关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公
基金项目： 国家环境保护公益性行业科研专项（ 201209023 ） ； 中挪合 作项目（ CHN 215009 059 ） ； 中央高校基本科研业务费专 项资金项目 作者简介： 肖海平（ 1978）， 男， 江西井冈山人， 副教授， 博士， 主要从 事燃煤污 染 物 生 成 机 理 与 控 制 技 术 研 究， xiaohaiping @ ncepu． edu． cn． * 责任作者， 闫大海（ 1979）， 男， 河南新乡人， 研究员， 博士， 主要从事 固体废物处理技术研究， seavsland@ 163． com
2 XIAO Haiping1 ，ＲU Yu1， ，LI Li2 ，YAN Dahai2* ，PENG Zheng3 ，WANG Ning2 ，ZHANG Guoliang4
1． North China Electric Power University，Beijing 102206 ，China 2． Ｒesearch Institute of Solid Waste Management，Chinese Ｒesearch Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012 ，China 3． Foreign Economic Cooperation Office，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100035 ，China 4． Beijing Liulihe Cement Co． ，Ltd． ，Beijing 102403 ，China Abstract： In order to understand the dioxin migration characteristics during the waterwashing pretreatment process and thermal degradation characteristics during the coprocessing process in cement kilns， based on the demonstration line of cement kiln coprocessing of municipal solid waste incineration （ MSWI ） fly ash in Liulihe Cement Company in Beijing， an industrial test about MSWI fly ash dechlorination by waterwashing pretreatment and washed fly ash feeding into the cement kiln was carried out． The results showed that the dioxin emission concentrations in the flue gases of the fly ash drying machine and cement kiln inlet were lower than the emission limit value （ measured as ITEQ ） of 0． 1 ngm3 prescribed in “Standard for
收稿日期： 2016-05-27 修订日期： 2016-10-27
Pollution Control on CoProcessing of Solid Wastes in Cement Kilns ”（ GB 304852013 ） ， and the dioxin concentration in the crystallized chlorine salt（ measured as ITEQ） was only 2． 8 ngkg． Taking the mass of dioxins in the raw fly ash fed into the washing tank in 1 h as 100% ， after waterwashing pretreatment， 99． 97% of dioxin remained in the dechlorinated fly ash，while only 0． 081% and 0． 14% of dioxin was discharged in the fly ash drying machine flue gas and crystallized chlorine salt，respectively．
水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中二 英的迁移和降解特性
肖海平1 ，茹
2 宇1 ， ，李
丽2 ，闫大海2* ，彭
100012
政3 ，王
宁2 ，张国亮4
1． 华北电力大学，北京 102206 2． 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所，北京 3． 环境保护部对外合作中心，北京 100035 102403 4． 北京市琉璃河水泥有限公司，北京
［4-7 ］
、 微波降解技术［8］、 水泥固化技术［9-13］、 生物降
图1 水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰工艺流程 Fig． 1 The process flow diagram of cement kiln coprocessing MSWI fly ash
解技术［14］、 水泥窑协同处置技术［15］ 等． 水泥窑协同 处置生活垃圾焚烧飞灰技术包括直接投加［16］和水洗 预处理后投加两种工艺路线［17-20］， 其中水洗预处理 后投加工 艺 起 源 于 日 本 并 在 日 本 实 现 了 工 程 化 应 用
292
环
境
科
学
研
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第 30 卷
Taking the mass of dioxin in the fly ash fed into the cement kiln in 1 h as 100% ， only 0． 82% ， 0． 13% and 0． 0021% of dioxin was discharged in the cement kiln dust， clinker and flue gas， respectively． The dioxin reduction efficiency of fly ash in the cement kiln reached over 99% which indicated a more complete degradation for the dioxin had been achieved． Keywords： cement kiln； coprocess； dioxin； municipal solid waste incineration fly ash； waterwashing pretreatment
0． 13% 和 0． 002% 的二 英分别随窑灰、 熟料、 烟气排出， 飞灰中的二 英在水泥窑内的消减率达到了 99% 以上， 实现了较为彻底
Migration and Degradation Characteristics of Dioxins during the Process of Cement Kiln CoProcessing of Municipal Solid Waste Incineration Fly Ash
摘要： 为了解生活垃圾焚烧飞灰中的二 英在水泥脱氯预处理过程中的迁移特性以及在水泥窑内的热降解特性， 依托北京市琉 璃河水泥有限公司的生活垃圾焚烧飞灰水泥窑协同处置示范线， 开展了生活垃圾焚烧飞灰的水洗脱氯预处理和水洗后飞灰向水 泥窑投加的工程试验研究 ． 结果表明： 烘干烟气中和水泥窑窑尾烟气中二 英排放浓度低于 GB 30485 —2013 《水泥窑协同处置固 TEQ 计） 为 0． 1 ngm3 ， 结晶氯盐中二 英含量（ 以 ITEQ 计） 仅为 2． 8 ngkg； 以 体废物污染控制标准 》 中所规定的标准限值（ 以 I每 h 进入水洗罐的原飞灰中所含二 0． 14% 的二 的降解． 关键词： 水泥窑； 协同处置； 二 英； 生活垃圾焚烧飞灰； 水洗预处理 中图分类号： X705 文献标志码： A 文章编号： 1001-6929 （ 2017 ） 02-0291-07 DOI： 10． 13198j． issn． 1001-6929． 2017． 01． 39 英量为 100% 计， 经过水洗处理后， 99． 97% 的二 英仍留在脱氯飞灰中， 仅有 0． 08% 和 仅有 0． 82% 、 英为 100% 计， 英分别通过烘干废气和结晶盐排出； 以每 h 投入水泥窑窑尾烟室的飞灰所含二
第 30 卷 第 2 期 2017 年 2 月
环 境 科 学 研 究 Ｒesearch of Environmental Sciences
Vol． 30 ， No． 2 2017 Feb． ，
肖海平， 茹宇， 李丽， 等． 水泥窑协同处置生活垃圾焚烧飞灰过程中二 英的迁移和降解特性［J］ ． 环境科学研究， 2017 ， 30 （ 2 ） ： 291-297． XIAO Haiping， ＲU Yu， LI Li， et al． Migration and degradation characteristics of dioxins during the process of cement kiln coprocessing of municipal solid waste incineration fly ash ［J］． Ｒesearch of Environmental Sciences， 2017 ， 30 （ 2 ） ： 291-297．
［21-22 ］
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飞灰的预处理
． 而目前关于水洗预处理的水泥窑协同处置
［17-18 ， 20 ］
飞灰首先进入水洗罐后经三级漂洗工艺水洗， 洗 脱飞灰中的可溶性氯盐； 水洗后产生的泥浆进入化学 沉淀工序， 沉淀出的重金属污泥返投至飞灰水洗罐； 沉淀出重金属后的废水进入蒸发结晶工序， 经蒸发结 晶后产生的固态氯盐可做工业盐使用， 结晶出氯盐后 的终端废水作为回用水全部返回至飞灰水洗罐 ． 1． 1． 2 飞灰的水泥窑投加 经水洗脱氯预处理后的飞灰首先采用窑头篦冷 机余热烟气进行烘干处理， 烘干工艺采用自行设计的 流态化接触式烘干机， 入口烟气温度约 220 ℃ ， 出口 烟气温度约 130 ℃ ． 烘干后的飞灰通过气力输送装置 投入水泥窑窑尾烟室， 气力输送装置配置了可调节输 送速率的计量系统， 飞灰输送设计能力最大为 8 th． 水泥窑窑型为新型干法回转窑， 窑尾烟气采用布袋除 尘设施， 熟料设计产能为 2 500 td． 1． 2 飞灰化学特性 试验所用飞灰来源于北京鲁家山垃圾焚烧厂， 飞
［3 ］ 统计估算， 我国通过废物焚烧 约 ＞ 国家实施计划》 ［1 ］
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材料和方法
水泥窑协同处置飞灰工艺 北京市琉璃河水泥有限公司的水泥窑协同处置
生活垃圾焚烧飞灰示范线采用水洗预处理后投加工 艺， 包括飞灰水洗脱氯预处理和水洗后飞灰向水泥窑 投加两个工序， 其工艺流程如图 1 所示．
产生的飞灰和残渣向环境排放的二 英总量（ 以 TEQ 计） 为 1 147． 1 g， 占固体残留物总排放量的22． 9% ， 占环境总排放量的 11． 2% ， 焚烧飞灰已经成为我国 重要的二 英污染源之一． 目前国内外处置飞灰的技术主要有高温熔融技 术
生活垃圾焚烧飞灰是指生活垃圾焚烧炉在烟气 净化系统收集而得的残余物， 其中含有大量二 英和 可溶出性重金属， 属于《国家危险废物名录 》 中的 HW18 类危险废物， 对环境和人体健康有极大的伤 害， 必须进行安全处置． 根据我国生活垃圾焚烧量的 可以估算目前我国生活垃圾焚烧飞灰 统计数据［2］， 然而， 生活垃圾焚烧飞灰无 产生量超过 200 × 10 4 ta， 害化处置比例却很低， 形势十分严峻． 《中华人民共 和国履行 ＜ 关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公
基金项目： 国家环境保护公益性行业科研专项（ 201209023 ） ； 中挪合 作项目（ CHN 215009 059 ） ； 中央高校基本科研业务费专 项资金项目 作者简介： 肖海平（ 1978）， 男， 江西井冈山人， 副教授， 博士， 主要从 事燃煤污 染 物 生 成 机 理 与 控 制 技 术 研 究， xiaohaiping @ ncepu． edu． cn． * 责任作者， 闫大海（ 1979）， 男， 河南新乡人， 研究员， 博士， 主要从事 固体废物处理技术研究， seavsland@ 163． com
2 XIAO Haiping1 ，ＲU Yu1， ，LI Li2 ，YAN Dahai2* ，PENG Zheng3 ，WANG Ning2 ，ZHANG Guoliang4
1． North China Electric Power University，Beijing 102206 ，China 2． Ｒesearch Institute of Solid Waste Management，Chinese Ｒesearch Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012 ，China 3． Foreign Economic Cooperation Office，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100035 ，China 4． Beijing Liulihe Cement Co． ，Ltd． ，Beijing 102403 ，China Abstract： In order to understand the dioxin migration characteristics during the waterwashing pretreatment process and thermal degradation characteristics during the coprocessing process in cement kilns， based on the demonstration line of cement kiln coprocessing of municipal solid waste incineration （ MSWI ） fly ash in Liulihe Cement Company in Beijing， an industrial test about MSWI fly ash dechlorination by waterwashing pretreatment and washed fly ash feeding into the cement kiln was carried out． The results showed that the dioxin emission concentrations in the flue gases of the fly ash drying machine and cement kiln inlet were lower than the emission limit value （ measured as ITEQ ） of 0． 1 ngm3 prescribed in “Standard for
收稿日期： 2016-05-27 修订日期： 2016-10-27
Pollution Control on CoProcessing of Solid Wastes in Cement Kilns ”（ GB 304852013 ） ， and the dioxin concentration in the crystallized chlorine salt（ measured as ITEQ） was only 2． 8 ngkg． Taking the mass of dioxins in the raw fly ash fed into the washing tank in 1 h as 100% ， after waterwashing pretreatment， 99． 97% of dioxin remained in the dechlorinated fly ash，while only 0． 081% and 0． 14% of dioxin was discharged in the fly ash drying machine flue gas and crystallized chlorine salt，respectively．