CN103936395A - 市政污泥烧制陶粒过程中的二噁英“三阶段”减排方法 - Google Patents
市政污泥烧制陶粒过程中的二噁英“三阶段”减排方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种市政污泥烧制陶粒过程中的二噁英减排方法，即对市政污泥制备陶粒过程中产生的二噁英进行源头防治、烧结过程控制及末端治理的“三阶段”减排方法。在源头通过添加一定量的铵盐助剂，烧结过程中增设急冷塔，末端控制中设干式脱硫塔和袋式除尘器的联合使用，在有效去除二噁英的同时，还可以去除NOx、SO2和重金属及其化合物，出口烟气二噁英浓度低于0.1ngTEQ/m3。本发明提供的这种“三阶段”二噁英减排方法实用性高，操作简便，能够有效实现二噁英的低成本减排控制。
Description
一、技术领域
本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种市政污泥烧制陶粒过程中的二噁英减排方法。
二、技术背景
市政污泥主要包括自来水厂污泥、市政污水处理厂剩余污泥、城市排水管道清污淤泥等，是一种由有机残片、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体，它富含微生物、病原体、病毒等，且氯离子含量较高。据《Chemosphere》2007年第68期第1751页指出中国城市污水处理厂污泥中氯苯总质量分数高达6.9mg/kg。氯苯是反应生成二噁英的主要前驱物。市政污泥中的含氯化合物，使得市政污泥焚烧过程中产生大量的二噁英和其他烟气一起排入大气中。二噁英包括多氯二苯并二噁英(PCDDs)与多氯二苯并呋喃(PCDFs)两类物质，是由一个或两个氧原子联结两个被氯原子取代的苯环构成，被称为“地球上毒性最强的毒物”，国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物。目前发达国家对二噁英的排放标准限值为0.1ngTEQ/m3。有调查显示，垃圾焚烧从业人员血液中的二噁英含量为806pgTEQ/L，是正常人群水平的40倍左右。
市政污泥若不妥善处置而任意排放会对环境造成严重的污染。以市政污泥为原料烧制球型轻质工业陶粒，并将其应用于建筑材料和水处理滤料，在合理处置市政污泥的同时达到“以废治废，变废为宝”的目的，实现了大宗量污泥的资源化。如专利CN102701711A和专利CN102060560A分别提供了以市政污泥为原料烧结砖和制备陶粒的方法，但均未提及二噁英污染物的控制与治理。
因此，市政污泥制备陶粒的一项关键污染防治技术要求就是控制二噁英污染。目前国内外对于焚烧烟气中二噁英控制和减少排放的措施包括：（1）控制污泥的组成或促进其产生的组分；（2）抑制焚烧过程中二噁英的产生；（3）脱除或减少尾气和飞灰的二噁英排放。
中国专利201010117335.3提供了一种抑制二噁英类污染物产生的方法，用氧化镁作为抑制二噁英的物质，将氧化镁粉碎、干燥，使其粒径小于1毫米，在200℃以上，与多氯酚和多氯苯等二噁英类前生体合成二噁英类，从而控制二噁英类的产生。中国专利201110180658.1提供了一种铁矿石烧结过程二噁英的减排方法，通过添加尿素或碳酸肼抑制二噁英生产。
三、发明内容
市政污泥制陶粒工艺步骤是：污泥及助剂→混合釜→造粒机造粒→烘干机干燥→机械传动回转窑烧结→陶粒成品。
市政污泥制陶粒常用设备主要包括：混合釜、造粒机、烘干机、喷油机、引风机、机械传动回转窑。
市政污泥制陶粒常用的废气处理装置包括：急冷塔、干式脱硫塔、袋式除尘器、引风机、洗涤除雾塔、排气筒等。
本发明的目的是针对市政污泥制陶粒过程中二噁英的产生及控制问题，提出一种控制二噁英减排的方法。通过源头污泥组分改进、焚烧过程控制和末端治理三种技术方法同步，达到实现本发明的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
（1）在市政污泥制陶粒过程中，添加一定量的铵盐助剂，从而降低二噁英的产生量，所述铵盐助剂为硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵中的一种或几种，添加量为原料质量的0.03-0.06%。
（2）在烘干机中喷燃料油对市政污泥进行充分燃烧，均衡污泥的热值和水分。燃料油中硫的输入，有益于抑制二噁英的生成。
（3）烘干机中烟气温度控制在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，使烟气的充分搅动，烘干机烟气出口O2含量6-10％，CO＜50mg/Nm3，使二次燃烧完全。
（4）采用烟气急冷技术在烟气降温段抑制二噁英再生合成，在急冷塔内通过喷入雾化水，使烟气温度骤降至200℃以下，以避开二噁英产生速率最大的温度区间300-350℃。整个喷水系统与急冷塔进出口烟气温度联锁，通过自动控制，使烟气自550-200℃区间急冷，停留时间＜1s，防止二噁英的再合成。
（5）焚烧产生的二噁英多沉积于颗粒物表面，采用烟气净化装置进一步净化去除二噁英。在烟气进入布袋除尘器前，向烟道内喷入粒度为200目左右的活性炭粉和石灰，利用活性炭的强吸附能力去除二噁英，此时，控制袋式除尘器工作烟气流速为1m/min以下。通过除尘器收集的烟尘可以再循环送入焚烧炉焚烧或经固化等处理后填埋。通过对烧制过程中二噁英末端处理，出口烟气温度约为100℃，二噁英浓度低于0.1ngTEQ/m3。
在市政污泥制陶粒过程中，通过添加铵盐助剂，以实现二噁英减排的目的。其抑制机理如下：
(1)源头市政污泥中的某些金属（如Cu2+、Fe3+等）在二噁英生成的过程中起到催化作用，促进二噁英的生产，即Decon反应。而通过填加铵盐助剂，使其与Cu2+、Fe3+及其他金属反应形成Cu-N键，从而降低其催化性能，起到抑制二噁英产生的效果。
(2)中间控制原理：在烘干机中喷燃料油对市政污泥进行充分燃烧，均衡污泥的热值和水分。通过燃料油中硫的输入，抑制二噁英的生成，同时利用烟气急冷技术在烟气降温段抑制二噁英再生合成。
(3)末端治理原理：末端采用烟气净化装置进一步净化去除二噁英。在烟气进入布袋除尘器前，通过向烟道内喷入的活性炭粉和石灰，利用活性炭的强吸附能力去除二噁英。并将除尘器收集的烟尘再循环送入焚烧炉焚烧或经固化等处理后填埋。
本发明的有益效果在于：对制备陶粒过程中产生的二噁英进行源头防治、过程控制及末端治理三阶段控制，特别是在污泥制陶粒过程中融入二噁英控制工艺， 即在源头通过添加一定量的铵盐助剂，从而降低二噁英的产生量，并利用燃料油中较高硫含量，达到对二噁英生成的抑制作用。过程中增设急冷塔，以避免二噁英的再合成，末端控制中设干式脱硫塔和袋式除尘器的联合使用，在有效去除二噁英的同时，还可以去除NOx、SO2和重金属及其化合物。本发明提供的二噁英减排方法简便实用，能够有效实现二噁英的低成本减排控制。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
经脱水后的污泥与其他混合物料按配方量加入到混合釜中，投加助剂辅料0.03-0.06%，搅拌混合10-60分钟，使物料均化，将混合均匀的物料送入造粒机中，粒径控制在3-14mm之间，温度梯度为150℃-650℃，将粒胚送入回转窑中，并通过喷油机将燃料油喷入对粒胚进行充分燃烧，进行高温烧结温度为650℃-1050℃，时间为20-60分钟。回转窑中烟气温度控制在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，使烟气的充分搅动，回转窑烟气出口O2含量6-10％，CO＜50mg/Nm3。陶粒经过出料口管道输出，经过陶粒分级装置设备进行筛选分级滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，得到相应规格的成品陶粒。对出口烟气进行监测，分析二噁英的浓度。
下面将通过5个实施例对本发明的效果给予进一步的说明。
实施例1
经脱水后的城市污水处理厂市政污泥及其他配料按配方量加入到混合釜中，其中辅料硫酸铵为总质量的0.03%，搅拌混合30分钟，使物料均化，将混合均匀的物料送入造粒机中，粒径控制在6mm之间，温度梯度为150℃-650℃，将粒胚送入回转窑中，并通过喷油机将燃料油喷入对粒胚进行充分燃烧，进行高温烧结温度为1050℃，时间为30分钟。回转窑中烟气温度控制在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，使烟气的充分搅动，回转窑烟气出口O2含量6-10％，CO＜50mg/Nm3，二噁英浓度小于0.1 ngTEQ/m3。陶粒经过出料口管道输出，经过陶粒分级装置设备进行筛选分级滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，得到相应规格的
成品陶粒。
实施例2
经脱水后的印染厂污水处理车间污泥及其他配料按配方量加入到混合釜中，其中辅料氯化铵为总质量的0.05%，搅拌混合30分钟，使物料均化，将混合均匀的物料送入造粒机中，粒径控制在6mm之间，温度梯度为150℃-650℃，将粒胚送入回转窑中，并通过喷油机将燃料油喷入对粒胚进行充分燃烧，进行高温烧结温度为1050℃，时间为30分钟。回转窑中烟气温度控制在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，使烟气的充分搅动，回转窑烟气出口O2含量6-10％，CO＜50mg/Nm3，二噁英浓度小于0.1ngTEQ/m3。陶粒经过出料口管道输出，经过陶粒分级装置设备进行筛选分级滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，得到相应规格的成品陶粒。
实施例3
经脱水后的河道污泥及其他配料按配方量加入到混合釜中，其中辅料碳酸氢铵为总质量的0.06%，搅拌混合30分钟，使物料均化，将混合均匀的物料送入造粒机中，粒径控制在6mm之间，温度梯度为150℃-650℃，将粒胚送入回转窑中，并通过喷油机将燃料油喷入对粒胚进行充分燃烧，进行高温烧结温度为1050℃，时间为30分钟。回转窑中烟气温度控制在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，使烟气的充分搅动，回转窑烟气出口O2含量6-10％，CO＜50mg/Nm3，二噁英浓度小于0.1ngTEQ/m3。陶粒经过出料口管道输出，经过陶粒分级装置设备进行筛选分级滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，得到相应规格的成品陶粒。
实施例4
经脱水后的石化厂污水处理车间污泥及其他配料按配方量加入到混合釜中，其中辅料硫酸铵为总质量的0.04%，搅拌混合30分钟，使物料均化，将混合均匀的物料送入造粒机中，粒径控制在6mm之间，温度梯度为150℃-650℃，将粒胚送入回转窑中，并通过喷油机将燃料油喷入对粒胚进行充分燃烧，进行高温烧结温度为1050℃，时间为30分钟。回转窑中烟气温度控制在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，使烟气的充分搅动，回转窑烟气出口O2含量6-10％，CO＜50mg/Nm3，二噁英浓度小于0.1ngTEQ/m3。陶粒经过出料口管道输出，经过陶粒分级装置设备进行筛选分级滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，得到相应规格的成品陶粒。
实施例5
经脱水后的造纸污水处理车间污泥及其他配料按配方量加入到混合釜中，其中辅料碳酸氢铵为总质量的0.05%，搅拌混合30分钟，使物料均化，将混合均匀的物料送入造粒机中，粒径控制在6mm之间，温度梯度为150℃-650℃，将粒胚送入回转窑中，并通过喷油机将燃料油喷入对粒胚进行充分燃烧，进行高温烧结温度为1050℃，时间为30分钟。回转窑中烟气温度控制在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，使烟气的充分搅动，回转窑烟气出口O2含量6-10％，CO＜50mg/Nm3，二噁英浓度小于0.1ngTEQ/m3。陶粒经过出料口管道输出，经过陶粒分级装置设备进行筛选分级滚动回转冷却，使陶粒温度逐渐下降，得到相应规格的成品陶粒。
Claims (2)
1.一种市政污泥烧制陶粒过程中的二噁英“三阶段”减排方法，其特征在于制陶粒过程中添加一定量的铵盐助剂；在烘干机中喷燃料油对市政污泥进行充分燃烧，均衡污泥的热值和水分。采用烟气急冷技术在烟气降温段抑制二噁英再生合成；在烟气进入布袋除尘器前，向烟道内喷入粒度为200目左右的活性炭粉和石灰，控制袋式除尘器工作烟气流速为1m/min以下。
2.根据权利要求1所述的市政污泥烧制陶粒过程中的二噁英“三阶段”减排方法，其特征是所述二噁英产生助剂为硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵中的一种或几种，添加量为原料质量的0.03-0.06%。
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