污泥干燥焚燒系統(tǒng)污染物排放的影響

污泥干燥焚燒系統(tǒng)污染物排放的影響

造紙和廢水是造紙行業(yè)排放的主要固體污染物。紙污泥是造紙廢水處理過程中產(chǎn)生的剩余沉淀物質(zhì)，主要包括不可溶性纖維、填充、懸浮劑和其他污染物。紙渣是造紙原料篩選過程中排放的廢物。如何有效處理紙渣一直是造紙行業(yè)面臨的一個重要課題。隨著我國環(huán)境保護的增加，二次污染較多的填埋法逐漸被放棄。然而，由于廢水含水量高達75%85%，直接燃燒將消耗大量輔助燃料，大量耗水量應(yīng)配備大規(guī)模的通風(fēng)處理裝置。因此，工業(yè)中的泥漿干燥和半干燥時間長，因此需要大量的污染物。然而，由于紙漿干燥和廢水處理的污染物排放有許多研究成果，但很少有研究紙漿沼澤處理中污染氣體的排放。作者利用浙江省一家紙廠制備紙漿糊的工藝過程中產(chǎn)生的紙渣作為研究對象，研究了紙漿沼澤干燥系統(tǒng)中污染氣體的排放和干燥蒸餾水的cod值，并研究了紙漿沼澤和紙渣燃燒系統(tǒng)中的傳統(tǒng)污染物、重金屬和二惡英的排放。結(jié)果可以應(yīng)用于項目的實際應(yīng)用。1實驗部分1.1污泥焚燒系統(tǒng)污泥干燥系統(tǒng)如圖1所示,污泥干燥系統(tǒng)由槳葉式污泥干燥機、導(dǎo)熱油爐、油泵、電機和電控柜組成,槳葉式干燥機干燥面積2m2,傳熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油,導(dǎo)熱油采用電阻絲加熱,傳熱機構(gòu)由一對空心熱軸組成,濕污泥由進料口進入干燥機,空心熱軸通過電機帶動攪拌污泥,導(dǎo)熱油通過空心熱軸將熱量傳遞給濕污泥.污泥焚燒系統(tǒng)如圖2所示,污泥焚燒系統(tǒng)由流化床焚燒爐、螺旋給料機、冷卻水裝置、空氣壓縮機、空氣預(yù)熱器和溫控柜等組成,爐膛分段加熱.污泥由不銹鋼螺旋給料機給入爐膛,螺旋臂加設(shè)冷卻循環(huán)水套以防止干污泥在行進過程中受熱,爐膛內(nèi)徑60mm,焚燒爐高1000mm,污泥在距離布風(fēng)板350mm處給入爐膛.一次風(fēng)通過空氣預(yù)熱器預(yù)熱后通入爐膛,二次風(fēng)通過二次風(fēng)口從爐膛切面進入爐膛.1.2污水處理設(shè)備造紙污泥和紙渣樣均來源于浙江某大型造紙廠.造紙污泥由該廠配備的污水處理設(shè)備產(chǎn)生;紙渣為殘余紙屑,并含有少量PVC塑料,紙渣呈蓬松狀,質(zhì)地輕,體積大.造紙污泥、紙渣及其摻燒的無煙煤的工業(yè)分析和元素分析見表1.1.3污泥焚燒實驗污泥干燥實驗共設(shè)置了5種工況,即不同的電機轉(zhuǎn)速和干燥溫度,通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和電阻絲加熱功率來控制,原生污泥連續(xù)不斷地從進料口給入干燥機,同時收集污泥干燥過程中排放的水蒸氣.污泥焚燒實驗共設(shè)置了2種工況.工況1將干燥后含水率為40%的造紙污泥、紙渣和煤混合燃燒,三者質(zhì)量比例為3∶2∶5,混合后熱值為13.6MJ/kg;作為對比,工況2中污泥和紙渣的比例不變,但不混煤燃燒.將混合后的物料連續(xù)給入流化床焚燒爐,爐內(nèi)懸浮區(qū)和密相區(qū)的溫度控制在900℃,流化床的流化風(fēng)速為3m3/h.在線檢測焚燒過程中污染物的排放,同時采用美國EPA的焚燒煙氣中二惡英的采樣標準采集煙氣及飛灰中的二惡英,采集裝置如圖3所示.2結(jié)果與討論2.1干燥試驗的結(jié)果與討論2.1.1n時主要污染物的排放污泥中含有大量有機物,且在低溫下易分解.Vesilind等人研究了城市污水污泥在不同溫度下干燥后熱值的變化,在干燥溫度為200℃的時候,污泥高位熱值降為未干燥時的一半;當(dāng)干燥溫度為400℃時,經(jīng)干燥后的污泥熱值幾乎為零.為了研究污泥干燥過程揮發(fā)性氣體的排放,采用基于傅里葉紅外原理的在線煙氣分析儀Gasmet-DX4000對干燥過程中氣體的排放進行在線檢測.圖4為油溫180℃時,不同轉(zhuǎn)速下的污染物排放;圖5為轉(zhuǎn)速1.2r/min時,不同溫度下的污染物排放.由圖可知造紙污泥在干燥過程中將會排放甲烷、乙烷、丙烷、己烷、環(huán)己烷、苯、丙酸和乙酸等易揮發(fā)有機氣體.其中甲烷,乙烷和丙烷,在常溫下為氣態(tài),說明是由更高一級的有機物分解而得;而己烷,環(huán)己烷和苯在常溫下為液態(tài),因此這三種有機物可能存在于原生污泥或者由更高一級的有機物分解而得;丙酸和乙酸等脂肪酸則由污泥中的糖類、蛋白質(zhì)或脂肪水解而得.有機氣體的排放以烷烴和脂肪酸為主,各種有機氣體排放濃度隨著導(dǎo)熱油溫度升高而升高.由圖5可知,當(dāng)導(dǎo)熱油溫從160℃升至200℃,烷烴類有機氣體的總排放質(zhì)量濃度由71.4mg/m3升至333.5mg/m3,脂肪酸總排放質(zhì)量濃度由69.8mg/m3升至148.9mg/m3,而熱軸轉(zhuǎn)速對有機氣體排放質(zhì)量濃度的影響則沒有明顯規(guī)律.造紙污泥干燥過程還會釋放大量的無機污染氣體,如圖6和圖7所示,(圖中污染物質(zhì)量濃度均折算為氧體積分數(shù)為11%的干煙氣)實驗過程可以檢測到NH3、HCl、HCN等三種無機污染物,其中主要以NH3和HCN兩種含氮污染物的排放為主,HCl的排放濃度則較低.無機污染物排放濃度也隨著導(dǎo)熱油溫的升高而升高,當(dāng)導(dǎo)熱油溫從160℃升至200℃,NH3質(zhì)量濃度由8.3mg/m3升至26mg/m3,HCN質(zhì)量濃度由35.6mg/m3升至92mg/m3;HCN排放濃度隨著熱軸轉(zhuǎn)速提高有所降低,但HCl和NH3的變化趨勢沒有明顯的規(guī)律.污泥低溫干燥過程無機污染物的排放機理目前尚不清楚,將在后續(xù)的工作中進一步深入研究.2.1.2水溶液中cod值的測定造紙污泥干燥過程將排放大量的水蒸氣,在160℃導(dǎo)熱油溫下排放的水蒸氣的體積分數(shù)為30%.當(dāng)導(dǎo)熱油溫升高至200℃后,水蒸氣體積分數(shù)也隨著升高,達到38.9%.采用5B-3型COD快速測定儀檢測水蒸氣冷凝液的COD值,結(jié)果如圖8所示,隨著導(dǎo)熱油溫升高,水蒸氣COD排放值增大,在180℃時,COD值為113.6mg/L,這個值略低于三級廢水排放標準(120mg/L);而200℃時的COD值為142.2mg/L,需經(jīng)過處理方可排放.2.2關(guān)于污泥燃燒試驗的結(jié)果和討論2.2.1審計廢水中co、nox、hcn和ch4的排放濃度采用Gasmet-DX4000在線煙氣分析儀連續(xù)檢測污泥焚燒后煙氣中各種污染物的排放,排放濃度均值如表2所示.圖9和圖10為CO的質(zhì)量濃度波動圖,再現(xiàn)了造紙污泥和紙渣在流化床內(nèi)焚燒時工況的穩(wěn)定性(圖中結(jié)果都折算至氧體積分數(shù)為11%的干煙氣條件).由圖9可知,造紙污泥和紙渣混燒時燃燒工況不大穩(wěn)定,CO質(zhì)量濃度波動較大,最高時可達2000mg/m3,最低時則幾乎為零.這是由于造紙污泥和紙渣是兩種性質(zhì)截然不同的燃料,干燥后的造紙污泥呈顆粒狀,而紙渣主要為一些條狀紙屑,和造紙污泥相比體積大而質(zhì)地輕,因此在相同的流化風(fēng)速下,紙渣在爐內(nèi)的停留時間和造紙污泥相比要短,導(dǎo)致一些紙渣未能燃燒完全即被排出.摻入煤后,燃燒工況有了顯著改善,CO濃度的波動范圍顯著降低,而且煙氣中CO、SO2、NOx、HCN和CH4的排放濃度都有所下降.這不僅是由于摻煤后燃料熱值增加,優(yōu)化了物料在爐內(nèi)的燃燒,而且由于較高的摻煤比例使得物料分布更加均勻,減少了由于進料不均勻造成的波動.摻煤后CO、NOx和HCl的排放濃度均能達到GB18485—2001《生活垃圾焚燒污染物控制標準》中規(guī)定的污染物排放要求.2.2.2焚燒溫度對二惡英排放的影響實驗對比了造紙污泥和紙渣混煤焚燒前后二惡英的排放濃度對比,采用日本JEOL高分辨色質(zhì)聯(lián)機(HRGC/HRMS)分析造紙污泥焚燒過程中排放的二惡英濃度,焚燒排放的二惡英分布特性如圖11所示.混煤焚燒前后二惡英的排放質(zhì)量濃度分別為0.144ngI-TEQ/m3和0.04ngI?TEQ/m3.Ι-ΤEQ/m3.由此可見,混煤焚燒對二惡英減排的效果也是顯而易見的.這一方面是由于摻煤后,燃料中紙渣、PVC等易于生成二惡英的燃料的比例下降,但更主要的是因為混煤后,CO和CH4等不完全燃燒產(chǎn)物降低,燃燒效率提高.CO的濃度水平和二惡英的產(chǎn)生有著一定的相關(guān)性,因此,如果能夠很好地組織燃料在焚燒爐內(nèi)的焚燒,提高燃燒效率,則可以顯著減少二惡英的排放.由圖11可知,摻煤沒有明顯改變17種2,3,7,8-代二惡英同系物的分布.摻煤只是從總量上降低了二惡英的排放值.兩個焚燒工況下的二惡英排放濃度均遠低于國標規(guī)定的1ngI-TEQ/m3的排放濃度值.2.2.3干污泥和廢水渣燒飛灰實驗按照GB5086.2—1997固體廢物毒性浸出方法測試了污泥焚燒過程中排放的飛灰的重金屬浸出濃度值.1號樣品為干污泥和廢紙渣混合焚燒飛灰;2號樣品為干污泥、廢紙渣和煤混合焚燒飛灰,如表3所示.造紙污泥焚燒的飛灰由于富集了大量的重金屬,需要進行妥善處理以防止二次污染,本實驗將造紙污泥和紙渣焚燒排放的飛灰進行了重金屬浸出液濃度的檢測,同時將檢測的濃度和國標進行了比較,結(jié)果表明各種重金屬的排放濃度均遠低于國家規(guī)定的危險廢物浸出液最高允許濃度值.3排放廢水效果(1)造紙污泥低溫干燥過程會排放大量的甲烷、乙烷、丙烷、己烷、環(huán)己烷、苯、丙酸和乙酸等易揮發(fā)有機氣體和NH3、HCl、HCN等無機污染物質(zhì).有機氣體以烷烴和脂肪酸為主,無機污染物質(zhì)的排放以NH3和HCN等含氮污染物排放為主.當(dāng)導(dǎo)熱油溫從160℃升高至200℃,烷烴類有機氣體的總排放質(zhì)量濃度則由71.4mg/m3升至333.5mg/m3,脂肪酸排放質(zhì)量濃度由69.8mg/m3升至148.9mg/m3,NH3質(zhì)量濃度由8.3mg/m3升至26mg/m3,HCN由35.6mg/m3升至92mg/m3.熱軸轉(zhuǎn)速對各種物質(zhì)的沒有一致的影響趨勢.(2)水蒸氣冷凝液的COD值隨干燥溫度的升高而增大,由160℃時的90.8mg/