【摘要】：水泥窯協(xié)同處置固體廢物(簡稱固廢)技術(shù)既能為水泥工業(yè)提供能源或資源,又能同時(shí)處理固廢,是一項(xiàng)雙贏的技術(shù)。然而在協(xié)同處置固廢過程中會(huì)產(chǎn)生持久性有機(jī)污染物-二惡英,如何控制和減少二惡英的生成是水泥窯協(xié)同處置固廢技術(shù)得以大力推廣的關(guān)鍵問題。本文以水泥窯協(xié)同處置固廢產(chǎn)生的二惡英為研究對(duì)象,評(píng)估其對(duì)周邊環(huán)境的影響作用,針對(duì)其在水泥窯生產(chǎn)工藝流程的關(guān)鍵生成區(qū)域、主要影響因素及控制技術(shù)開展全過程研究,探索水泥窯生產(chǎn)過程中二惡英的可能生成機(jī)理以及二惡英和氯苯在整個(gè)工藝過程的質(zhì)量平衡,并提出污泥干化熱解氣(簡稱干解氣)抑制水泥窯二惡英生成的技術(shù)設(shè)想,為水泥企業(yè)開展協(xié)同處置固廢處置業(yè)務(wù)提供技術(shù)參考。本文開展了一系列試驗(yàn)研究,取得了一些具有實(shí)際指導(dǎo)價(jià)值的研究結(jié)果結(jié)論,主要包括:1)本文調(diào)研的六座國內(nèi)典型新型干法水泥窯協(xié)同處置固廢時(shí)煙氣中二惡英的排放濃度均低于0.1 ng I-TEQ/Nm3的限值。固廢協(xié)同處置量和固廢種類對(duì)水泥窯煙氣中二惡英濃度的影響較小,而水泥生產(chǎn)線規(guī)模越大越有利于減少二惡英的排放量。關(guān)聯(lián)系數(shù)分析結(jié)果表明水泥窯煙氣排放對(duì)周邊大氣和土壤中二惡英濃度的影響較小,水泥窯煙氣中二惡英并不會(huì)大量擴(kuò)散和沉降到廠區(qū)周邊大氣和土壤中。生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果表明水泥窯協(xié)同處置固廢有利于減少溫室氣體排放,同時(shí)水泥窯協(xié)同處置固廢并不會(huì)增加環(huán)境中人體毒性潛值,是一項(xiàng)對(duì)環(huán)境友好的固廢處置技術(shù);2)本文研究了水泥窯預(yù)熱器區(qū)域和燃后區(qū)域煙氣中氣固相二惡英和氯苯的全過程分布情況。結(jié)果表明,預(yù)熱器C1級(jí)(First stage of cyclone separator,簡稱C1級(jí))是水泥窯系統(tǒng)二惡英生成的主要區(qū)域,其二惡英生成的主要途徑可能是從頭合成反應(yīng)。質(zhì)量平衡計(jì)算表明二惡英和氯苯的凈排放量分別為-1268mg I-TEQ/year和-40kg/year,表明二惡英和氯苯在水泥窯中是一個(gè)減少過程。另外,水泥窯旁路系統(tǒng)開啟后回轉(zhuǎn)窯內(nèi)累積的無機(jī)氯由89kg/h下降為73kg/h,同時(shí)旁路開啟后窯尾煙氣中二惡英的排放濃度由0.037+0.035ng I-TEQ/Nm3下降為0.019±0.007ng I-TEQ/Nm3,表明旁路開啟能夠破壞窯內(nèi)氯平衡,有助于減少二惡英的生成量;3)本文探索了水泥窯窯灰回用過程中二惡英從頭合成的影響因素和可能的生成機(jī)理,同時(shí)研究了溫度和含氧量對(duì)飛灰中二惡英解析附特性的影響作用。索提窯灰加熱后二惡英的生成量為157pg I-TEQ/g,表明窯灰回用至預(yù)熱器C1級(jí)并不會(huì)大量地增加二惡英的排放水平。同時(shí),CuCl2被證實(shí)是窯灰中二惡英生成的重要催化劑和氯源。另外,窯灰受熱后殘留的二惡英總量隨著溫度的升高或者含氧量的升高而下降。對(duì)于二惡英毒性當(dāng)量的氣固相分布,氣相二惡英的比例隨著溫度的上升由300℃時(shí)的18%上升為400℃的33%,而含氧量對(duì)二惡英氣固相分布特性影響較小;4)本文研究了不同條件下產(chǎn)生的污泥干解氣對(duì)二惡英抑制效果的影響,提出了最優(yōu)的應(yīng)用工況,并且深入探究了干解氣的主要作用成分及其抑制機(jī)理,為同時(shí)實(shí)現(xiàn)水泥窯協(xié)同處置污泥和抑制二惡英生成提供了理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明,污泥種類、污泥含水量、污泥使用量和污泥干解溫度對(duì)二惡英抑制效果的影響較大,而干解氣氛對(duì)二惡英抑制效果的影響較小。污泥干解氣抑制二惡英生成的最佳工況為300℃時(shí)在模擬煙氣中干解(N+S)/Cl=1的干污泥,毒性當(dāng)量的抑制率達(dá)到了 88.9%。工業(yè)應(yīng)用時(shí),可以抽取預(yù)熱器C1級(jí)出口處煙氣到污泥干化裝置,然后將干解氣回用至預(yù)熱器C1級(jí)入口抑制該區(qū)域二惡英生成。
【圖文】：

我國水泥行業(yè)的二惡英排放總量不容忽視。逡逑水泥是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)原材料，水泥工業(yè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)密切相關(guān)，，在未來相當(dāng)長的時(shí)逡逑期內(nèi)，水泥仍將是人類社會(huì)的主要建筑材料，圖１．２所示為我國的水泥年產(chǎn)量，２０００年逡逑后水泥產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年增長崷勢(shì)，強(qiáng)有力地支撐了我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，但同時(shí)也帶了一逡逑系列的環(huán)境問題。近年來，快速推廣的水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)既有利于減小了固逡逑體廢物引起的環(huán)境負(fù)荷，又可以實(shí)現(xiàn)固體廢物的資源化利用，是一項(xiàng)雙贏的技術(shù)。但是，逡逑水泥窯協(xié)同處置固廢可能帶來新的環(huán)境污染問題，特別是需要探明二惡英的生成和排放逡逑機(jī)理，以防水泥窯協(xié)同處置固廢技術(shù)產(chǎn)生二惡英增量而阻礙我國《ＰＯＰｓ公約》的履約逡逑進(jìn)程。逡逑３０逡逑２８－逡逑２６－逡逑丨邋ｌｉｉｌｆ逡逑年份逡逑圖１．２中國水泥年產(chǎn)量（２００２－２０１５年）逡逑３逡逑

一Ｓ０２ＮＨ３污泥中Ｎ含量在３％左右，甚至更多。污泥干化過程已被證實(shí)能Ｎ等抑制二惡英生成的氣體，這意味著其干化尾氣很有可能成。嚴(yán)密等人（Ｙａｎｅｔａｌ．，邋２０１２）開展了污泥干化氣體對(duì)醫(yī)療廢棄物焚的研究，結(jié)果表明２ｇ干污泥在２００°Ｃ下釋放的干化氣體（主要濃度的抑制率為６９．５％，而ＴＥＱ濃度的抑制率為７８．８％。同時(shí)，ＭＴ煙氣分析儀分析了污泥干化尾氣的組成成分，如圖１．３所示，ＮＨ；的濃度高于３００邋ｐｐｍ，邋ＨＣＮ的濃度也將近１００邋ｐｐｍ，而１００邋地抑制二惡英生成（Ｈａｌｏｎｅｎｅｔａｌ．，１９９８），并且污泥干化過程還能Ｈ２Ｓ、８０２等，進(jìn)一步增強(qiáng)了污泥干化氣對(duì)二惡英的抑制作用。穩(wěn)定的污泥干化氣氛，就能保證高效的二惡英抑制率，具有潛在于污泥成分的復(fù)雜性，干擾因素多，造成了干化氣阻滯二惡英生定性，后續(xù)仍需要開展大量的研究，提出污泥干化氣最佳的抑制
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X701

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本文編號(hào)：2594833