好文推薦 | 生活垃圾焚燒爐應(yīng)急處置醫(yī)療廢物對(duì)爐渣和煙氣排放影響研究

王荔, 鐘日鋼, 陳德珍, 等. 生活垃圾焚燒爐應(yīng)急處置醫(yī)療廢物對(duì)爐渣和煙氣排放影響研究[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程, 2021, 29(6): 1-7.

WANG L, ZHONG R G, CHEN D Z, et al. Study on the effect of emergency disposal of medical wastes in MSW on bottom ash and flue gas emissions[J]. Environmental Sanitation Engineering, 2021, 29(6): 1-7.

• 醫(yī)療廢物和生活垃圾的組成分析

    本研究在深圳某垃圾焚燒發(fā)電廠進(jìn)行試驗(yàn)，該焚燒廠采用深能環(huán)?！猄EGHERS往復(fù)爐排爐，單臺(tái)容量225 t/d，共2臺(tái)。余熱鍋爐額定蒸發(fā)量為18 t/h，額定蒸汽參數(shù)4.0 MPa/400 ℃, 配備1臺(tái)6.5 MW汽輪發(fā)電機(jī)組。煙氣凈化處理工藝采用SNCR+半干式反應(yīng)塔+干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵系統(tǒng)+SCR脫硝工藝, 滿足比歐盟標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格的深圳地方標(biāo)準(zhǔn)SZDB/Z 233—2017深圳市生活垃圾處理設(shè)施運(yùn)營規(guī)范。摻燒試驗(yàn)在其中2#爐上進(jìn)行。

• 摻燒試驗(yàn)

    參考疫情期間生活垃圾焚燒處理的有關(guān)報(bào)道，醫(yī)療廢物摻燒時(shí)直送焚燒廠并通過專用進(jìn)料門卸料，卸料后在垃圾池的一個(gè)固定區(qū)域，根據(jù)設(shè)定的比例取相應(yīng)量的生活垃圾，用稱量抓斗將醫(yī)療廢物和生活垃圾充分?jǐn)嚢杌旌?，此時(shí)醫(yī)療廢物仍未破袋，然后投入垃圾焚燒爐的料斗，通過本方式保證試驗(yàn)期間摻燒比例為設(shè)定值。試驗(yàn)在焚燒爐額定條件下進(jìn)行，設(shè)置3個(gè)醫(yī)療廢物摻燒比例，即醫(yī)療廢物占生活垃圾的2%、3%和4%（wt），每個(gè)試驗(yàn)工況持續(xù)至少2 d，保證所取的底渣樣是該應(yīng)急處置工況的渣樣。在試驗(yàn)期間保證鍋爐出力不變，因而爐子的熱負(fù)荷也基本不變, 根據(jù)生活垃圾測(cè)試的熱值和兩種垃圾的進(jìn)料量，可計(jì)算出醫(yī)療垃圾的熱值。

• 樣品采集與分析方法

    為保證所取渣樣是焚燒醫(yī)療廢物摻燒后的渣樣，爐渣的取樣在混合垃圾入爐4 h之后再在出渣機(jī)上取樣，取樣按照CJ/T 531—2018生活垃圾焚燒灰渣取樣制樣與檢測(cè)進(jìn)行。每個(gè)摻燒比例所取爐渣樣品為8個(gè)，運(yùn)行中間隔4 h取樣，4個(gè)比例（含0比例）共32個(gè)爐渣樣品。隨后爐渣樣品按照HJ/T 299—2007固體廢物 浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法進(jìn)行毒性浸出測(cè)試。爐渣熱灼減率測(cè)定按照HJ 1024—2019固體廢物 熱灼減率的測(cè)定 重量法進(jìn)行。煙氣排放數(shù)據(jù)逐時(shí)記錄，取小時(shí)平均值。利用單因素方差分析（one-way ANOVA）即F檢驗(yàn)，分析醫(yī)廢摻燒量對(duì)爐渣重金屬浸出濃度是否有顯著性影響，關(guān)注多重比較表中顯著性水平P，P≤0.01表示具有極顯著性差異，P在0.01~0.05表示數(shù)據(jù)具有顯著性差異，P≥0.05表示數(shù)據(jù)之間沒有顯著差異。煙氣排放的數(shù)據(jù)為試驗(yàn)時(shí)段排放的平均值，同樣進(jìn)行顯著性分析。

• 對(duì)焚燒底渣熱灼減率的影響

    表3給出了不同醫(yī)療廢物摻燒比例的爐渣平均熱灼減率。

    如表3所示，日常焚燒生活垃圾爐渣平均熱灼減率為2.56%，而摻燒醫(yī)療廢物的爐渣范圍是2.18%~2.43%，較原爐渣略有下降，這是因?yàn)獒t(yī)療廢物熱值較高，可促進(jìn)爐渣中的碳燃盡。

• 摻燒對(duì)爐渣重金屬浸出特性的影響

    圖3（a）表示了不同比例摻雜醫(yī)療廢物爐渣含量較多的重金屬浸出情況，可見醫(yī)療廢物的摻入對(duì)Cu和Ba的浸出影響較為明顯，隨著醫(yī)療廢物摻入比例的增加，Cu的浸出量明顯降低，從1.6 mg/L降低到0.33 mg/L。Ba浸出量降低的趨勢(shì)更加明顯，從12.82 mg/L降低到0.64~0.89 mg/L，這是由于生活垃圾成分復(fù)雜，分類不夠徹底時(shí)，部分灰土、玻璃、磚瓦陶瓷、金屬類垃圾等成分會(huì)嚴(yán)重影響爐渣中的Ba元素含量，但是醫(yī)療廢物中并不存在這些組分，因此Ba的浸出濃度降低明顯。摻燒醫(yī)療廢物后爐渣中Zn的含量與原爐渣比也有所降低，但不同醫(yī)廢摻燒比例下的Zn含量變化不大，在0.1~0.2 mg/L范圍波動(dòng)。Long等研究了中國城市垃圾中重金屬的分布，指出廚余、灰渣、塑料以及紙張占垃圾總量的55.1%~99.5%，并且這幾種垃圾組分中的Cu及Zn含量分別占垃圾總量的 76.3%和 82.3%。醫(yī)療廢物這些組分相對(duì)較少，所以Cu和Zn的含量略有降低。摻入醫(yī)療廢物混燒后，其他重金屬浸出濃度相對(duì)較少，并無明顯變化。爐渣中含量較多的重金屬，含量高低依次為：Ba＞Zn＞Cu。但是其浸出濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GB 5085.3—2007危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別的限值。

    圖3（b） 顯示了爐渣中浸出濃度較少的6種重金屬，未檢出的重金屬含量在統(tǒng)計(jì)時(shí)按檢出限的 1/2進(jìn)行處理，除了Cr⁶⁺之外，生活垃圾摻入醫(yī)療廢物摻燒后爐渣重金屬含量少且變化基本不大，部分尚未達(dá)到檢出限。根據(jù)醫(yī)療廢物焚燒處理的要求，一般將醫(yī)療廢物分為含氯塑料、非含氯塑料、橡膠、織物、紙類、棉竹、玻璃、金屬及其他９類。塑料可以使醫(yī)療廢物具有較高的熱值，便于焚燒爐的焚燒處理。醫(yī)療廢物摻入比例較少時(shí)Cr⁶⁺含量基本不變，隨著醫(yī)療廢物摻入比例的增加，Cr⁶⁺的浸出濃度有所提高，這一方面是因?yàn)?span style="outline: 0px;font-family: 微軟雅黑, sans-serif;">Cr⁶⁺可能由醫(yī)療廢物帶入，另一方面醫(yī)療廢物的高熱值有利于促進(jìn)焚燒完全進(jìn)行，同時(shí)醫(yī)療廢物摻燒量對(duì)焚燒爐運(yùn)行工況的影響小節(jié)中所述的通風(fēng)量上升引起氧化性氣氛加強(qiáng)，在氧氣供應(yīng)充足的條件下促進(jìn)了Cr的氧化，爐渣中Cr⁶⁺濃度可能有所增加。

    生活垃圾焚燒爐渣中重金屬的含量波動(dòng)很大，關(guān)于醫(yī)療廢物單獨(dú)焚燒爐渣中重金屬的零星研究顯示，醫(yī)療廢物焚燒爐渣的重金屬含量在垃圾焚燒底渣的含量范圍之內(nèi)。圖3和表4顯示醫(yī)療廢物摻燒后爐渣的重金屬浸出濃度處于其他焚燒廠僅焚燒生活垃圾獲得的爐渣重金屬浸出濃度范圍內(nèi)。顯著性分析表明：不同比例的醫(yī)療廢物摻燒后主要對(duì)于生活垃圾焚燒爐渣中重金屬Cu、Zn、Pb、Ba、Cr⁶⁺和As的浸出濃度有影響，對(duì)于其他重金屬的浸出并無明顯影響；而且除Cr⁶⁺外其他重金屬浸出濃度反而下降。對(duì)于Cr⁶⁺，摻燒比為2%時(shí)與未摻燒無顯著性差異，摻燒比增加到3%和4%時(shí)，Cr⁶⁺的浸出濃度雖然上升，但是也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于限值5 mg/L。故摻燒醫(yī)療廢物對(duì)生活垃圾焚燒爐渣重金屬浸出特性總體上沒有顯著的影響。

    爐渣主要用于建筑材料，摻燒4%及以下的醫(yī)療廢物，從重金屬的浸出來看基本上不影響其用途。因此巴塞爾公約也推薦醫(yī)療廢物可在生活垃圾焚燒爐中應(yīng)急處置。

• 摻燒對(duì)煙氣污染物排放的影響

• CO的變化

    不同醫(yī)療廢物摻燒比例下CO排放情況見圖4。

    由圖4可以看出，生活垃圾日常運(yùn)行熱處理焚燒煙氣中CO本身含量較低，平均為1.72 mg/m³，遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)的限值。摻燒醫(yī)療廢物后煙氣中CO含量顯著升高，當(dāng)摻燒比例為3%時(shí)，CO平均含量達(dá)13.78 mg/m³，是日常運(yùn)行工況下的8倍，但是仍然遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，其上偏差雖然有7.33 mg/m³，但是仍低于排放限值。2%和4%的摻燒比例下，煙氣中CO的含量增加，分別是日常運(yùn)行條件下的3.8倍和2.2倍，但是明顯低于摻燒比例為3%的工況。顯著性分析發(fā)現(xiàn)P＜0.05，說明摻燒醫(yī)療廢物對(duì)焚燒煙氣中CO含量有明顯影響，且呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。這是因?yàn)獒t(yī)療廢物的熱值偏高，即使在供風(fēng)相應(yīng)地調(diào)整前提下，可能會(huì)因?yàn)榫植繜嶝?fù)荷高、在高溫區(qū)停留時(shí)間縮短而引起CO升高。

•  HCl和SO₂的變化 

    醫(yī)療廢物的Cl典型含量為1.1%~2.1%，而生活垃圾在0.2%~0.8%的水平。但是表2中數(shù)據(jù)顯示醫(yī)療廢物的Cl含量雖然偏高，但是未達(dá)到上述水平，這可能與醫(yī)療廢物的來源及取樣有關(guān)。由圖5可以看出，日常運(yùn)行焚燒煙氣中HCl平均含量為3.32 mg/m³，在生活垃圾中摻燒醫(yī)療廢物后煙氣中HCl含量略有降低，這可能是因?yàn)檫M(jìn)料波動(dòng)引起的。在2%摻燒比例下煙氣中HCl含量變化不大，僅為3.30 mg/m³，基本與日常運(yùn)行條件下的含量持平，但是石灰投加量有所增加，如圖6所示。摻燒比例為3%和4%時(shí)，HCl濃度反而降低明顯，對(duì)應(yīng)地石灰的消耗量也有所降低，這可能與生活垃圾的組分波動(dòng)有關(guān)，因?yàn)閾綗囼?yàn)時(shí)間長達(dá)8 d，生活垃圾組分和醫(yī)療廢物組分均可能出現(xiàn)變化，也說明垃圾組分本身的波動(dòng)可能掩蓋小比例的醫(yī)療廢物摻燒的影響。

    圖5顯示，日常運(yùn)行生活垃圾焚燒煙氣中SO₂濃度本身有所波動(dòng)，但是水平很低，平均含量為5.27 mg/m³，遠(yuǎn)低于排放限值。摻燒醫(yī)療廢物后，與HCl相比，盡管變化規(guī)律不完全一致，但是也呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，作為酸性氣體，其變化原因與HCl類似。

• NO_x的變化

撰稿：原文作者

責(zé)任編輯：王雅楠

王荔 | Wang Li

深圳能源環(huán)保股份有限公司，工程師

2017年獲得香港理工大學(xué)環(huán)境管理及工程學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，研究粗甘油發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的可行性。2018年前往美國得州農(nóng)工大學(xué)Artie McFerrin Departmentof Chemical Engineering訪學(xué)，以大氣污染擴(kuò)散模型為研究方向。目前為深圳能源環(huán)保股份有限公司研究院煙氣工程師，主要從事煙氣凈化設(shè)備成套技術(shù)、生活垃圾焚燒爐協(xié)同處理多種固廢的研究工作。