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水泥窯處置污泥烘干廢氣的污染與防治

文檔作者：張輝蘇達(dá)根		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月13日
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與研究
水泥窯處置污烘廢氣的污染與防治
張輝蘇達(dá)根
摘要:采用 HAPSITE便攜式氣相色譜/質(zhì)譜儀鹽酸乙二胺分光光度法等檢測廢氣成分,研究了水泥窯
處置城市污水污泥烘干過程中廢氣的污染與防治。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,含水量較高的城市污水污泥烘干時(shí)會(huì)
產(chǎn)生惡臭氣味的尾氣,其成分包括NH3、H2S和芳香族化合物、鹵代烴等,直接排放會(huì)污染環(huán)境。以新鮮熱
風(fēng)烘干污水污泥后的廢氣與煤粉在950℃燃燒,僅可分解廢氣中多種有害組分,而且還可降低廢氣NOx
濃度。利用窯尾廢氣直接烘干污泥的技術(shù)方案值得商榷,建議采用回收水泥回轉(zhuǎn)窯筒體冷卻熱風(fēng)或熟料
冷卻機(jī)熱風(fēng)烘干污水污泥,其廢氣再進(jìn)入水泥窯燃燒的技術(shù)方案。
關(guān)鍵詞:城市污水污泥;水泥;NOx;廢氣;防治
中圖分類號(hào):TQ172.622.29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001-6171(2011)06-0033-03
 Contamination and Prevention of Drying Waste Gas during Processing Sludge in the Cement Kiln
 ZHANG Ling-hui 2, SU Da-gen'
 (1 School of Materials Seience and Engineering South China University of Technology, Guangzhou 510640.
 Guangdong: 2 Jiaying University, Meizhou 514015, Guangdong)
 Abstract: Contamination and prevention of drying waste gas during processing municipal sewage sludge in the
 cement kiln were investigated, utilizing HAPSITE portable gas chromatograph/mass spectrometer and N(1-naph-
 ty)-ethylene diamine dihydrochloride spectrophotometrie method to measure the waste gas composition. The re-
 sults show that, offensive odor off-gases are produced from the municipal sewage sludge with a high moisture
 ntent during the drying process, the composition of which includes ammonia, hydrogen sulfide, aromatic com-
 pounds, halohydrocarbon and so on and the direct emission of which contaminates the environment. The waste
 gas, from sewage sludge drying using the fresh hot air, can combust with pulverized coal at 950C, which not only
 leads to the decomposition of several harmful components in the waste gas but also reduces the NOx concen
 tra-
 tion. The approach to direetly dry the sludge with kiln back-end waste gas is questionable. It is suggested that
 the hot gas from cement rotary kiln shell cooling or the clinker cooler is recovered and used to dry sewage sludge,
 following which the waste gas enters the kiln for combustion.
 Key words: Municipal sewage sludge; Cement kiln; NOx; Waste gas: Prevention
利用水泥窯處理城市污水污泥窯處置城市污水污泥烘干過程中有脫水污泥,熱值11.14kJ/g,氮含量
有很多優(yōu)勢,但也存在著一些問題。害氣體的污染與防治。
4.08%,硫含量1.03%,含水率52.5%。
城市污水污泥經(jīng)過壓濾后還含有相1實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.2實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備
當(dāng)?shù)乃?一般需要烘干才能被進(jìn)一1.1實(shí)驗(yàn)材料
煤粉及其混合物的煅燒實(shí)驗(yàn)在
步利用,在此過程中排放的廢氣常帶
(1)煤粉:廣東某水泥廠生產(chǎn)用快速升溫管式電爐SJG-16中進(jìn)行,
有惡臭,不但污染周圍環(huán)境,影響附煙煤粉,熱值26.33k/g,氮含量采用硅碳棒作為加熱元件。
近居民的日常生產(chǎn)生活,還會(huì)給人體0.89%,硫含量0.75%。
廢氣成分的測定:
健康造成危害。為此,本文研究水泥(2)泥:廣州市某污水處理廠(1)用 HAPSITE便攜式氣相色
通訊地址:1廣東省廣州市天河區(qū)五臺(tái)路華南理工大學(xué)材料學(xué)院,廣東廣州S10640:2廣東省梅州市梅松路嘉應(yīng)學(xué)院,廣東梅州514015
收稿日期:2011-09-05編輯:呂光
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基全項(xiàng)目資助(20877027)
2011/6水泥技術(shù)
33
反
表1污泥干燥尾氣成分分析
0.2mg/m3
成分
分子量
化合物濃度,mgm
采用 HAPSITE便攜式氣相色譜/
2-丁烯
56.11
0.2050
質(zhì)譜儀,由儀器自帶標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫對比
1-丁烯
56.11
0.2050
分析廢氣其他成分。結(jié)果見表1。
丙酮
58.08
0.4149
由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,90℃
乙烯基甲醚
58.08
1.2679
烘干污泥的尾氣中,氨的濃度為
二氧化硫
64
0.1042
4.9mg/m3,遠(yuǎn)高于其他成分,另外含
乙硫醇
62.13
0.0594
有硫化氫及多種有機(jī)成分組分:包括
二氯甲烷
84.93
0.0621
芳香族化合物,如苯、甲苯、乙苯等;
二硫化碳
76.14
0.0433
鹵代烴,如二氯甲烷、二氯乙烷、5-氟
二甲基甲酰胺
7
0.0295
丁酮
溴苯、四氯甲烷等;含硫化合物,如乙
72.1
0.0313
丙烯亞胺
57.09
0.0190
硫醇、硫醚類等;含氧有機(jī)物,如醇、
正己烷
86.18
0.0251
酯等;其他烴類,如烯烴、正已烷等。
氯仿
119.38
0.0361
其中,烷烴、烯烴、芳香烴和鹵代烴所
1,3,5-三(三氟甲基)苯
282.1
0.1817
占的比重較大,且鏈狀烷烴占80%以
二氯乙烷
98.96
0.0581
上。
苯
78.11
0.0286
污泥干燥尾氣中的物質(zhì)主要來
四氯甲烷
153.82
0.0576
自于污水處理過程中大分子有機(jī)物
四氟化硅
104.08
0.0295
的分解產(chǎn)物和溶解在水中的化合物
庚烷
100.21
0.0231
它們通過沉淀、吸附或被微生物吸收
甲基環(huán)己烷
89.19
0.0242
的方式轉(zhuǎn)移到污泥中。干燥時(shí)隨著
甲苯
92.14
0.0715
溫度的升高,首先是隨水分蒸發(fā)釋放
乙酸丁酯
116.16
0.0417
出沸點(diǎn)低、易揮發(fā)物質(zhì),隨著溫度繼
5-氟溴苯
246.96
0.4538
續(xù)增加,污泥中極不穩(wěn)定化合物分
乙烯基乙醚
72.11
0.0445
解,并釋放出揮發(fā)性物質(zhì),另外由于
乙苯
106.17
0.0607
對二甲苯
污泥受熱不均勻,造成局部干燥過度
106.17
0.0505
a-二氯丙醇
128.99
0.0566
而產(chǎn)生物質(zhì),這部分物質(zhì)的成分十分
苯乙烯
104.15
復(fù)雜,與受熱條件有關(guān)
0.0405
異丙苯
20.19
0.0418
在污水處理時(shí),污水中大量含氮
三甲苯
120.1938
0.0354
化合物被轉(zhuǎn)移到污泥中,經(jīng)過厭氧消
檸檬烯
136.24
0.0541
化處理穩(wěn)定污泥后,其中的硝酸鹽
氮、亞硝酸鹽氮被還原為氮?dú)?而大
譜/質(zhì)譜儀測定鏈狀烷烴、環(huán)烷烴、芳法(國家環(huán)境保護(hù)總局《空氣和廢氣部分可經(jīng)生物降解的氮轉(zhuǎn)化為氨
香烴醇類、苯酚類、醛、脂肪酮、苯胺監(jiān)測分析方法》編委會(huì),2003)測定硫同時(shí)隨著污泥降解過程的進(jìn)行,由碳
類、腈類、酯類和含氮雜環(huán)化合物等化氫。
水化合物分解生成的二氧化碳等酸
有機(jī)物;
2結(jié)果與討論
性物質(zhì)將溶于水中的氨大量轉(zhuǎn)化為
(2)參照GB896988《空氣質(zhì)2.1污泥干燥尾氣的成分分析
碳酸氫銨等不揮發(fā)的銨離子。但碳
量氮氧化物的測定鹽酸乙二胺比
將城市生活污水脫水污泥置于酸氫銨的熱穩(wěn)定性極差,35℃以上即
色法》,采用鹽酸萘乙二胺分光光度真空烘箱內(nèi)加熱至90℃保溫1h,用可發(fā)生分解,所以在污泥干燥過程中
法測定氮氧化物;
采樣器將干燥尾氣收集后測定其成碳酸氫銨幾乎全部被分解釋放出氨,
(3)參照GB/T1466893《空分
這是尾氣中氨氣的重要來源21。另
氣質(zhì)量氨的測定納氏試劑比色法》
分析兩種典型惡臭成分NH3和外,溶解在水中未反應(yīng)的氨會(huì)隨水分
采用納氏試劑分光光度法測定NH3;H2S結(jié)果表明,以納氏試劑分光光度揮發(fā)而釋放出一部分氨。
(4)采用《空氣和廢氣監(jiān)測分析法測得氨濃度為4.9mg/m3;以亞甲基
硫化氫的產(chǎn)生過程與氨相似,污
方法(第四版)》中亞甲基藍(lán)分光光度藍(lán)分光光度法測得硫化氫濃度為泥厭氧分解時(shí),大部分有機(jī)硫或硫氧
34
 CEMENT TECHNOLOGY 6/2011
設(shè)計(jì)與研究
化物等含硫物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為硫化氫,但明顯降低,即大部分NH3已參與了熱風(fēng)等來烘干城市污水污泥,烘干后
硫化氫在水中的溶解度很低,因此污NOx的還原反應(yīng),盡管也會(huì)有少部分廢氣再進(jìn)入水泥窯燃燒的技術(shù)方
泥中游離硫化氫很少,而是與金屬離與O2發(fā)生氧化反應(yīng)生成NO,但總體案。此類氧氣濃度較高的烘干廢氣
子形成硫化物固定在污泥中。在干效果是使NOx降低。
再進(jìn)入水泥窯燃燒,既有利于處理有
燥時(shí)污泥分解產(chǎn)生有機(jī)酸,使硫化物新井紀(jì)男等的研究表明5.6,NH3害氣體,還能降低水泥窯氮氧化物濃
轉(zhuǎn)化為硫化氫,并釋放到尾氣中341不直接與NO發(fā)生還原反應(yīng),需通過度。
有的水泥企業(yè)利用窯尾廢氣直基元反應(yīng)生成NH,再由NH2、NH與3結(jié)論
接烘干城市污水污泥,其烘干尾氣含NO作用生成N2。還原反應(yīng)過程中(1)城市污水污泥含水量較高需
有氨、硫化氫、鏈狀烷烴、芳香烴、含NH2是重要的中間物質(zhì),自由基·OH要烘干烘干過程會(huì)產(chǎn)生有惡臭氣味
氮雜環(huán)化合物等有害成分,會(huì)產(chǎn)生令則起著重要作用。而自由基·OH的的廢尾氣,其成分包括NH3、H2S等無
人厭惡的臭雞蛋氣味,直接排放會(huì)污來源,最主要是通過NH2與NO反應(yīng)機(jī)污染物質(zhì)和芳香族化合物、鹵代
染環(huán)境,危害人體健康。如果對廢氣生成NH的鏈循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生,同時(shí),烴、正己烷等易揮發(fā)有機(jī)物。其中含
另作凈化處理,其運(yùn)行成本也相當(dāng)從自由基水平來看消耗一個(gè)NH2可較高濃度的NH3,且含H2S及烷烴、烯
高。
獲得4個(gè)·OH自由基,從而有足夠的烴、芳香烴和鹵代烴等,直接排放會(huì)
2.2新鮮熱風(fēng)烘干污泥廢氣與煤燃OH提供給NH3產(chǎn)生NH2進(jìn)行NH2+污染環(huán)境
燒廢氣研究
NO生成N2的鏈終止反應(yīng)和NH2+NO(2)以新鮮熱空氣烘干城市污水
以90℃新鮮熱風(fēng)烘干城市污水生成NNH的鏈循環(huán)反應(yīng),并且反應(yīng)污泥,其排放的廢氣在950℃燃燒,不
污泥,并將干燥尾氣與空氣混摻后作也使更多的NO消耗。
僅能夠分解芳香族化合物、鹵代烴
為煤粉燃燒的載氣輸送至管式電爐
在燃燒過程中,尾氣中的硫化氫等消除廢氣中的臭雞蛋味,而且還
內(nèi),煤粉在950℃燃燒,采集燃燒后的等含硫化合物被氧化,同時(shí)與煤競爭能使煙氣中NO排放濃度降低。
煙氣進(jìn)行成分分析。
空氣自由基(O、H、OH),也會(huì)使所生
(3)利用水泥窯尾廢氣直接烘干
檢測結(jié)果表明,950℃燃燒后的成的氮氧化物濃度減少。此外,由烯污泥的技術(shù)方案值得商榷,其烘干產(chǎn)
尾氣中硫化氫及有機(jī)成分的芳香族烴烷烴等碳?xì)浠衔锸軣崃ψ饔蒙膹U氣直接排放必然會(huì)污染環(huán)境,
化合物、鹵代烴等均未能檢測出來,成的大量小分子碳?xì)浠衔顲H4、另作凈化處理其成本也相當(dāng)高。建
臭雞蛋味也已消失。廢氣中NOx濃C2H2等,會(huì)造成氣氛中總的H/C值減
議采用回收水泥回轉(zhuǎn)窯體冷卻熱
度見表2
少,燃燒時(shí)與含氮基團(tuán)競爭空氣中自風(fēng)或部分熟料冷卻機(jī)熱風(fēng)等烘干城
從表2可見,無論摻入水泥生料由基,在局部燃燒區(qū)域形成貧氧區(qū),市污水污泥,烘干后的廢氣再進(jìn)入水
與否,經(jīng)混入部分城市污水污泥烘干限制含氮中間產(chǎn)物向NOx的轉(zhuǎn)化。泥窯燃燒的技術(shù)方案。
尾氣后,煤在950℃燃燒所排放煙氣
水泥窯尾廢氣的氧氣濃度相當(dāng)參考文獻(xiàn):
中NOx濃度均降低,而且原烘干尾氣低,將其烘干城市污水污泥后,再次【1]劉污泥干燥處理中典型惡臭的釋放特
中NH3濃度也明顯降低。
進(jìn)入水泥窯作高溫處理,不僅能耗點(diǎn)D]杭州浙江大學(xué)2007
煤在950℃燃燒所排放煙氣中高,而且副作用也較大。如對廢氣另2王興潤金宜英王志玉等污水污泥間壁熱
干燥實(shí)驗(yàn)研究]環(huán)境科學(xué),200728(2):12-15
NOx主要是燃料型NOx。在混入部作凈化處理,需付出相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行成本3煥新高彩霞劉等污泥硫酸鹽還原菌
分城市污水污泥烘干尾氣后,其NO代價(jià)所以采用此技術(shù)方案值得商(SRB)與硫化氫釋放環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2009
排放濃度降低是烘干尾氣中多種成榷。
(10):2094-2102
分作用的結(jié)果。干燥尾氣中的氨類、
可考慮利用水泥窯的其他熱源,[4].GOSTELOWM.s.a. PARSONSr.m.stu
含硫化合物和烯烴、烷烴等碳?xì)浠弦孕迈r熱空氣烘干污泥再通入窯內(nèi)T.Odour Measurements for Sewage Treat
物都會(huì)影響到氮氧化物的生成。原燃燒的技術(shù)方案。如利用水泥回轉(zhuǎn) ment Work Water Res
烘干廢氣中NH3濃度經(jīng)煤燃燒后已窯筒體冷卻熱風(fēng)或部分熟料冷卻機(jī)
579-597
5]新井紀(jì)男燃燒生成物的發(fā)生與抑制技術(shù)
表2焚燒后NOx和NH3濃度
M]北京科學(xué)出版社2001,12:56-89
煤g尾氣,L空氣,L生料 NOx mg/m3nhmg/m3
 [6] Tayyeb M, Javeda, Naseem Irfana,et al. Con-
0.1
0
3.5
0
420
0.65
 trol of combustion-generated nitrogen oxides by
 selective non-catalytic reductionJ). Journal of
0.
1.75
1.75
0
387
0.67
 Environmental Management. 2006.(3):1-39.
0.1
0
3.5
0.5
540
0.51
0.1
1.75
1.75
0.5
452
0.56
2011/6水泥技術(shù)
35

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