美国危险废物和医疗废物处置技术概述

1、,报告人： Joe Tessitore, P.E. ( 2005年1月31日),美国危险废物和医疗废物 处置技术概述,美国危险废物产生量 ( 2001年),19,024 个产生源 产生量为40,821,481 吨 危险废物来源： 基础化工 38% 石油、煤炭产品制造 15% 废物处理处置 6% 树脂、橡胶、人造合成纤维等的生产 5% 制衣、印刷 4% 有色金属冶炼 4% 半导体及电子工业 3% 钢铁行业 3% 其他 22% 总计 100%,美国危险废物管理/处置情况( 2001年),2,479 个处置设施 处理/管理量46,144,802 吨 处理类型： 土地处置 56% 综合利用 8% 热处

2、理 8% 废水处理 18% 其他 10%,美国危险废物管理/处置情况( 2001年),土地处置 (56%) 深坑/地下填充 17.7x106 tons 填埋/地表堆积 2.10 土地处理/应用/耕种 0.07 其他处置方式 6.40 26.27 综合利用 (8%) 作为燃料填充剂 0.92x106 tons 回收金属(以再利用) 1.46 回收溶剂 0.43 其他利用方式 1.03 3.84,美国危险废物管理/处置情况( 2001年),热处理 (8%) 能量再利用 (充当燃料) 1.7x106 tons 焚烧 1.65 3.35 废水处理 (18%) 水溶液有机物处理 4.50 x106 to

3、ns 水溶液有机物处理 3.67 8.17 其他 (10%) 稳定化 1.27x106 tons 污泥处理 0.18 其他处理 2.36 贮存 0.72 4.53,美国危险废物热处理,废物类型 废物来源 处置设施,1999年焚烧废物的量（吨）,BRS工业部门焚烧设施1999年申报废物总量,美国热处理技术的主要类型,现场焚烧 水泥窑焚烧 液体燃料锅炉和过程加热器 商业焚烧设施,1999年BRS行业燃烧设施申报的废物处理量,美国危险废物热处理的市场价格（2002年，美元）,美国现场/商业焚烧炉的主要类型,回转窑焚烧技术 液体喷射焚烧技术 流化床焚烧技术,典型液体喷射焚烧炉,立燃式液体注射焚烧炉,典

4、型流化床焚烧炉,流化床焚烧炉,回转窑焚烧系统,回转窑焚烧系统,回转窑焚烧炉系统,一般特征 回转窑是现有设施中适应性最广、可靠性最强的废物焚烧系统 有二十多年的固定设施及流动设施的运行经验 能够处理液态、固态和气态废物 能够达到美国环保局控制技术最高标准,回转窑焚烧炉构造,进料系统 螺旋式进料 活塞式进料 重力式进料 初燃室 旋转耐火炉膛 燃烧系统 天然气 燃油 煤炭,回转窑焚烧炉构造（续）,二燃室 以一定的温度和停留时间保证挥发性有机化合物的分解 冷却系统或余热利用系统 降低废气温度 回收能量 空气污染控制系统 (可选) 袋式除尘加填充塔 文丘里洗涤塔加填充塔,回转窑焚烧炉的优点,能够焚烧多种

5、多样的液体和固体危险废物 能够在熔融状态焚烧废物 能够单独或联合处理液体和固体废物 能够处理桶装密封废物 可以有多种进料方式 物料能够充分的混合并与空气接触 能够连续除灰，以保障不影响燃烧 炉体内没有活动的零件,回转窑焚烧炉的优点 (续),有多种可选的尾气控制设施 对于非挥发性组分可以通过调整回转窑的转速来调整停留时间 可以接受一些没有经过处理的废物 (如,不需要预热或充分混合) 工作温度可以超过 2,500F (1,400C),这样可以使一些难于热解的有毒化合物分解 炉子的旋转速度可以调节, 使其处理量可以有50的调解幅度。,回转窑焚烧炉的缺点,缺点包括 建设安装成本高 耐火材料易坏, 尤其

6、怕震动 在充分燃烧之前空气中携带的一些粒子容易溢出炉体 球形或圆柱形废物易滚动通过窑体导致燃烧不完全 由于末端的漏气导致经常处于过氧状态下运行 热效率相对较低 (由于经常处于高度过氧状态) 在烘干含水污泥废物或者熔融一些固体废物时容易产生炉渣,典型逆流式回转窑温度示意图,典型顺流式回转窑温度示意图,回转窑设计标准,炉长/炉体直径 (L/D) = 3:1 至 5:1 炉体倾角 = 1 度（不除渣）, 3度（除渣） 炉体转速 = 0.5 至3.0 转/分 固体停留时间= 30 至 90分钟 炉体物料填充率 = 6% 至 12.5%; 一般平 均10%,回转窑设计标准（续）,回转窑固体停留时间由以下

7、公式给出： T = (1.77) (theta)0.5 (L) (factor) / (S) (D) (N) 其中: T = 固体 (飞灰) 在炉内的停留时间，分钟 Theta = 固体物质倾角, 度 (一般在 35度到 40度之间) L =炉长, 英尺 S = 炉体倾角, 度 D = 窑内直径, 英尺 N = 炉体旋转速度, 转/分 Factor = 升降或悬浮的调整因子 (通常回转窑为 1.0),回转窑设计标准（续）,固体载荷可由以下公式计算得出: %LDG = (100) (cfh) / (60) (fpm) (A) 其中: %LDG = 理论上窑内单位横截面内固体物质分布比例 cfh

8、= 固体物质通过窑体的体积流, 立方英尺/小时. fpm = 固体物质通过窑体的速率 = 炉长/停留时间, L/T. A = 窑内横截面积, ft2,许可程序,根据国家环境政策法案所要求的环境影响评估、影响报告及公众听证等要求，RCRA许可程序的第一步为燃烧设施的拥有者/运行者提交PART B 申请表。该申请表一般委托工程公司（设计/分包）根据业主提供的工作范围/设施设计要求等来完成。 PART B 申请表包含的内容很多，其中有30%左右为工程内容，一般需要45天到90天的时间来完成。 PART B 申请表必须向相应的美国环保局主管部门提供以下信息 焚烧设施的类型：RCRA，TSCA，混合型

9、识别拟建设施处理的废物种类；液体，固体和污泥的通量；设计热值（百万BTU/小时） 对焚烧炉运行和控制的深入了解 阐明焚烧炉的设计是安全的并能够满足相应的技术要求,许可程序(续),证明焚烧炉测试过程能够保证在预期操作范围中最坏的条件下准确的量度焚烧性能，能够取得获取许可所需要的工序信息； 证明操作规章、监测系统和设备能够在法规要求、特定地域许可条件下保证焚烧炉连续的运转； 提供这些信息和文件需要进行下列工程内容： 流程描述 工艺流程图, 热工、物料平衡. 工程描述 管道和仪器图表（P&IDS）, 设备清单. 理想条件下, 最好有90%的P & Ids已经完成 以便尽可能清楚传达管辖区域的信息；

10、工序监测系统描述 仪器清单以及详细编码的流程、温度、压力装置类型以及输出类型（数字，模拟），仪器量程，精确度，校准频率等。,许可程序(续),工序参数清单 气体排放监测描述 废物自动进料描述 废物性质取样及分析描述 质量保证/控制体系 编制完成后, 如果州环保局有规定，Part B申请表应当先提交州环保局；否则则直接提交联邦环保局 管理机构会经常对 Part B申请表下发 关于数据不完整的通知 (NOD), 比如描述不完整、或者机械细节不够翔实。一般NDD通知送达所有者/运营者会需要90至120天 收到 NOD后, 所有者/运营者 一般有30-60天的时间对NDD进行解释和更正并重新提交政府。这

11、个阶段也有可能第二次收到NOD. 取得许可的时间在5个月至1年之间，取决于项目材料准备的好坏。 显然, Part B的准备要尽可能的详尽、全面。在有些 NOD通知中，要求包括部件的详细信息如炉型、型号、操作范围、燃料压力、喷雾器类型、喷雾压力等。,半干法水泥窑示意图,半干法窑的物料和气体温度,Gas,Kiln Material,水泥窑处理危险废物的优点,水泥窑可以处理液体和固体废物 高的气体温度和长的停留时间可以使有机成分完全被破坏 高的固态温度和长的停留时间可以保证废物完全的减容和减重 可以进行原料控制和酸性气体中和（由于废物中有氯元素的存在而产生） 可进行能量回收，降低了处理成本,达到99

12、.99的燃烧效率所需的温度停留时间图,关于现存源的标准规定,关于新建源的标准规定,什么是感染性废物？,在美国，很多政府机构和协会试图定义“感染性废物”。多数这些定义包括如下内容： 利器 人类血液和血液产品 感染性菌种的培养基和保存液 病理性废物 废弃的药品 动物性废物 被病人或带病的动物污染的废弃物,美国医疗/感染性废物的产生源,医院 84% 个体医生 8% 兽医 2% 牙医 1% 其他 5% 100% 其他包括学校、实验室、殡仪馆、外科治疗中心、诊所、疗养院,感染性废物处理技术,焚烧 微波 高温蒸汽灭菌 化学灭菌,高温蒸汽灭菌处理系统,高温蒸汽灭菌系统,优点: 相对较低的成本 相对其它技术占

13、地小 操作简单 缺点: 不能处理病理性废物，液体含量高的废物和含有挥发性化学物质的废物 除非配备粉碎设备，否则处理后的废物仍是可识别的 存在气味问题,微波处理系统,微波处理系统,优点: 设备可以是移动的或固定的 可以实现废物的减容 处理后的废物不可识别 缺点: 不适用于病理性废物、低放射性废物和化学性废物 蒸汽的使用导致废物质量增加 难以检测处理效果,化学灭菌处理系统,化学灭菌处理系统,优点: 能够实现减容 处理后的废物不可识别 缺点: 排出的废液含氯量高 可能需要对排出的废液做专门处理 难以检测灭菌效果 不能处理病理性废物，液体含量高的废物和化学性废物,典型的固定床焚烧炉,焚烧法,优点: 处

14、理效果可以通过目视灰渣的方法检验 最大化的减容和减重 气体排放可控 所有种类的废物可以被焚烧 可以回收利用能源 缺点: 操作人员需要经过培训 操作和运行高度规范化 需要尾气污染控制系统，这将增大投资,焚烧法,实例 1: Bayfront 医疗中心,实例 2: I.E.S.,焚烧法中的能量回收,废物热量回收用来产生蒸汽 废物热量回收用来发电 废物热量回收用来产热,废物处理技术比较,不同废物处理/处置技术的优缺点,不同废物处理/处置技术的优缺点,美国关于焚烧的MACT（最大可行控制技术）标准,MACT包括设计和排放标准。 关于颗粒物，氯化氢，一氧化碳，有机物和金属的排放限值； 关于二燃室，最低运行

15、温度的隐形设计要求； 操作人员的培训和资格要求； 关于运行参数和排放物的持续监测要求； 报告和记录要求； 提供运行手册并每年更新的要求； 年度测试的要求；以及 新设备的选址要求,关于 HMIWI 的排放控制标准,HMIWI (危险，医疗，感染性废物焚烧设施) 规模: 小 - 500 lb/hr,美国国家环保局关于 HMINI的效果检测要求,在建设完成的180天内，应当按照美国国家环保局认可的方法进行初始检测，监测内容包括PM，黑度，CO，二噁英/呋喃，HCL，Pb，Cd，Hg。 黑度的年度检测 (在 12个月之内) 连续三年进行 PM, CO 和 HCl的年度检测(在 12个月之内) 。如果设

16、施连续三年的 PM, CO和 HCl检测达标，以后可以每两年检测一次。 如果有一年的 PM, CO 或 HCl检测不达标，必须重复检测直到连续三年达标为止。 在初始检测中，将会建立起使二噁英/呋喃，Pb，Cd和Hg能够达标的设备运行参数，以后这些参数将被连续监测以使这些污染物排放能够达标。,HMIWI* 运行参数监测要求,* HMIWI (危险，医疗，感染性废物焚烧设施),美国国家环保局关于焚烧设施操作人员的资格要求,操作者必须完成24小时的培训课程 操作者必须有在HMIWI任操作人员6个月以上的经验或者6个月以上任该类操作人员的直接管理者的经验,HMIWI 焚烧设施操作人员培训课程,培训课程

17、必须包括： (a)包括以下内容的二十四小时培训： （1）与环境有关的问题，包括如何消灭病原体和排 放物的种类等； （2）基本的焚烧原理，包括焚烧的产物等； （3）设备的操作规范，包括正确的启动，废物进料 以及关停设备等；,HMIWI 焚烧设施操作人员培训课程（续）,（4）焚烧控制和监测 （5）尾气污染控制设备的操作及其影响因素（如果 可能）； （6）污染物排放监测方法（排放物连续监测系统， HMIWI监测系统，大气污染物排放监测设备的 运行参数）和设备校准程序（如果可能）； （7）HMIWI的检查和维护，大气污染控制设备，排 放污染物连续监测系统等；,HMIWI 焚烧设施操作人员培训课程（续）

18、,（8）故障的解决方法和可能导致故障发生的情况； （9）灰渣和飞灰的性质及处理程序； （10）适用的联邦，州和地方的法规； （11）安全工作程序； （12）启动前检查； （13）数据记录要求； （b）由培训人员设计和组织的测验； （c）向参加培训者分发包括以上课程内容的参考资料。,为什么采用焚烧法,使废物能够减容和减重 使废物完全灭菌 破坏有机物，这些有机物有可能在填埋的时候分解并产生有害的副产物 出于审美的考虑 能够销毁诸如肢体等引起公众反感的废物,环境因素,病原体销毁 废气排放 灰渣性质,病原体的破坏,病原体是指废物中可以引起感染性疾病的部分。名词“感染性废物”（在加州称为“医疗废物”）通

19、常用来指含有病原体的废物。 病原体可以通过焚烧炉中的高温来予以破坏。,大气污染物质,主要有关的污染物包括： 颗粒物 HCl 有机化合物 有害金属 一氧化碳,颗粒物,颗粒物 (PM)是指细微的液体或固体颗粒，如焚烧炉烟道废气中所含有的尘、烟、雾等. PM 可以是暗色或浅色的. PM 可以用“黑度”来描述. PM 能够引起或加重人类的呼吸系统疾病；由于它很容易被注意到，并且会污染房屋、汽车等暴露物品的表面，因此它还会带来审美方面的问题.,氯化氢,氯化氢 (HCI) 产生于PVC 塑料（通常是透明的）在焚烧炉中焚烧的过程。 当烟囱上短距离内有白色烟羽或雾气存在的时候，表明HCL正在凝结。 HCL所引

20、起的问题主要包括：能够引起人类呼吸系统疾病；造成酸雨；对金属、混凝土等材料造成破坏.,有害金属,有害金属 包括镉，砷，铍， 铬， 镍，铅，汞等。 在医疗废物中可以发现这些金属。 废物中的金属最终会进入灰渣或排放到大气中，已知这些金属对人类的健康是有害的。,有机化合物,有机化合物 为主要含有碳和氢元素的化合物。 某些化合物被证实或被怀疑有致癌作用。 从医疗废物焚烧炉的尾气排放中发现的有机化合物包括苯和二噁英等。 正确的对一燃室和二燃室的燃烧过程进行操作可以使有机化合物的排放最小化。,一氧化碳,一氧化碳 (CO) 产生于一燃室或者二燃室的燃烧不正常时。 当浓度足够高时，CO对人体是有害的。 CO

21、可以指示燃烧的状况。,灰渣性质,焚烧的一个主要目的之一是产生便于填埋的具有良好性质的灰渣. 所有的病原体必须被销毁。 大块可辨识的医疗废物可能会引起公众的不安。填埋场可以拒绝未完全焚毁的废物。,操作者,通过如下的途径保护环境是操作者的责任： 通过规范的操作以使污染物的排放最小化。 通过规范的操作以保持灰渣的性质可接受。 防止灰渣的处理和贮存中造成颗粒物的排放。 通过定期检查发现需要维护的问题。,第 4 部分,燃烧的基本原理,燃烧过程,燃烧空气,Organic Feed and Fuel,氧气的反应,燃烧的控制因素,助燃空气 流量 配风 操作温度 给料情况,影响燃烧的关键参数,助燃空气 3T:

22、时间（Time） 温度（Temperature） 湍流（Turbulence） 废物性质 热值 含水量 含氯量,化学计量,通过化学平衡式 （式子两端的各原子数相等，例如 H, 0, G, N,等) 来计算所需反应物(例如 O2, H2O, GO, 等)的多少被称为化学计量。,燃烧计量,在燃烧过程中，化学计量气量是指使所有的废物和辅助燃料完全燃烧（热氧化）所需的确切气量。通用方程式为： 废物 + 燃料 + 气体(02) - CO2 + H2O,化学计量需气（氧）量,气（氧）量低于化学计量量 （“缺氧”）,气（氧）量高于化学计量值 （“过氧”）,利用过量空气控制温度,废物性质,热值 可以用来描述热

23、量的释放量 热量的多少决定了助燃空气量的多少 含水率 需要能量以使水分蒸发 含氯量 影响HCL的排放 这些特性随废物的组成不同（塑料、纸、病理性废物、食品等）而差别很大。,燃烧的完成,医疗废物燃烧完成后的主要产物: 废气 灰渣 能量 焚烧的主要目的是: 产生不含病原体及未燃尽的、可识别的医疗废物的残渣； 使排放的废气中的大气污染物最少,不完全燃烧,如果燃烧不完全，废气中将含有不完全燃烧的产物，如CO和有机成分等. 导致不完全燃烧的因素包括物料的不完全混合，缺氧，温度低等。,燃烧指示指标,一些参数可以用来指示完全燃烧的程度，包括： 黑度 02和 CO 残渣性质,黑度,烟囱排放废气的黑度是用来描述

24、烟羽对光线的遮挡强度。 黑度大表示排放量大 黑度主要是由于烟气中含有不能燃烧的飞灰和没有燃烧的煤灰造成的。 如果烟气中含有大量的水蒸气，当其离开烟囱时，水分会凝结形成浓厚的白色“水汽烟羽”，这并不表示燃烧状况不好，不应当把这种情况同黑烟或白烟混同. 黑度可以 通过人的视觉来判断，也可以通过监测仪器进行测量。,烟气中的 O2 和 CO,低 O2含量 表明助燃空气不足 高 O2含量 表明过量的助燃空气并可能冷却燃烧气流 高 CO 含量表明燃烧不完全,灰渣性质,外观 没有可识别的医疗废物 燃烧完全 碳的残留 白灰色 Vs 黑色,第 5 部分,焚烧设施的基本设计,焚烧设施的主要组成部分,把焚烧设施看做

25、是一个系统很重要，因为各部分的设计、操作和的护等都会影响到其它部分的性能: 废物进料系统 一燃室 二燃室（可能会有三燃室） 除渣系统 后继的大气污染控制系统 控制和监测系统,焚烧炉类型,多燃室型 过氧 控（缺）氧型 回转窑,多燃室焚烧炉,燃烧过程发生在两个或多个燃烧室内 一燃室和二燃室的燃烧处于过氧状态 使用过量的助燃空气 直线和甑式设计,控氧焚烧炉,燃烧发生在两个或多个燃烧室 对每个燃烧室的进气量和配风都进行控制 一燃室处于缺氧状态 二燃室处于过氧状态,回转窑,燃烧发生在多个燃烧室内 一燃室为回转窑 对废物造成扰动,控氧焚烧炉,控氧燃烧原理,一燃室接收废物 用辅助燃烧器点燃废物 (一旦废物被

26、点燃，助燃器通常会被关闭） 空气被送入一燃室，并控制在缺氧状态 含有水气和挥发性可燃物的燃烧气体由一燃室直接进入二燃室 更多的空气通过上风口进入二燃室，通过快速的运动造成空气和可燃气体的混合,控氧燃烧原理（续）,充足的空气被加入二燃室中使得燃烧过程呈过氧状态。 燃烧气体和空气的混合物在二燃室中以很高的温度进行完全燃烧. 在二燃室中设有辅助燃烧器，以保证达到较高的燃烧温度。,通过控制通气量来控制燃烧温度,一燃室处于缺氧状态，燃烧程度随通入的气量而增加，温度也相应增加（直到理论完全燃烧所能达到的最高温度）。 二燃室处于过氧状态，加入更多的空气（温度较低）会稀释并冷却可燃气体，使燃烧的温度降低。,通

27、过控制通气量来控制燃烧温度（续）,通入一燃室的空气量控制着废物的燃烧率和一燃室温度 通入二燃室的空气量控制着二燃室的温度和由一燃室进入的可燃气体的燃烧率。,操作方式（废物进料）,单批进料待一批进料废物完全燃烧后再进下一批料 间歇进料废物按照一定的时间间隔间歇进料，进料时上一批物料并没有完全燃尽。 （IES 采用了这种方法） 连续进料废物（通常为液体）连续的进入燃烧炉中,废物进料系统,与焚烧炉的焚烧能力有关 与操作方式有关 手动 Vs 机械化 Vs 自动化,料斗活塞进料系统,活塞进料器是最常用的机械进料系统。 废物被置于料斗内，料斗的封盖被关闭。 位于料斗和焚烧炉之间的防火隔离门被打开。 活塞向

28、前推动废物进入焚烧炉。 活塞退回到隔离门后的位置。当隔离门关闭后，活塞通过喷水系统冷却并退回到开始的位置。系统准备接收下一批进料。,除渣系统,与操作方式有关 与处置能力有关 手动 vs. 机械化 湿法 vs. 干法,机械除渣系统,将灰渣输送到炉膛的末端 收集容器 由收集部位运出,燃烧气体控制系统,自然通风 热的燃烧烟气通过烟囱直接排入大气，（通常没有大气污染控制（APC）设备），通过自身的浮力进行扩散。 末端通风 鼓风机 (通常位于APC设备的末端和烟囱的前端） 抽动气流通过焚烧炉和APC设备，并推动其通过烟囱。 （IES 配备了这种类型的系统） 平衡通风 鼓风机同时位于焚烧炉干式APC系统的

29、前后两端，以平衡所需要的空气量和排出的废气量。 燃烧气体控制系统的目的是为了保持一燃室内呈负压状态,焚烧系统的主要组成部分,强制鼓风机 完整的培训 试验性的和主要的焚烧炉 火焰安全防护系统,第 6 部分,大气污染控制设备的基本设计和功能,排放,限制排放的有: 颗粒物 （固体或液体） 通过压缩，截获或扩散 气体 通过焚烧、吸附、吸收或冷凝,排放控制策略和大气污染控制设备,(A) 文丘里洗涤器采用水作为洗涤介质 (B) 填充塔洗涤设备采用碱性吸收剂 (C) 可以达到有限的控制效果但并不是为了高效率的收集而专门设计的,HMIWI 的大气污染控制系统,湿式洗涤设备 喷淋塔 文丘里洗涤器 填料塔 干式洗涤设备 袋式除尘器 干粉喷射器 喷雾干燥器 静电除尘器,喷淋塔,能耗小 有限的颗粒物去除效果 有限的 HCl 去除效果,文丘里洗涤器,高能耗 较高的颗粒物去除效果 有限的HCl 去除效果 化学中和剂,填料塔,低能耗 较高的酸性气体控制效果 化学中和剂,干式洗涤设备,用