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医疗废物焚烧过程中脱氯机理和试验 ＊ 卿 山 王 华 何 屏 吕国强 昆明理工大学材料与冶金工程学院, 云南 650093 摘要 医疗废物中包括含有大量的 PVC, 焚烧时会产生 HCl 从而污染环境, 因此医疗废物在焚烧处理时需要进行脱 氯。 经热力学计算可知, 医疗废物焚烧炉内喷入脱氯吸收剂在燃烧过程脱氯, 效果最好的脱氯剂是 Ca OH2、CaO、 CaCO3、MgCO3、Mg OH 2和 MgO。 在固定床上进行的医疗废物焚烧过程中脱氯试验结果表明 温度对脱氯有着重要的 影响, 最佳脱氯温度为800 ℃左右; 吸收剂粒径越小, 脱氯效率越高; 随着 Ca Cl值的增大脱氯率增大, 但增加的速度却 趋于平缓, 所得最佳 Ca Cl 值为 2. 5～ 3。 关键词 医疗废物 脱硫 机理 试验 ＊教育部高校博士学科点专项科研基金 20040674005 , 云南省科技 攻关项目 2003CX01 医疗废物主要由大量的塑料输液器 、 塑料针筒等 PVC 类高分子塑料和橡胶手套等高分子物质组成 ,而 PVC 类高氯树脂是医疗废物焚烧过程中的主要氯源, 此外 ,输液器内残留的生理盐水则是医疗废物焚烧过 程中主要无机氯的来源 。Pasek [ 1] 等研究表明, PVC 焚烧初始阶段, 氯主要以 HCl 的形式析出, 且1 kg PVC 完全焚烧时约产生0. 5 kg HCl 。Booty [ 2] 等研究表 明,无论在富氧焚烧还是缺氧焚烧的情况下,HCl 的 排放均远高于 Cl2的排放 ,可达到 Cl2的 5～ 8 个数量 级。因此, 医疗废物焚烧产物中氯主要是以HCl 形式 存在,Cl2问题可以不予考虑 。新井纪男 [ 3] 认为通过 脱氯反应, 可去除氯化氢。也有报告说 [ 4] , 通过提高 接触反应效率或者除尘灰再循环, 去除率能够达到 70～ 80。在医疗废物焚烧过程中对 HCl 的适时 脱除不仅可以减少其对后续设备的腐蚀和环境污染, 也可以有效遏止焚烧炉内氯同废物中有机成分生成 PCDDs PCDFs 等前驱物的高温气相反应。炉内喷钙 是将脱氯吸收剂直接吹入炉内 ,在燃烧过程中同燃烧 气体中HCl 反应的一种脱氯方法。炉内喷钙脱氯具 有无须投资复杂设备, 操作简单, 不需要湿法那样对 处理过的排放气体进行加热, 投资少,维护简单,容易 采取防腐措施等优点。 缺点是比湿法消耗的药剂 较多 。 1 脱氯热力学与吸收剂选择 应用 HSC 软件进行医疗废物脱氯化学热力学平 衡计算的主要目的是为了研究医疗废物焚烧过程脱 氯,通过研究氯在不同条件下平衡组分的存在形式和 浓度,得到废物热解 、气化 、焚烧条件下氯化氢的生 成、 转化及其脱除的基本条件 。 各吸收剂的反应方程 CaCO3CaO CO2 g 1 CaO 2HCl CaCl2H2O g 2 Ca OH22HCl CaCl22H2O g 3 CaCO32HCl CaCl2H2O CO2 g 4 MgCO3MgO CO2 g 5 MgO 2HCl MgCl2H2O g 6 Mg OH22HCl MgCl22H2O g 7 MgCO32HCl MgCl2H2O gCO2 g 8 图 1 吸收剂脱氯的平衡组分图 从图 1可以看出, 温度在700 ℃前 ,CaCl2组分含 量很高, 在700～ 900 ℃左右 CaCl2组分开始分解, CaCl2组分含量逐渐减少。900 ℃后,CaCl2组分减少 更多 ,而CaO 、 HCl 组分含量开始逐渐增多 ,这说明温 度对 CaO 的脱氯起着重要的作用, 即在800 ℃左右 CaO 脱氯效果最好 。如果超过900 ℃,CaCl2组分的含 量开始降低 ,脱氯反应开始向反方向进行 。 66 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 反应 1 到 8 平衡常数随温度的变化见图 2。 图 2 反应 1 到 8 的平衡常数 logK 反应随温度的变化情况 确定反应温度在 700 ～ 900 ℃之间, CaO 同 HCl 反应, CaCl2组分开始出现逐渐减少 , 其平衡常数 K 在1. 12 10 4 ～ 6. 7410 5 间变化 ; CaCO3同 HCl 的反 应,在平衡常数 K 在 1. 38 10 4 ～ 2. 4110 4 间变化; Ca OH2同 HCl 的反应 ,平衡常数 K 在 8. 0710 5 ～ 1. 38 10 7 间变化 ;MgCO3同 HCl 的反应 ,平衡常数 K 在563～ 1 200间变化 ; Mg OH2同 HCl 的反应, 平衡 常数 K 在265～ 358 间变化; MgO 同HCl 的反应, 平衡 常数 K 在 0. 055～ 0. 163 间变化。 因此 , 从平 衡常 数 上看 , Ca OH2CaO CaCO3 MgCO3 Mg 0H2 MgO ,钙基吸收剂的脱氯 效率要明显高于镁基吸收剂 。Ca OH2的吸收效率 高于 CaCO3,是因为它更容易在较低温度下煅烧生成 CaO。Ca OH 2在焚烧炉内首先受热分解生成多孔性 的 CaO, 再与 HCl 反 应, 在 相 同 的 Ca Cl 值 下, Ca OH2产生的反应面积较大 , 从而脱氯反应较强。 而随着温度的升高, 吸收剂脱氯效率升高 [ 5] 。但是在 高于900 ℃后, 反应温度越高 CaCO3的脱氯效果越不 理想; 在600 ～ 1 000 ℃, 平衡组分中 HCl 的含量逐渐 升高,CaCl2的含量逐渐下降 ,因而 CaCO3的脱氯效率 逐渐下降 。 反应进行的方向和限度可由 ΔG RTlnJA- RTlnKB; 判定。压力熵 JA由气体产物和反应物分压 表示 。ΔG 3 认为反应限度很深, 反之 , logKA CaOCaCO3 MgCO3 Mg OH2 MgO, 钙基吸收剂 的脱氯效率要明显高于镁基吸收剂 , 根据实际情况, 选择 CaCO3为研究用吸收剂 。 2 温度对脱氯有着十分重要的影响 ,温度太低 或太高脱氯反应都不容易进行。所以钙基吸收剂脱 氯反应的最佳温度为800 ℃ 左右。 3 吸收剂粒径对脱氯效率影响较大 ,粒径越小, 吸收剂表面利用率越高, 脱氯效率越高。随着吸收剂 颗粒粒径的减小 ,脱氯率增加明显。 4 随着 Ca Cl 值的增大脱氯率增大 , 但增加的 速度却不断减慢 。综合各因素 ,最佳的 Ca Cl 一般控 制在 2. 5～ 3 之间 。 5 水蒸气的参与能提高医疗废物的脱氯率,CO2 的参与则会降低脱氯剂的脱氯效果 。 6 SEM 图观察到残渣中形成了许多的孔隙, 使 其具有巨大的比表面积,因而其对HCl 有较强的吸附 能力, 可以延缓 HCl 的析出速度, 增加脱氯的反应 时间 。 参考文献 [ 1] Pasek R J, Chang D P Y, Jones A D. 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Keywords flue slime of blast furnace, synthesis, extraction and nanometer iron metal DECHLORIDIZATION MECHANISM AND EXPERIMENT IN INCINERATION PROCESS OF MEDICAL WASTESQing Shan Wang Hua He Ping et al 66 Abstract Because the medical wastes include PVC containing chlorine element, and their incineration would produce pollutantHCl so it is necessary to dechloridize in medical wastes incineration. Firstly, from the thermodynamics analysis, it is known that during the dechloridization processwith addition of absorbents, the absorbentswith the best dechloridization effect are Ca OH2, CaO, CaCO3, MgCO3, Mg OH2, while the worst isMgO. The resultsof experiment show that the temperature plays important effects on dechloridization, the optimal temperature is controlled aroundfrom 800 ℃; The smaller the granule of absorbent is, the higher the utilizing efficiency of absorbent surface is, and the higher the dechloridization efficiency is; with the Ca Cl increases, the dechloridization efficiency increases, but the increasing rate tends to slow, and the optimal Ca Cl is 2 . 5～ 3. Keywords medicalwaste, dechloridization, mechanism and experiment ANALYSISOFENVIRONMENTALPROTECTIONFORELECTRONICPRODUCTION CIRCULAR ECONOMY PROJECTYuJun Qiu Wanhua 71 Abstract It is analyzed the problems of e -waste recycling in China, and some solutions are also proposed. Through the analysis of environmental protection for electronic production circular economy project inHaidian District, Beijing, the important role of government pushing combining with market pulling in improving e -waste recycling chain is stressed. Their practices can be popularized. Keywords e -waste recycling, treatment, technology and circular economy DETERMINATION OF PCP FROM SEWAGE BY SPE AND HPLCLi Ping Guan Xiujuan 75 Abstract The of determination PCP from sewage by solid -phase extraction SPEand high-perance liquid chromatography HPLC was studied. Results show thatsample pH4, eluting solvent was 100methanol, eluting solvent volume was 2 mL, flow rate of water samplewas 4 mL L. The recoveries of PCP were between 85～ 95. Important advantages of the SPE compared to the liquid -liquid extraction were the short extraction time, and reduced consumption of organic solvents. Keywords pentachlorophenol PCP , solid -phase extraction and liquid -liquid extration DETERMINATION OF MICROANALYSIS OF MINIM PHTHALATE ESTERS INWATER Cheng Aihua Wang Lei Zhang Rui et al 77 Abstract The phthalate esters PAEsare a kind of persistent harmful pollutantwhose content is tiny andmeasurement is difficult. Through comparison of the liquid -liquid extraction, the solid phase extraction, the high perance liquid chromatography and the gas chromatography mass spectrometry analytical determining PAEsinwater, the SPE-GC -MS analytical for the simultaneous separation and determination of PAEs from water samples was considered the best in laboratory. Keywords phthalate esters,liquid -liquid extraction,solid phase extraction,high perance liquid chromatographyand gas chromatography mass spectrometry analytical UATION OF AIR IMPACT CONCENTRATION BY ASSURING -PROBABILITY CaoJie Wang Dongcheng 80 Abstract It is compared several s of hourly and daily average concentrationforecast in common use and assuring -probability is also modified. It is 100 assuring -probability that meets pertinent requirements of current ambient air quality standard and technical guidelines for environment impact assessment. Based on this , a system of ambient air impact assessment assuring -probability concentration forecast is developed and a set of precise, systematical and applied technical project is built up. Keywords assuring -probability , concentration forecast and ambient air impact assessment THE ENTROPY WEIGHT -GREY RELATION -FUZZY UATION FOR THE CONTAMINATION LEVEL OF WASTED INDUSTRIAL OILZhang Xianming CaoHualing Li Chuan 82 Abstract As there are some interrelations and interactions between inds in the contamination level uation of industrial wasted oil, it is difficult to uate directly . With the application of the objective entropy weight , a theory model of entropy weight-grey relation -fuzzy uation is presented. The simplicity, reliability and applicability of the delivered are validated by the experimental results. Also it offers the theoretical basis for the treatment, utilization of wasted industrial oil and environment protection research. Keywords entropy weight, grey relational degree, fuzzy uation, wasted industrial oil and contamination level THE DESIGN OF NEW COMBINED 3R BIOREACTOR Hou Li Zhou Jiti Zhang Xiuhong et al 85 Abstract It is introduced a new combined 3R carbon, nitrogen and phosphorus removal bioreactor. In this combined bioreactor, carbon, 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol.