以某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣二噁英脫除為例，基于低溫脫氯分解二噁英技術(shù)，提出了吸附后活性炭的回收方案：(1)首先通過(guò)低溫脫氯法將布袋收集的除塵灰中的二噁英分解，實(shí)現(xiàn)除塵灰的無(wú)害化;(2)再通過(guò)“水浸除鹽+浮選收碳”工藝，將除塵灰中的活性炭分離，實(shí)現(xiàn)活性炭的回收利用。經(jīng)核算，該技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)備投資費(fèi)用約為 15 萬(wàn)元，運(yùn)行成本約 175 元/h。

二噁英被稱為“地球上毒性最強(qiáng)的毒物”，近年來(lái)成為了社會(huì)公眾廣泛關(guān)注的大氣污染物之一。大氣環(huán)境中的二噁英來(lái)源較復(fù)雜，主要來(lái)源包括鋼鐵冶煉、有色金屬冶煉、焚燒生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣等。

活性炭是一種常用的二噁英吸附劑，攜流式活性炭吸附二噁英工藝因投資少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、脫除效率高而成為了廣泛使用的煙氣二噁英末端治理方法 [1] 。

攜流式活性炭吸附二噁英工藝也存在幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)：二噁英僅從氣相轉(zhuǎn)移到了固相，吸附二噁英后的活性炭成為危險(xiǎn)固廢，存在二次污染的隱患;吸附有二噁英后的活性炭難以回用，活性炭消耗成本巨大。本研究針對(duì)吸附二噁英后活性炭的無(wú)害化及回收的技術(shù)進(jìn)行了探討，以尋求合理可行的技術(shù)方案。

1 固相中二噁英的處理技術(shù)

目前，針對(duì)固相中二噁英的脫除技術(shù)主要包括高溫加熱熔融法及低溫脫氯分解法 [2-3] 。此外，超臨界水氧化分解、光化學(xué)分解、低溫等離子體分解等新技術(shù)也被應(yīng)用于固相中二噁英的處理研究，但相關(guān)技術(shù)還不成熟且處理成本過(guò)高，僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段 [4-5] 。

高溫加熱熔融法是通過(guò)將含二噁英的固體加熱到 1 350～1 500 ℃左右的熔融溫度，使其中的二噁英分解，具有灰渣減量近半、避免二噁英再次生成的優(yōu)點(diǎn)，是美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家推薦的生活垃圾焚燒飛灰處理技術(shù) [6] 。但由于處理溫度較高，同時(shí)揮發(fā)的低熔點(diǎn)金屬(如Hg)需進(jìn)行無(wú)害化處理，導(dǎo)致成本較高，難以推廣 [7] 。

低溫脫氯分解二噁英技術(shù)最早是由HAGENMAIER提出的，他發(fā)現(xiàn)垃圾焚燒過(guò)程產(chǎn)生的飛灰能夠在低溫(250～450 ℃)、缺氧條件下促進(jìn)二噁英和其他氯代芳香化合物發(fā)生脫氯/加氫反應(yīng) [8] ，或是切斷與氧氣交聯(lián)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)二噁英的分解，也稱為低溫脫氯還原法。

STIEGLIZ等 [9] 對(duì)低溫加熱條件下固相中二噁英的熱分解特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明氣氛、加熱溫度和加熱時(shí)間對(duì)飛灰中二噁英的分解效率以及脫附氣體中二噁英的含量都有較大影響。用低溫脫氯還原法處理二噁英，當(dāng)氧濃度增加時(shí)，在低溫范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)二噁英的再生反應(yīng)，因此必須嚴(yán)格控制氣氛中氧含量;加熱時(shí)間一般都在 1～2 h，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)二噁英的分解效率反而不高;加熱溫度一般在 250～400 ℃之間，對(duì)于不同種類(lèi)的塵灰，存在一個(gè)使其中二噁英分解效率最高的最佳加熱溫度，這需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。表 1總結(jié)了國(guó)內(nèi)外采用低溫脫氯還原法處理塵灰中二噁英的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表 1 低溫脫氯還原法處理固相中二噁英的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

低溫脫氯還原法解決了熔融法等高溫處理方法處理成本高的問(wèn)題，兩者建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的對(duì)比詳見(jiàn)表 2。由表 2 可見(jiàn)，低溫脫氯還原法由于操作簡(jiǎn)便、能耗低，且活性炭上的二噁英脫附后可以回收再利用，是目前脫除固相中二噁英最經(jīng)濟(jì)、有效的方法之一。

表 2 熔融法和低溫脫氯還原法的費(fèi)用比較( 處理規(guī)模 1 t/h)

2 吸附有二噁英的活性炭的回收方案

基于上述低溫脫氯還原法，以鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣二噁英處理為例，可采用以下的活性炭回收方案。

2.1 固相吸附二噁英的無(wú)害化處理

攜流式活性炭吸附二噁英工藝中，通過(guò)向煙道中噴入活性炭粉末吸附煙氣中的二噁英，吸附后的活性炭與煙氣中本身的灰塵由布袋除塵器捕集。由于活性炭與灰塵都吸附有二噁英，因此首先需采用低溫脫氯還原法對(duì)其中的二噁英進(jìn)行分解，實(shí)現(xiàn)其無(wú)害化處理，相應(yīng)的工藝流程及處理設(shè)備分別見(jiàn)圖 1 和圖 2。

圖 1 低溫脫氯還原法處理除塵灰中二噁英的流程

圖 2 低溫脫氯還原法處理除塵灰中二噁英的設(shè)備示意圖

注：1—儲(chǔ)料倉(cāng)；2—旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)；3—惰性氣體系統(tǒng)；4—活性炭冷卻器；5—加熱系統(tǒng)；6—加熱爐；7—控制系統(tǒng)

將收集到的除塵灰存于儲(chǔ)料倉(cāng)中，儲(chǔ)料倉(cāng)通過(guò)軟連接、旋轉(zhuǎn)閥與加熱爐相連。加熱爐中設(shè)有旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)，以使加熱物料攪拌均勻，并以一定速度逐步將物料推送至活性炭冷卻器。加熱系統(tǒng)中的加熱方式包括電加熱，采用纏繞金屬加熱絲，并在加熱爐外包覆保溫材料。

惰性氣體系統(tǒng)為加熱爐、活性炭冷卻器以及相應(yīng)的連接管道提高惰性氣體氛圍，以保證整個(gè)加熱及冷卻過(guò)程中，裝置內(nèi)的氧含量低于 0.1%（體積分?jǐn)?shù)）。加熱爐出口與活性炭冷卻器的物料入口相連，活性炭通過(guò)旋轉(zhuǎn)輸送，在冷卻器中經(jīng)水冷作用快速冷卻。

反應(yīng)設(shè)備還設(shè)有控制系統(tǒng)，用于控制惰性氣體流量、冷卻水流量、旋轉(zhuǎn)動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速等，以滿足工藝要求。活性炭冷卻至 60 ℃以下時(shí)，通過(guò)活性炭冷卻器出口的旋轉(zhuǎn)閥排出反應(yīng)器。

燒結(jié)電除塵后的煙氣粉塵質(zhì)量濃度約為 350 mg/Nm 3 ，噴入的活性炭吸附劑按 150mg/Nm 3 ，布袋除塵效率按 100%考慮，一臺(tái) 360 m 2 級(jí)的燒結(jié)機(jī)（其煙氣流量為 100 萬(wàn)Nm 3 /h）布袋后搜集的除塵灰約為 0.5 t/h。若采用一套處理能力為 1 t/h的低溫脫氯反應(yīng)器，設(shè)備投資約 15 萬(wàn)元，電耗約 330 kW·h（按 0.5 元/（kW·h）計(jì)），氮?dú)猓ò?0.2 元/Nm 3 計(jì)）消耗量約為 50 m 3 /h，運(yùn)行成本約 175 元/h，折合約 2.1 元/t（以Fe計(jì)算，噸Fe對(duì)應(yīng)的燒結(jié)煙氣量按 1.2 萬(wàn)Nm 3 計(jì)）。

2.2 活性炭的分離及回收

上述經(jīng)無(wú)害化處理的布袋除塵灰中約含 30%的活性炭，該部分活性炭中吸附的二噁英已經(jīng)脫附，可回收再利用。

回收活性炭的思路主要是將它與其中的灰塵分離。有研究者采用浮選法實(shí)現(xiàn)了高爐除塵灰中碳的回收，其回收率可達(dá) 92.8% [16-17] 。借鑒上述工藝，利用活性炭和燒結(jié)灰的特性，采用水浸除鹽+浮選收炭工藝將活性炭進(jìn)行分離，具體流程如圖 3 所示。

圖 3 活性炭回收利用工藝流程

燒結(jié)煙塵中主要成分為 Fe 和以 K 為主的金屬氧化物以及 Cl。為了將活性炭與燒結(jié)煙塵組成的混合物中的活性炭分離處理，首先可通過(guò)水浸將燒結(jié)煙塵中 KCl 等鹽分去除，洗滌液可用于提取 KCl。再利用活性炭的疏水性，以煤油為捕收劑，輔以分散劑和起泡劑，經(jīng)過(guò)粗選和掃選，實(shí)現(xiàn)活性炭的分離。而剩余的部分主要是燒結(jié)灰泥漿，可返回?zé)Y(jié)的混料工序用作燒結(jié)原料?；厥蘸蟮幕钚蕴拷?jīng)過(guò)烘干、活化后可以回用。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)攜流式活性炭吸附二噁英工藝中吸附后活性炭的回收利用，提出低溫脫氯還原法是目前脫除其中二噁英的較為經(jīng)濟(jì)、有效的方法。并以鋼鐵企業(yè)燒結(jié)煙氣二噁英脫除為例，基于低溫脫氯還原法，提出了吸附有二噁英的活性炭的回收方案：

(1) 首先通過(guò)低溫脫氯還原法將布袋收集的除塵灰中的二噁英分解，實(shí)現(xiàn)除塵灰的無(wú)害化。經(jīng)核算，一臺(tái) 360 m 2 級(jí)的燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)一套處理能力為 1 t/h的低溫脫氯反應(yīng)器，其設(shè)備投資約 15 萬(wàn)元，運(yùn)行成本約 175 元/h，折合約 2.1 元/t；

(2) 再通過(guò)“水浸除鹽+浮選收碳”工藝，將除塵灰中的活性炭分離，可實(shí)現(xiàn)活性炭的回收利用。