二恶英废气处理案例

二恶英废气来源、处理工艺流程及案例解析

一、二恶英废气的主要来源

二恶英（PCDD/Fs）是一类剧毒持久性有机污染物，主要通过高温不完全燃烧或化学反应生成，常见来源包括：

1. 工业生产过程
   • 垃圾焚烧：城市生活垃圾、医疗废物焚烧时，氯元素（如 PVC 塑料）与有机物在 300-450℃低温区反应生成二恶英，占全球排放的 60% 以上。
   • 钢铁冶金：烧结机、电弧炉、高炉在铁矿石还原、焦炭燃烧过程中，因含氯杂质（如铁矿石中的卤化物）高温分解产生二恶英，浓度可达 0.1-5 ng TEQ/m³（毒性当量）。
   • 化工与造纸：含氯有机物（如农药、除草剂）生产、纸浆漂白（氯气漂白工艺）释放二恶英。
2. 能源燃烧
   • 煤炭、石油等化石燃料燃烧，尤其是高氯燃料（如褐煤），以及机动车尾气排放。
3. 自然过程
   • 森林火灾、火山喷发等天然高温事件也会产生少量二恶英。

核心特性：

• 剧毒：毒性是氰化物的 1000 倍，具有致癌、致畸、内分泌干扰效应。
• 持久性：半衰期长达数年，易在食物链富集，环境危害显著。

二、二恶英废气处理工艺流程与核心技术

针对二恶英的高温生成特性和高毒性，处理技术分为前端控制和末端治理，典型工艺流程如下：

1. 前端控制技术（源头减排）

• 优化燃烧条件（以垃圾焚烧为例）：
  • 3T 原则：控制焚烧温度≥850℃（最佳 1100℃以上）、停留时间≥2 秒、过量氧气≥6%，抑制二恶英生成。
  • 燃料预处理：分拣含氯塑料（如 PVC），减少氯源；添加石灰石等抑制剂，中和酸性气体（HCl）。
• 过程控制：
  • 钢铁烧结中采用烟气循环技术，降低烧结层局部低温区，减少二恶英生成。

2. 末端治理技术（高效去除）

（1）吸附法

• 核心工艺：

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  废气收集 → 预处理（除尘、调温） → 活性炭吸附塔 → 布袋除尘器 → 达标排放  
  

• 技术原理：
  • 采用 ** 多孔活性炭（孔径 1-10nm）** 或负载催化剂的改性活性炭（如含碳纳米管、金属氧化物），通过物理吸附（表面积吸附）和化学吸附（化学键合）去除二恶英。
  • 吸附效率与废气温度（最佳 150-250℃）、停留时间（≥1 秒）、活性炭投加量（5-10 kg / 万 m³）直接相关，去除率可达 90%-95%。
• 优势：工艺成熟，可与除尘系统集成，适用于低浓度二恶英（<10 ng TEQ/m³）处理。

（2）催化降解法

• 核心工艺：

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  废气加热（250-400℃） → 催化反应器（填充TiO₂、V₂O₅或贵金属催化剂） → 分解为CO₂、H₂O和HCl → 尾气处理  
  

• 技术原理：
  • 在催化剂作用下，二恶英分子中的 C-Cl 键和 C-C 键断裂，发生氧化分解反应（如：C₁₂H₄Cl₄O₂ + 15O₂ → 12CO₂ + 4HCl + 2H₂O）。
  • 低温催化（150-250℃）：采用 Mn-Ce 基催化剂，适用于烧结废气等中低温场景，能耗低但催化剂易受粉尘中毒。
  • 高温催化（300-400℃）：采用 Pt/Pd 贵金属催化剂，分解效率 > 95%，但成本较高。
• 优势：可深度降解二恶英，无二次污染，适合高浓度废气（>50 ng TEQ/m³）。

（3）高温焚烧法

• 核心工艺：

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  废气浓缩 → 焚烧炉（温度≥1100℃） → 急冷（2秒内降温至200℃以下，避免二恶英再合成） → 后续净化  
  

• 技术原理：
  • 通过高温彻底分解二恶英分子，焚烧后二恶英去除率 > 99.9%。
  • 需配套急冷系统（如喷雾塔），防止低温区（300-450℃）二恶英 “从头合成”（前驱物重新反应生成）。
• 优势：处理效率最高，适用于高浓度、难处理废气（如化工废气流）。

（4）湿式洗涤 + 活性炭联合工艺

• 核心工艺：

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  废气 → 湿式洗涤塔（去除HCl、重金属） → 活性炭吸附箱 → 除雾器 → 排放  
  

• 技术原理：
  • 先通过碱液（NaOH）洗涤去除酸性气体和部分颗粒物，再利用活性炭吸附残余二恶英，适用于钢铁烧结、垃圾焚烧尾气的多污染物协同处理。

三、典型处理案例介绍

1. 上海老港再生能源利用中心（垃圾焚烧二恶英处理）

• 处理规模：日处理垃圾 6000 吨，配套 3 条 2000 吨 / 日焚烧线。
• 工艺路线：
  • 前端控制：焚烧炉温度稳定在 1100℃，停留时间 3 秒，过量空气系数 1.8，从源头抑制二恶英生成。
  • 末端治理：
    1. 急冷塔（1 秒内降温至 200℃以下）；
    2. 活性炭喷射（投加量 8kg / 万 m³）+ 布袋除尘器（去除吸附二恶英的活性炭颗粒）；
    3. 湿法脱硫塔（同步去除 HCl、SO₂）。
• 处理效果：二恶英排放浓度稳定 < 0.1 ng TEQ/m³（欧盟标准 0.1 ng TEQ/m³），优于国标（0.5 ng TEQ/m³）。
• 技术亮点：活性炭与布袋除尘器一体化设计，吸附效率提升 15%，年消耗活性炭约 500 吨。

2. 宝钢湛江钢铁 360m² 烧结机二恶英治理项目（钢铁冶金领域）

• 废气特点：二恶英浓度 0.5-3 ng TEQ/m³，含尘量高（500-1000 mg/m³），温度 120-180℃。
• 工艺路线：

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  烧结废气 → 电除尘器（除尘） → 活性炭吸附塔（填充改性活性炭，含Fe₃O₄涂层） → 低温SCR脱硝（同步去除NOx） → 排放  
  

• 关键技术：
  • 采用磁性活性炭，通过磁场增强吸附剂与废气的接触效率，二恶英去除率从 85% 提升至 92%。
  • 吸附塔与脱硝系统集成，利用 SCR 余热维持活性炭最佳吸附温度（150℃），降低能耗 20%。
• 处理效果：二恶英排放 < 0.1 ng TEQ/m³，颗粒物 < 10 mg/m³，实现烧结废气多污染物（二恶英、NOx、SO₂）协同治理。

3. 日本大阪化工园区废气二恶英深度处理项目（化工领域）

• 废气来源：农药中间体生产废气，二恶英浓度高达 50 ng TEQ/m³，含高浓度 VOCs 和 HCl。
• 工艺路线：
  1. 预处理：水洗塔去除 HCl，冷凝回收 VOCs；
  2. 核心处理：高温焚烧炉（1200℃，停留时间 3 秒）+ 急冷塔（降温至 150℃）；
  3. 深度净化：催化降解反应器（负载 Pt-Pd 催化剂，温度 350℃）。
• 处理效果：二恶英去除率 99.99%，排放浓度 < 0.01 ng TEQ/m³，达到日本严格排放标准（0.1 ng TEQ/m³）。
• 技术创新：焚烧炉尾气热量回收用于预热废气，能耗降低 30%；催化反应器设置自动再生系统，催化剂寿命延长至 5 年。

四、技术发展趋势与挑战

1. 协同处理技术：将二恶英处理与脱硫、脱硝、除尘集成（如活性炭一体化装置），降低投资成本 20%-30%。
2. 新型吸附材料：研发石墨烯基、MOFs（金属有机框架）等高性能吸附剂，提升吸附容量（目前活性炭约 1-5 mg/g，MOFs 可达 10 mg/g 以上）。
3. 低温高效催化：开发抗硫、抗尘的低温催化剂（如 Mn-Ce-Zr 复合氧化物），适应烧结、垃圾焚烧尾气的中低温场景（150-250℃）。
4. 监测与预警：部署在线二恶英质谱仪（响应时间 < 10 分钟），实时调控处理工艺参数。

挑战：二恶英检测成本高（单次检测约 2-5 万元）、长周期（3-7 天），制约精准治理；高湿度、多尘环境下吸附剂和催化剂易失效，需加强抗污染性能研发。

通过源头控制与末端治理的协同，二恶英废气可实现从 “高毒排放” 到 “超低净化” 的突破，典型案例证明成熟工艺已能稳定达到国际最严排放标准（0.1 ng TEQ/m³ 以下），为钢铁、垃圾焚烧等行业的二恶英减排提供了可复制的技术路径。