中小型焚化爐廢氣重金屬半乾式處理技術介紹
工研院環境與安全衛生技術發展中心 研究員 陳明輝/經理 黃志峰

摘　要
　　台灣地區由於人口的逐漸增加及經濟活動的日益頻繁，廢棄物的產量也逐年增加，因此焚化法處理垃圾減量愈加重要。但焚化法造成二次污染公害問題，尤其廢氣中微量毒性物質，其強烈之毒害性與不易去除的特性，使得掌握其控制技術成為現代環保的重要課題。工研院能資所多年接受環保署委託，致力於半乾式處理系統本土化技術開發與推廣，早期已對廢氣中酸氣、粉塵之控制研究相當完善，半乾式處理系統對除酸效率已達90%以上、除塵已達99%以上。本計畫再將半乾式處理系統應用於焚化爐廢氣中毒性物質控制技術開發，建立本土化焚化爐廢氣重金屬污染物之控制技術，各種污染物去除效率：
　
(1)酸性氣體SO2＞90%，HCl>95%；
(2)重金屬污染物(鉛)＞99%；
(3)重金屬污染物(鎘)＞99%；
(4)重金屬污染物(汞)＞90%；
(5)粒狀污染物>99%。

[關鍵字]
1.半乾式吸收滌氣系統(Semi-dryer Absorption System)
2.焚化爐廢氣(Waste Gas of Incinerator)
3.重金屬(Heavy Metal)

一、前言
　　焚化法可說是最佳的廢棄物中間處理方法，不僅可達體積減量、毒性減低之目的，亦可回收有用的資源。唯其在焚化過程中，廢棄物所含之重金屬，因無法受熱分解破壞，而揮發進入廢氣中，且重金屬微粒不易被粒狀物控制設備攔除，而發散至大氣中，造成污染，特別是鉛、鎘、汞等具累積性毒性者，更不容忽視。在未來，焚化法將為垃圾處理的主要手段，而焚化爐的興建也會有增加的趨勢，所以焚化後廢氣中重金屬的處理問題，是目前迫切需要研究的課題。

二、焚化廢氣中重金屬之去除機制
　　一般來說，比重大於5稱為重金屬。塑膠、橡膠、廢電池、油漆等物品中含有微量的重金屬，經焚化後存在於底灰、飛灰、廢氣中。

　　含重金屬物料經由高溫環境下之焚化，會揮發並存於廢氣中。當廢氣經過冷卻設備及熱回收鍋爐後，部分重金屬會因凝結或吸附作用而被除塵設備所去除，當廢氣通過集塵設備之溫度愈低者，去除效果愈佳。此去除機制主要依據下列的反應機構：

1. 揮發性重金屬因溫度降低達到飽和，經凝結成微粒而被除塵設備去除。
2. 飽和溫度較低的重金屬元素雖無法達到凝結之條件，但可因飛灰表面的催化作用，反應形成飽和溫度較高、較易凝結的氧化物和氯化物，而被除塵設備去除。
3. 以氣態存在的重金屬，以活性碳吸附，隨活性碳被集塵器收集而去除。
4. 利用金屬氯化物之水溶性，藉濕式洗滌方式去除。

　　目前最難處理的重金屬算是汞。傳統的處理技術很難符合法規標準，因此應對現有設備做一改善，以強化其去除效率。汞於廢氣中存在之型態主要有(1)元素態汞、(2)氧化汞、(3)氯化汞三種。當廢氣經過熱回收設備降溫至220℃時，由於垃圾焚化爐含有高濃度之HCl，故氯化汞含量通常最高，佔80%，皆以氣態存在。

　　注入活性碳之技術已在許多國家應用，如瑞士有Zurich 、丹麥有Amager 及德國有Kassel等廠牌出產相關設備。Zurich 的MWC 空氣污染防制設備，是乾式吸收，加上靜電集塵機，經測試發現在未添加活性碳下，降低溫度會提升汞的捕捉率，但效率未超過30%；當添加活性碳後，去除效率可達90%，且發現活性碳注入量與汞去除效率並無明顯影響。平均而言，重金屬去除效率可在85%以上。

三、半乾式重金屬控制技術
　　半乾式滌氣除酸法其原理乃利用一霧化器（atomizer），將吸收劑漿液霧化成直徑約數十微米的小液滴，這些小液滴再與除酸塔中和待處理廢氣接觸。由於接觸面積廣，因此質傳和熱傳效率均佳。在熱傳方面，小液滴由於吸收來自廢氣的熱而溫度上升；在質傳方面，酸氣透過液氣界面和吸收劑作用，而小液滴的水份則由於吸收熱量而逐漸蒸發。當小液滴到達塔的底部時，水份已經全部蒸發而成乾粉狀態，故無廢水處理之問題。

　　這些乾粉一部分可自塔的底部卸出，其餘則交由後面的除塵設備處理。集塵設備除可去除粉塵外，尚可藉未反應之吸收劑和廢氣中剩餘的污染物進一步反應，使整個系統的處理效率更為提升，另於集塵機之前注入活性碳，利用活性碳吸附能力吸附揮發重金屬。

　　半乾式重金屬處理流程及處理設備(如圖1所示)，其處理單元包括：(1)一次燃燒焚化爐；(2)二次燃燒焚化爐；(3)多管旋風分離（冷卻）器；(4)降溫塔；(5)半乾式除酸塔；(6)活性碳注入；(7)袋式集塵器；(8)風車；(9)煙囪等。

圖1 中小型焚化爐半乾式重金屬控制技術流程圖

四、結論
　　工研院能資所接受環保署委託，致力於半乾式處理系統本土化技術開發，早期已對廢氣中除酸、除塵之研究完善，半乾式處理系統之除酸效率已達90%以上；而除塵效率更達99%以上。今再將半乾式處理系統應用去除廢氣中重金屬之技術開發，對重金屬控制獲得以下結論：

1. 建立本土化焚化爐廢氣重金屬污染物之控制技術，重金屬控制技術流程：半乾式除酸塔＋活性碳＋袋式集塵機；各種污染物之去除效率為：(1)酸性氣體SO2> 80%，HCl>95%；(2)鉛＞99%；(3)鎘＞99%；(4)汞＞90%；(5)粒狀污染物> 99%。

2. 半乾式重金屬控制技術中，吸收劑氫氧化鈣之添加有助於重金屬去除效率的提昇，尤其對鎘、鉻提昇去除率更為明顯。唯對汞而言，無處理之效果。但添加活性碳有助於重金屬汞的去除率，可達90%。