Published March 2001 | Version v1
Journal article

Destruction and formation of organic micropollutants in incineration process

  • 1. Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Ricerca sulle Acque, Bari (Italy)
  • 2. Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Ricerca sulle Acque, Rome (Italy)

Description

In this paper are presented the results obtained from a lab-scale investigation carried out with a system for Thermal Diagnostic Studies (STDS) aimed to study the effect of some process variables during incineration. The study has been focused on (I) gas phase dioxins formation during precursors thermal degradation, (II) thermal degradation of toxic organic compounds, (III) products of incomplete combustion (PICs) formation during thermal degradation of urban sludge spiked with toxic organics, (IV) PICs formation during process failure modes, (V) polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs) formation during urban sludge thermal degradation and (VI) influence of conditioning polymer on PICs emission during sludge incineration. The study about gas phase dioxins formation during precursors thermal degradation has been carried out with 2, 4, 6-trichloro- and 2, 4, 6 -tribromo-phenol that were thermal degraded at temperatures between 300 and 8000 C in an air atmosphere. Both phenols showed the formation of the same tetra-halo-dioxin isomers that were further degraded at higher temperature. Furthermore, chlorine-containing dioxins showed higher thermal stability than bromine-containing dioxins. The study about thermal degradation of toxic organic compounds has been carried out with chlorobenzene, tetrachloroethylene and toluene that were thermal degraded at temperatures between 300 and 10000C in an inert as well as air atmosphere. Results show that in all experimental conditions tetrachloroethylene and toluene are the most and less thermal stable compounds respectively. Also, all compounds are more thermal resistant during pyrolytic experiments and less thermal resistant when they are treated as a whole mixture. The study about PICs formation during thermal degradation of urban sludge spiked with toxic organics has been carried out by thermally degrading urban sludge alone or spiked with the above reported three organics at different conditions of temperature and oxygen concentration. Results show that the presence of the three organics doesn't alter the number and quantity of PICs emitted. The sludge presence caused a decrease and an increase of tetrachloroethylene and toluene thermal stability respectively while that of chlorobenzene remains constant. The study about PICs formation during process failure modes has been carried out by simulating three process failure modes (thermal, mixing and residence time) during sludge incineration. Results show that temperature is the principal variable controlling emissions. In fact, below 7000 C a great number of PICs are emitted at all oxygen concentrations. At higher temperatures oxygen concentration (mixing failure mode) controls the emissions causing a great number of PICs to be formed even at 11000 C with a low air concentration. Finally, when proper temperature and oxygen concentration values are reached, the influence of residence time becomes evident causing a PICs decrease from 2 to 3 s. The study about PAHs formation during urban sludge thermal degradation has been carried out by thermally degrading urban sludge at various conditions of temperature and oxygen concentration. Results show that PAHs are mainly formed at 10000 C and low oxygen concentration. In particular, bene zene is formed in concentration 100 times higher than anthracene, fluorene and cyano-naphthalene, and 10 times higher than naphthalene, benzonitrile, acenaphthylene, fluoranthene, phenanthrene and pyrene. The study about influence of conditioning polymer on PICs emission during sludge incineration has been carried out by thermally degrading a conditioning polymer (Percol 787), alone or spiked onto urban sludge at various dosages (75-300 ppm), at different conditions of temperature and oxygen concentration. Results show that the conditioning polymer alone gives rise to a great number of PICs that are completely masked by its dilution in the sludge

Abstract (Italian)

In questa nota sono riportati i risultati di una sperimentazione in scala laboratorio, effettuata con una strumentazione denominata System for Thermal Diagnostic Studies (STDS), riguardo lo studio dell'influenza di alcuni parametri di processo durante l'incenerimento. In particolare le problematiche prese in considerazione sono (I) la formazione di diossine in fase gas da precursori, (II) la degradazione termica di composti organici tossici, (III) la formazione di prodotti di combustione incompleta (PIC) nella degradazione termica di fanghi urbani miscelati a composti tossici, (IV) l'effetto di disfunzioni sulla produzione di PIC, (V) la formazione di idrocarburi policiclici aromatici (IPA) nella combustione di fanghi urbani e (VI) l'influenza sulle emissioni del polielettrolita utilizzato nel condizionamento dei fanghi. Lo studio sulla formazione di diossine in fase gas da precursori e' stato effettuato utilizzando il 2, 4, 6-tricloro- e 2, 4, 6,-tribromo-fenolo che sono stati degradati termicamente a temperatura comprese tra 300 e 8000C in un'atmosfera di aria. Per entrambi i fenoli si e' ottenuta la formazione predominante degli stessi isomeri di diossine tetra-alogenate che venivano ulteriormente degradate a temperature piu' elevate. In particolare, le diossine clorurate sono risultate termicamente piu' resistenti di quelle bromurate. Lo studio sulla degradazione termica di composti organici tossici e' stato effettuato degradando termicamente clorobenzene, tetracloroetilene e toluene in un'atmosfera inerte o ossidativa. I risultati hanno mostrato che in tutte le condizioni sperimentali il tetracloroetilene e il toluene sono rispettivamente il composto termicamente piu' o meno stabile. Inoltre, tutt i composti sono piu' difficilmente degradabili in condizioni pirolitiche e sono meno stabili quando sono presenti in miscela. Lo studio sulla formazione di PIC nella degradazione termica di fanghi urbani miscelati a composti tossici e' stato effettuato degradando termicamente fango urbano da solo o addizionato con clorobenzene, tetracloroetilene e toluene in diverse condizioni di temperatura e di concentrazione di ossigeno. I risultati hanno mostrato che la presenza dei tre composti non altera il numero e la quantita' di PIC prodotti e che in presenza di fango la stabilita' termica del toluene aumenta, quella del tetracloroetilene diminuisce mentre il clorobenzene non appare influenzato dalla presenza della matrice fangosa. Lo studio sull'effetto di disfunzioni sulla produzione di PIC e' stato effettuato simulando opportunamente, durante la degradazione termica del fango, alcune disfunzioni di processo (termica, di miscelamento e di tempo di residenza). I risultati hanno mostrato che la temperatura risulta il parametro che maggiormente controlla le emissioni, un suo abbassamento al di sotto del limite di 7000 C determina un effetto molto rilevante. Quando la temperatura e' superiore a questo limite si osserva una notevole influenza della concentrazione di ossigeno (disfunzione di mescolamento). Infatti, anche a temperatura di 11000 C possono osservarsi un gran numero di PIC se l'eccesso d'aria non risulta sufficiente. Quando invece le condizioni di temperatura ed eccesso d'aria sono ottimali, e' stato possibile evidenziare anche l'effetto del tempo di permanenza del reattore: a 8000 C e con un ecceso d'aria del 160% il numero e l'intensita' dei PIC diminuiscono sensibilmente passando da 2 a 3 s. Lo studio sulla formazione di IPA nella combustione di fanghi urbani e' stato effettuato degradando termicamente fango urbano in diverse condizioni di temperatura e di concentrazione di ossigeno. I risultati hanno mostrato che la formazione di IPA ha luogo soprattutto in condizioni di bassa concentrazione di ossigeno a 10000 C. Il benzene e' presente nelle emissioni a livelli sensibilmente superiori agli altri composti (valori pari a circa 100 volte quelli di antracene, fluorene e ciano-naftalene e valori pari a 10 volte quelli di naftalene, benzonitrile, acenaftilene, fluorantene, fenantrene e pirene). Lo studio sull'influenza del condizionamento con polielettrolita sulle emissioni e' stato effetuato degradando termicamente un polielettrolita sulle emissioni e0 stato effettuato degradando termicamente un polielettrolita (Percol 787), da solo o addizionato a fango urbano a vari dosaggi (75-300 ppm), in diverse condizioni di temperatura e di concentrazione di ossigeno. I risultati hanno mostrato che il polielettrolita puro da' luogo ad un numero piuttosto rilevante di PIC ma la sua diluizione con il fango e' tale che i PIC prodotti dal fango per la loro elevata intensita' mascherano completamente quelli del composto puro

Additional details

Additional titles

Original title (Italian)
Distruzione e formazione di microinquinanti organici nel processo di incenerimento

Publishing Information

Journal Title
Quaderni - Istituto di Ricerca sulle Acque
Journal Issue
no.115
Journal Page Range
p. 124-159
ISSN
0390-6329
CODEN
QIRADG

Conference

Title
Meeting on Thermal processes with energy recovery for sludge and special or hazardous waste disposal
Dates
2000
Place
Bari (Italy)

INIS

Country of Publication
Italy
Country of Input or Organization
Italy
INIS RN
33002070
Subject category
S54: ENVIRONMENTAL SCIENCES;
Resource subtype / Literary indicator
Conference
Descriptors DEI
AIR POLLUTION MONITORING; AIR POLLUTION MONITORS; COMBUSTION; INCINERATORS; ORGANIC COMPOUNDS; POLLUTANTS; WASTE MANAGEMENT
Descriptors DEC
CHEMICAL REACTIONS; MANAGEMENT; MEASURING INSTRUMENTS; MONITORING; MONITORS; OXIDATION; THERMOCHEMICAL PROCESSES