摘要: 介紹了二噁英在焚燒過程中的產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)環(huán)境的危害, 提出了垃圾焚燒過程中二噁英的有效控制方法。

關(guān)鍵詞: 二噁英,垃圾焚燒,污染控制

焚燒法處理并利用其余熱發(fā)電或供熱是按“三化” 原則處理城市垃圾最有前途的方法, 但垃圾焚燒廠的興建和長(zhǎng)期運(yùn)行帶來二次污染問題, 尤其是焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英的污染已引起全世界的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計(jì), 在全球范圍內(nèi), 由垃圾焚燒爐排放出的二噁英約占二噁英總排放量的10%～40%。我國政府制定二噁英排放的標(biāo)準(zhǔn)為1ngTEQ/m3 并于2003 年6 月1 日起在全國范圍內(nèi)實(shí)行, 而世界發(fā)達(dá)國家如日本、瑞士等國家二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)為0.1ngTEQ/ m3。因此, 在垃圾焚燒過程中, 必須采取有效的措施嚴(yán)格控制二噁英的產(chǎn)生和排放。

1 二噁英的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和危害

1.1 二噁英的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

二噁英(Dioxin) 是一種毒性極強(qiáng)的特殊有機(jī)化合物, 主要包括多氯代二苯并二噁英( PCDDs ) 和多氯代二苯并呋喃( PCDFs ) , 它們分別有75 種和135 種同族體。其中以2, 3, 7, 8 四氯二苯二噁英( TCDD) 毒性最大, 其毒性比氰化物大1000 倍, 比馬錢子堿大500 倍, 是目前人類發(fā)現(xiàn)的毒性最強(qiáng)的物質(zhì), 毒性當(dāng)量因子定為 1。

二噁英具有親脂性及化學(xué)穩(wěn)定性, 700°C 以上才開始分解, 易在土壤和生物體內(nèi)沉積, 在土壤中降解的半衰期為12 年, 在空氣中光化學(xué)分解的半衰期為8.3 天, 在人體內(nèi)的半衰期平均為7 年, 可以通過食物鏈中的脂質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)移和生物富集。另外, 二噁英蒸氣壓很低, 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下低于7.2×10-6Pa , 在一般環(huán)境溫度下不易從表面揮發(fā)。

1.2 二噁英的危害

二噁英主要污染空氣、土壤和水體, 進(jìn)而污染動(dòng)物、植物和水生生物。人主要是通過空氣、飲水、食物而受害。據(jù)調(diào)查, 人類90%以上的受害來自于膳食, 其中動(dòng)物性食品是主要來源。二噁英能夠?qū)е聡?yán)重的皮膚損傷性疾病, 具有強(qiáng)烈的致癌、致畸作用。1997 年世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究中心將其列為一級(jí)致癌物, 同時(shí)它還具有生殖毒性、免疫毒性和內(nèi)分泌毒性。如果人體短時(shí)間暴露于較高濃度的二噁英中, 就可能導(dǎo)致皮膚損傷, 如出現(xiàn)氯痤瘡及皮膚黑斑, 還使肝功能產(chǎn)生病變。如果長(zhǎng)期暴露則會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)、發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖功能造成損害。研究表明, 暴露于高濃度二噁英環(huán)境下的工人其癌癥死亡率比普通人群高60 個(gè)百分點(diǎn)。部分國家規(guī)定的二噁英日允許攝入量( TDI) 如表1 所示。

2 二噁英在垃圾焚燒過程中的產(chǎn)生

一般認(rèn)為, 有氯和金屬元素存在條件下的有機(jī)物燃燒均會(huì)產(chǎn)生二噁英。通過分析發(fā)現(xiàn), 城市生活垃圾中含有大量的有機(jī)氯化物( 如聚氯乙烯塑料、氯苯等) 和無機(jī)氯化物( 如氯化鈉、氯化鎂等) , 其中有機(jī)物的含量達(dá)到20%～50%, 這促使城市生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英量最大, 其次為有毒有害廢物焚燒。

二噁英產(chǎn)生途徑可歸納為兩個(gè)方面: 一方面, 氯源 ( 如PVC、氯氣、HCl 等) 、二噁英前驅(qū)物和反應(yīng)催化劑 (Cu、Fe ) 的存在, 當(dāng)爐膛溫度低于850℃, 停留時(shí)間小于 2s 時(shí), 部分有機(jī)物就會(huì)與分子氯或氯游離基反應(yīng)生成二噁英; 另一方面, 垃圾燃燒過程中和焚燒結(jié)束時(shí), 由于燃燒條件的變化導(dǎo)致二噁英的重新生成。如垃圾燃燒不充分時(shí), 煙氣中存在過多的未燃盡物質(zhì), 當(dāng)遇到適量的過渡性金屬, 特別是銅, 在300～500℃的低溫環(huán)境下, 使高溫燃燒分解的二噁英重新生成。

3 垃圾焚燒過程中二噁英的控制

3.1 焚燒前垃圾預(yù)處理

垃圾預(yù)處理的目的就是盡量減少進(jìn)入焚燒系統(tǒng)中能對(duì)二噁英的生成起作用的物質(zhì)的量, 一方面通過預(yù)分揀的方法來減少生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質(zhì)進(jìn)入垃圾焚燒系統(tǒng), 從而減少二噁英合成反應(yīng)中所需的反應(yīng)物和重金屬催化劑的量; 另一方面采用高硫煤與城市生活垃圾混燒的方法, 不但能夠提高燃燒的穩(wěn)定性而且燃燒產(chǎn)生的SO2 對(duì)二噁英的產(chǎn)生有抑制作用。

3.2 焚燒過程中改進(jìn)燃燒技術(shù)

焚燒過程中對(duì)二噁英的控制主要通過兩個(gè)途徑實(shí)現(xiàn): ①采用“3T”( temperature 、turbulence 、time ) 技術(shù), 一般溫度>850℃, 停留時(shí)間>2s , 采用二次風(fēng), 使燃燒物與空氣充分?jǐn)嚢杌旌? 造成富氧燃燒狀態(tài), 減少二噁英前驅(qū)物質(zhì)的生成。如近年美國開發(fā)的焚燒爐, 煙氣經(jīng)二次燃燒室借助輔助燃油燃燒, 溫度在1200℃左右, 經(jīng)冷卻后進(jìn)入氣體凈化器, 對(duì)二噁英去除率可達(dá)99.9%。 ②采用分段燃燒, 一段燃燒處于缺氧還原區(qū), 所產(chǎn)生的二類物質(zhì)在二次燃燒室內(nèi)徹底氧化分解, 二次燃燒室內(nèi)溫度較高, 通常在1000℃以上。研究表明, 二噁英去除率可達(dá)99.9999%。

3.3 焚燒后處理

焚燒過程中生成的二噁英在隨煙氣溫度下降的過程中大部分是以固態(tài)形式附著在飛灰顆粒表面, 小部分仍保留在氣相中。因此, 垃圾焚燒后二噁英處理包括焚燒后煙氣處理和焚燒后灰渣處理兩方面。

3.3.1 焚燒后煙氣處理

焚燒后煙氣中含有少量的二噁英, 處理方法有: ① 減少煙氣在200～350℃濃度區(qū)的滯留時(shí)間, 以減少二噁英類物質(zhì)的再次生成; ②采用燃油或燃?xì)鈱?duì)煙氣進(jìn)一步燃燒排放; ③降低排煙溫度, 使氣相中的二噁英轉(zhuǎn)移到灰相中, 然后用布袋除塵器將二噁英除去; ④煙氣通過電除塵器, 溫度保持在240～280℃處理; ⑤采用噴射中和酸性氣體成分的熟石灰或石灰漿, 與布袋除塵系統(tǒng)聯(lián)合使用, 有效去除二噁英; ⑥在煙氣中噴入活性炭或多孔性吸附劑吸附, 再用布袋除塵器捕集; ⑦垃圾焚燒流化床鍋爐系統(tǒng)中運(yùn)用濕法除塵器脫除二噁英。

通過上述方法, 煙氣中大部分二噁英能有效去除, 但⑦法中存在除塵廢水和水中的廢渣需進(jìn)一步處理的問題。

3.3.2 焚燒后灰渣處理

垃圾焚燒后二噁英被吸附在飛灰上, 隨顆粒物一起進(jìn)入灰渣系統(tǒng), 所以灰渣中二噁英的量比大氣中二噁英的量多得多, 通過對(duì)焚燒后灰渣的處理可有效減少二噁英危害?；以幚硗ǔ２捎萌廴谔幚砑夹g(shù), 即將灰渣送入溫度為1200℃以上的熔化爐內(nèi)熔化, 灰渣中的二噁英類物質(zhì)在高溫下被迅速分解和燃燒。實(shí)驗(yàn)證明, 通過灰渣熔融處理后, 二噁英類物質(zhì)的分解率達(dá)99.77%。

4 結(jié)語

針對(duì)焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英, 采取有效的措施對(duì)之加以控制, 從而更好地推進(jìn)垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展, 真正實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化、資源化和無害化。

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