垃圾焚燒過程中的四大類污染物詳解：成因與控制措施

1、垃圾焚燒過程中的四大類污染物詳解：成因與控制措施環(huán)保面前，沒有旁觀者“在垃圾焚燒被廣泛應用于生活垃 圾處理的同時，其潛在的二次污染問題受到越來越多的關注， 近年來，由此引發(fā)的“鄰避運動”屢屢發(fā)生，垃圾焚燒項目陷 入“一鬧就?！钡膶擂尉车?。 但是，在當前“垃圾圍城”的嚴峻形式下，建設垃圾焚燒廠幾 乎是不可避免。那么，垃圾焚燒過程中究竟會釋放出哪些污 染物 ?垃圾焚燒廠如何控制這些污染物的排放?所謂“世紀之毒”二噁英的排放是否可控 ?1 城市生活垃圾焚燒過程中的危害物質分析 城市生話垃圾焚燒處理的目的是治理城市生活垃圾污染，但 由于資金、技術等局限，多數焚燒廠只偏重于垃圾焚燒，未 配套熱能利用及符

2、合環(huán)保要求的污染凈化設施，從而形成二 次污染，這包括垃圾焚燒后排放的廢氣、燃燒后的灰渣、飛 灰、工藝處理后的廢水及惡臭、噪聲污染等，尤其是煙氣排 放的污染。 “垃圾焚燒煙氣污染物以氣態(tài)或固態(tài)形式存在， 一 般分為四類：酸性氣態(tài)污染物、不完全燃燒的產物、顆粒污 染物和重金屬污染物。 以處理能力 500t/d 的大型垃圾焚燒爐 為例，額定工況下正常運行，其配套的余熱鍋爐出口處煙氣流量約（80000100000）Nm3/h，溫度約190240 C,煙氣 中污染物典型成份及濃度如表 1 。表 1 煙氣污染物的濃度 （單 位： mg/Nm3)1.1 酸性氣體焚燒煙氣中的酸性氣體主要由SOx 、NOx 、

3、HCl 、HF 組成，均來源于相應垃圾組分的燃燒。SOx 由含硫化合物焚燒時氧化所致，大部分為 SO2 。NOx 包括 NO 、 NO2 、N2O3 等，主要由垃圾中含氮化合物 分解轉換或由空氣中的氮在燃燒過程中高溫氧化生成。 HF 由含氟塑料燃燒產生。HCl 來源于垃圾中的有機氯化物和無機氯化物：(1) 含氯有機物如 PVC 塑料、橡膠、皮革等高溫燃燒時分解生成 HCl; (2)大量的無機氯化物 NaCl 、MgCl2 等與其它物質反應也會 產生 HCl ，如：H20+2NaCI+S02+0.50h - Na2SO4+2HCI , 這是垃圾焚燒爐煙氣中 HCl 的主要來源。各類酸性氣體中，

4、以 HCI 的生成量最多， 危害最大。 常溫下， HCI 為無色氣體， 有刺激性氣味，極易溶于水而形成鹽酸。 HCI 對人體的危害 很大，能腐蝕皮膚和粘膜，致使聲音嘶啞，鼻粘膜潰瘍，眼 角膜混濁，咳嗽直至咯血，嚴重者出現肺水腫以至死亡。對 于植物， HCI 會導致葉子褪綠，進而出現變黃、棕、紅至黑 色的壞死現象。焚燒產生的酸性氣體除污染環(huán)境外，還會對 焚燒爐膛及其配套的熱能回收鍋爐造成過熱器高溫腐蝕和 尾部受熱面的低溫腐蝕。 1.2 微量有機化合物主要是垃圾中 的氯、碳水化合物等在特殊溫度場和特殊觸媒作用下反應生 成的微量有機化合物， 如多環(huán)芳烴 (PAHs) 、多氯聯(lián)苯 (PCBs) 、 甲

5、醛、二惡英 (PCDD) 及呋喃 (PCDF) 等。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署于 20 世紀末公布的報告中指出，垃圾焚 燒是二噁英的來源之一。估計在全球范圍內，由垃圾焚燒爐 排放出的二噁英約占總排放量的10%40%。垃圾本身可能含有微量成分的二噁英，但主要是焚燒過程中形成的。 二噁英形成途徑可以歸納為： 1 )攜帶著過渡金屬元素和有機 氯化合物的垃圾在焚燒爐內高溫分解后，能夠產生分子氯和 氯游離基以及各種二噁英的前驅物，它們通過分子重排、自 由基縮合、脫氯或其它分子反應等過程形成二噁英 ; 2)由于燃燒不充分， 煙氣中存在過多的未燃燼物質， 如殘?zhí)迹?并與適量的觸媒物質， 主要是過渡金屬， 特別是銅，在

6、 300 500 C的溫度環(huán)境下，使高溫燃燒中已經分解的二噁英重新 生成。二噁英、呋喃等有機化合物在常溫下穩(wěn)定， 難溶于水， 易溶于脂肪并在生物體內積累，不僅具有致癌性，還具有生 殖毒性、內分泌毒性和免疫抑制作用。其中 2， 3， 7， 8- 四 氯二苯并二惡英是目前人類發(fā)現的最毒的物質。 我國于 2014 年7 月 1 日起實施的生活垃圾焚燒污染控制標準 (GB18485-2014) 規(guī)定二噁英的排放標準為 0.1ng-TEQ/m3 。 1.3 重金屬垃圾焚燒煙氣中的金屬化合物一般由垃圾中所含 的金屬氧化物和鹽類組成。這些金屬來源于垃圾中的油漆、 電池、燈管、化學溶劑、廢油、油墨等，其中含有

7、汞、鎘、 鉛等微量有害元素。重金屬在焚燒過程中不能被生成和破壞， 它們將發(fā)生遷移和轉化，最后幾乎以相同的數量排入環(huán)境， 最終通過大氣、 飲水、食物等渠道為人體所攝取而造成危害。 在焚燒過程中，揮發(fā)態(tài)的重金屬及其化合物隨著煙氣離開焚 燒區(qū)域后將經歷冷凝過程，形成直徑很小的顆粒，這些富集 了有毒金屬的細小顆粒會被排放到大氣中，亦會一直停留在 灰燼及其它殘余物內。垃圾焚燒排放粉塵中所含的重金屬主 要存在于可吸入顆粒物中，這些粉塵可溶于水和酸中。重金 屬不能被微生物分解且能在生物體內富集，或形成其它毒性 更強的化合物，對人體的組織器官產生致癌、致變作用。目 前隨著空氣污染控制技術的不斷改良，除汞外焚燒

8、爐煙氣中 的重金屬含量已大為降低。然而，現代化焚燒爐所排放的重 金屬數量，仍有可能在環(huán)境和人體中累積起來。并且煙氣中 重金屬的含量降低將意味著更多的重金屬進入灰燼中，當灰 燼隨意被棄置時仍會造成環(huán)境污染。 1.4 煙塵主要是煙氣中 夾帶的不可燃物質及燃燒產物。垃圾中可燃組分因燃燒不完 全會形成黑煙，黑煙中含有大量的碳粒子，對人體危害大的 重金屬主要集中于小于 3m的顆粒物中。2垃圾焚燒煙氣 污染控制 垃圾焚燒生成的污染物來源于垃圾組分，其存在形式及數量 與焚燒條件和凈化系統(tǒng)密切相關。從污染物的產生及其排放 過程看，控制垃圾焚燒產生的二次污染可以采取以下措施。2.1 垃圾的收集與預處理按照 生活

9、垃圾焚燒污染控制標準 (GB18485-2014) 的要求，危險廢物不得進入生活垃圾焚燒廠 處理，因此要控制污染物的產生，必須從源頭上加以避免， 所以應積極開展垃圾分類收集，通過分類收集或預分揀控制 生活垃圾中氯和重金屬含量高的有害物質進入垃圾焚燒廠。2.2 控制煙氣污染物的產生根據煙氣污染物的形成機理，控 制垃圾焚燒條件，使燃燒處于良好狀態(tài)，減少有害物質的生 成。2.2.1 運用合適的爐膛和爐排結構，使垃圾在焚燒爐得以充 分燃燒。而衡量垃圾是否充分燃燒的指標之一是煙氣中 CO 的濃度， CO 濃度越低說明燃燒越充分，比較理想的 CO 濃 度指標是低于 60mg/m3 。2.2.2 控制焚燒爐

10、內煙氣出口溫度 不低于850C,煙氣在爐膛及二次燃燒室內的停留時間不小 于 2s，O2 的濃度不少于 6% ，并合理控制助燃空氣的風量、 溫度和注入位置。 2.2.3 由于 NOx 在高溫充分氧化的條件下 更易生成，與減少二惡英的控制條件矛盾，一般在燃燒實際 運行中保證在垃圾可燃組分充分燃燒的基礎上， 再兼顧 NOx 的產生?，F在普遍處理措施是在煙氣處理系統(tǒng)中增加脫硝裝 置。 3.煙氣凈化處理煙氣凈化系統(tǒng)是城市生活垃圾焚燒污染 控制的關鍵，煙氣凈化后各種污染物的排放濃度應達到新國 標的規(guī)定。 目前國內煙氣凈化普遍采用半干法+干法+活性炭吸附 +布袋除塵工藝。分為兩步：第一步脫酸，除去酸性氣體

11、;第二步除塵，收集顆粒物、重金屬和二噁英類有機物。 3.1 除塵除塵器是煙氣凈化系統(tǒng)的末端設備。國標GB18485-2014 中規(guī)定生活垃圾焚燒爐除塵裝置必須采用袋 式除塵器。袋式除塵器不僅收捕一般顆粒物，而且能收除揮 發(fā)性重金屬或其氯化物、硫酸鹽或氧化物凝結成直徑w0.5 ym的氣溶膠，還能收除吸附在灰分或活性炭顆粒上的二惡英等 有機類污染物。袋式除塵系統(tǒng)中的布袋是由玻璃纖維制成濾布，對尾氣進行 過濾，達到除塵及吸附二噁英的目的。煙塵顆粒在濾布表面 堆積形成致密的薄層，因此布袋式除塵器對粉塵去除率一般 都很高。受布袋玻璃纖維的耐熱強度限制，尾氣溫度一般須 控制在250C左右，低于二噁英的再合

12、成溫度。3.2二惡英類和重金屬污染物的去除二噁英及重金屬在飛灰和爐渣中 的比例差別很大。由于飛灰的比表面積很大，對二噁英有很 強的吸附作用，導致飛灰中二噁英濃度很高，通常占焚燒過 程二惡英總排放量的 70% 左右。而大部分的重金屬 (>70%) 都仍留存于爐渣中，僅 Hg 和 Cd 在高溫下?lián)]發(fā)，進入飛灰 中或小部分隨焚燒煙氣排放。為提高煙氣中二噁英類和重金屬污染物的去除率，可以采取以下方法：(1)減少煙氣在200350 C溫度域的停留時間，有利于減少二噁英類污染物再次生成，控制除塵器入口煙氣溫度低于200C,有利于有機類及重金屬污染物的脫除，即在 設計和運行中采用“溫度控制” ;(2)

13、 在噴霧反應塔和除塵器之 間，通過混粉器在煙氣中噴入活性炭或多孔性吸附劑，可吸 附二噁英類和重金屬污染物，再用布袋除塵器捕集。 3.3 酸 性氣體的去除酸性氣體 HCl 、SOx 、HF 通常利用 Ca(OH)2 、 NaOH 等堿性物質采用濕法、干法或半干法中和吸收去除。 其中，濕法技術效率高， 可達 97% 以上，但有大量污水排出， 造成再次污染。干法技術無污水排放，但脫除效率僅達 60%70%。半干法技術有較高的脫除效率 (可達90%左右)， 藥品用量少，且無污水排放，因此為煙氣脫酸的主要適用技 術。 半干法脫酸裝置包括給料系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和反應系統(tǒng)，一般 設置在除塵器之前。脫酸劑 CaO

14、 在給料系統(tǒng)制成粉狀 Ca(OH)2 ，再進入混合系統(tǒng)與煙氣、少量的水充分混合，最 后以噴霧狀進入反應系統(tǒng)。 HCl 、SOx 、HF 等酸性成分被吸 收，生成中性、干燥的細小固體顆粒，隨煙氣進入下一步凈 化系統(tǒng)。主要反應有： 2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2OSO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2 O 半干法工藝要充分考慮固體物質的干燥問題，防止固體物 質在收集時發(fā)生堵塞與粘附。 3.4 脫硝常采用氨接觸還原法 來控制 NOx 的排放。起還原作用的氨水與煙氣中的 NOx 反 應， 在充當催化劑的活性炭的作用下， NOx 被還原為無害的 氮氣和水。 NOx 的排放量可減少 90% 以上，脫硝效果好。 化學反應如下： 4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O6NO2+8NH3=7N2+12H2O3.5 灰渣處理除塵設備