固體廢物焚燒二惡英的生成機制及其控制技術

1、固體廢物焚燒二惡英的生成機制及其控制技術 固體廢物焚燒二惡英的生成機制及其控制技術【摘要】城市固體廢物焚燒是二惡英的重要排放源。雖然固體 廢物焚燒系列中二惡英的控制最近得以發(fā)展, 降低了二惡英的排放, 但是二惡英的排放仍然是一個嚴重問題。為了減少二惡英的排放,有 必要研究二惡英的生成機理、影響因素和控制技術。本文分析了固體 廢物焚燒二惡英的生成機制，研究探討了固體廢物焚燒過程中二惡英 的控制技術。【關鍵詞】固體廢物焚燒二惡英生成機制控制技術中圖分類號：V444.3+8文獻標識碼：A文章編號：二惡英屬高度持久性化合物, 會在空中漂浮被人體吸入, 通過 降雨使水域、土壤受到污染, 還可在該環(huán)境中生

2、活的動植物體內(nèi)富積, 人吃這些動植物時, 二惡英也同時被攝入。固體廢物焚燒過程是環(huán)境 二惡英的主要來源, 鑒于我國不斷增加的醫(yī)療及工業(yè)廢物焚燒和籌 建中的生活垃圾焚燒都是潛在的二惡英排放源, 應深入研究固體廢 物焚燒過程中二惡英產(chǎn)生機理及污染控制技術, 設立監(jiān)控機構(gòu), 以 保障人民群眾的身體健康和環(huán)境生態(tài)安全。一、固體廢物焚燒二惡英的生成機制1、二惡英的生成機理日常生活所用的膠袋，PVC （聚氯乙烯）軟膠等物質(zhì)都含有氯， 燃燒這些物品時便會釋放出二惡英，懸浮于空氣中。另外，電視機不 及時清理，電視機內(nèi)堆積起來的灰塵中，通常也會檢測出溴化二惡英。 而且含量較高，平均每克灰塵中，就能檢測出4.1“

3、g溴化二惡英。生活垃圾焚燒過程中二惡英的生成機理比較復雜，主要形成于垃 圾燃燒和煙氣冷卻兩個階段。由于城市生活垃圾中多含氯的有機化合 物，該類化合物會在煙氣中所含的 CuCl2、FeCl3 催化條件下，與 O2、 HCl等氧化物反應生成二惡英。當在850C以上、爐膛高溫區(qū)域停留 時間不小于 2s 時，約 99. 9%的二惡英會分解形成二惡英前體物質(zhì)， 但是這種前體物質(zhì)在300500C溫度區(qū)間時，會繼續(xù)在煙氣中反應生 成二惡英。目前，普遍認為產(chǎn)生二惡英的過程，主要存在以下兩種機理：攜帶著過渡金屬元素和有機氯化合物的垃圾在焚燒爐內(nèi)高溫 分解后，能夠產(chǎn)生分子氯和游離基氯以及各種二惡英的前驅(qū)物。在燃

4、燒過程中二惡英的前驅(qū)物，其中主要有不完全燃燒產(chǎn)物(PIC)類前驅(qū) 物，如聚氯乙烯、氯苯、多氯苯、二氯丁烯、環(huán)戊烯等，通過分子重 排、自由基縮合、脫氯或其他分子反應等過程生成二惡英。由于燃燒 不充分，煙氣中存在過多的未燃燼物質(zhì)，當在300500C的溫度下 遇到適量的觸媒物質(zhì)(如銅)時，已經(jīng)分解的二惡英又重新生成。殘留在飛灰中未燃盡的炭和由于吸附作用等原因，存在于飛 灰表面的各種碳氫化合物，發(fā)生部分氧化和環(huán)化反應，形成多環(huán)芳烴 化合物，這些多環(huán)芳烴化合物再被氯化產(chǎn)生二惡英。這種方式稱之為 新規(guī)合成機理。在二惡英的形成過程中，究竟哪種機理占主要作用，取決于具體 的爐型、工作狀態(tài)及燃燒條件。2、二惡英

5、的傳播方式 二惡英進入環(huán)境以后，要經(jīng)過各種各樣的遷移轉(zhuǎn)化作用，對人體 產(chǎn)生危害，這個過程非常的復雜。如圖1 為從產(chǎn)生到對人體產(chǎn)生危害 的遷移轉(zhuǎn)化途徑。圖 1 二惡英的傳播方式 危險廢物源指二惡英產(chǎn)生的地點，目前常見的危險廢物處置方式 有焚燒、填埋、堆放、荒地傾倒和水體排放等等。不同的方法造成的 二惡英釋放速率具有不同的釋放速率及途徑。固體廢物處置過程中， 廢物中的二惡英由處置點直接進入大氣，進入水體，并通過這幾種途 徑遷移擴散，二惡英在遷移轉(zhuǎn)化過程中，會發(fā)生降解與富集反應，導 致在人群活動范圍內(nèi)形成二惡英的濃度場分布，使人群處在有毒物質(zhì) 污染的環(huán)境中，人體通過呼吸作用，飲水和食物消耗以及皮膚接

6、觸等 方式攝入這些二惡英，從而對健康產(chǎn)生損害，產(chǎn)生毒性效應、致癌性 和非致癌性等不同危害。二、固體廢物焚燒過程中二惡英的控制技術 固體廢物中含有氯源、有機質(zhì)及重金屬，因此固體廢物焚燒產(chǎn)物 中常含PCDD/Fs。控制焚燒過程產(chǎn)生PCDD/Fs，可從控制來源、減少 二惡英的爐內(nèi)形成、避免爐外低溫區(qū)再合成以及去除 4 個方面來考 慮。1、控制來源通過廢物分類收集，加強資源回收，避免含 PCDD/Fs 物質(zhì)及含 氯成分高的物質(zhì)（如 PVC 塑料等）進入垃圾中。廢棄物通過分選后 制成衍生燃料，其粒度、組成和熱值相近，金屬含量低，燃燒產(chǎn)生的 二惡英較少。2、減少二惡英的爐內(nèi)形成 優(yōu)化燃燒過程以減少二惡英的

7、爐內(nèi)形成，并分解固體廢物本身所含二惡英。二惡英的最終排放將取決于生成和破壞的速率，破壞二惡 英所需的活化能比其生成所需的活化能要高。減少爐內(nèi)形成可以通過 控制燃燒溫度、停留時間和過剩空氣系數(shù)，投加抑制劑等來實現(xiàn)。（1）在良好組織的燃燒條件下，焚燒爐燃燒室應保持足夠的燃 燒溫度（不低于850C ）及氣體停留時間（不少于2s）,確保廢氣中 具有適當?shù)难鹾浚ㄗ詈迷?%12%之間），使固體廢物在焚燒爐中 完全充分燃燒，達到分解破壞垃圾內(nèi)含有的PCDD/Fs,并降低飛灰中 的殘?zhí)剂亢颓膀?qū)物的含量，避免生成二惡英。（2）通過投加抑制劑來控制二惡英的生成。（3）利用自控系統(tǒng)，因為二惡英本身的監(jiān)測既費時又昂

8、貴，需 要一套高分辨率的精密 GC/MS 系統(tǒng)。燃燒過程的優(yōu)化可以通過應用 氯苯等可替代化合物的在線檢測來預測二惡英生成，并及時優(yōu)化焚燒 參數(shù)。3、避免爐外低溫區(qū)再合成大量新生成的 PCCD/F 是在焚燒爐尾部低溫區(qū)飛灰上形成的，這 種爐外再合成現(xiàn)象，多發(fā)生在鍋爐內(nèi)（尤其在節(jié)熱器的部位）或在粒 狀污染物控制設備前，應縮短煙氣在處理和排放過程中處于200 400C溫度域的時間?？赏ㄟ^迅速降低煙氣的溫度以及向煙氣噴水促 冷等措施來控制二惡英的生成。Doris Schuler等在德國VERONA焚燒試驗廠研究了鹵代二惡英 和其它鹵素化合物的形成，采用固定爐排和分離的后燃室，用木材和 丙烷作基本燃料，

9、控制加入不同劑量的含Br、Cl和Cu的化合物。 試驗發(fā)現(xiàn)后燃室質(zhì)量（不漏風）的重要性：后燃室少量的漏風雖沒有 導致高的CO濃度和溫度下降及02和CO2濃度的變化，但足以造成 二惡英的急劇上升，并發(fā)現(xiàn)熱交換器中PBDD/Fs生成速率比PCDD/Fs 高420倍。后燃室質(zhì)量確保時，發(fā)現(xiàn)不同焚燒階段的氯酚PCPh）、 氯苯（PCBz）與熱交換器后PCDD/Fs濃度之間并不緊密相關；但熱 交換器中PCPh、PCBz和PCDD/Fs產(chǎn)率之間存在強相關性，表明熱交 換器是鹵代二惡英通過de novo合成反應再生成的主要環(huán)節(jié)。4、二惡英去除（1）尾氣中二惡英凈化。煙氣中PCDD/Fs排放強度依賴于顆粒 濃度

10、，而顆粒濃度受氣體凈化程度的影響。近年來，工程上普遍采用半干式洗氣塔與布袋除塵器搭_配的方 式。在干式處理流程中，最簡單的方法為噴入活性炭粉或焦炭粉，以 吸附及去除煙氣中的PCDD/Fs。通過多機理組合在煙氣凈化中同時高效去除多種污染物，達到經(jīng) 濟合理，是目前研究的熱點。Lars D.Hylander等在瑞典Uppsala采用3階段工藝凈化焚燒 煙氣，ESP去除大部分灰分一濕式洗滌去除大部分水溶性氣體 Filsorption單元去除剩余的顆粒及氣相污染物。Filsorption工 藝包括添加劑注入、吸附、化學反應及布袋過濾。20a的運行表明， 在有效去除煙氣中Hg的同時，二惡英也得到有效去除。排放煙氣中 二惡英濃度為0.0lng/Nm3，3階段二惡英總?cè)コ蔬_99.9%。Marcel Goemans 等在比利時 Flemish 焚燒廠，Carl- Johan 等 在瑞典Kumla 一家危險廢物焚燒廠都對二惡英的去除進行了研究。（2）飛灰中二惡英去除。垃圾焚燒爐飛灰屬于危險廢棄物，須 作進一步處理?？墒癸w灰再循環(huán)，飛灰首先通過高溫燃燒區(qū)，附著在 飛灰表面的二惡英在高溫燃燒區(qū)內(nèi)再次分解，飛灰中的不完全燃燒產(chǎn) 物再次進行燃燒