固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术

1、固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术 固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术【摘要】城市固体废物焚烧是二恶英的重要排放源。虽然固体 废物焚烧系列中二恶英的控制最近得以发展, 降低了二恶英的排放, 但是二恶英的排放仍然是一个严重问题。为了减少二恶英的排放,有 必要研究二恶英的生成机理、影响因素和控制技术。本文分析了固体 废物焚烧二恶英的生成机制，研究探讨了固体废物焚烧过程中二恶英 的控制技术。【关键词】固体废物焚烧二恶英生成机制控制技术中图分类号：V444.3+8文献标识码：A文章编号：二恶英属高度持久性化合物, 会在空中漂浮被人体吸入, 通过 降雨使水域、土壤受到污染, 还可在该环境中生

2、活的动植物体内富积, 人吃这些动植物时, 二恶英也同时被摄入。固体废物焚烧过程是环境 二恶英的主要来源, 鉴于我国不断增加的医疗及工业废物焚烧和筹 建中的生活垃圾焚烧都是潜在的二恶英排放源, 应深入研究固体废 物焚烧过程中二恶英产生机理及污染控制技术, 设立监控机构, 以 保障人民群众的身体健康和环境生态安全。一、固体废物焚烧二恶英的生成机制1、二恶英的生成机理日常生活所用的胶袋，PVC （聚氯乙烯）软胶等物质都含有氯， 燃烧这些物品时便会释放出二恶英，悬浮于空气中。另外，电视机不 及时清理，电视机内堆积起来的灰尘中，通常也会检测出溴化二恶英。 而且含量较高，平均每克灰尘中，就能检测出4.1“

3、g溴化二恶英。生活垃圾焚烧过程中二恶英的生成机理比较复杂，主要形成于垃 圾燃烧和烟气冷却两个阶段。由于城市生活垃圾中多含氯的有机化合 物，该类化合物会在烟气中所含的 CuCl2、FeCl3 催化条件下，与 O2、 HCl等氧化物反应生成二恶英。当在850C以上、炉膛高温区域停留 时间不小于 2s 时，约 99. 9%的二恶英会分解形成二恶英前体物质， 但是这种前体物质在300500C温度区间时，会继续在烟气中反应生 成二恶英。目前，普遍认为产生二恶英的过程，主要存在以下两种机理：携带着过渡金属元素和有机氯化合物的垃圾在焚烧炉内高温 分解后，能够产生分子氯和游离基氯以及各种二恶英的前驱物。在燃

4、烧过程中二恶英的前驱物，其中主要有不完全燃烧产物(PIC)类前驱 物，如聚氯乙烯、氯苯、多氯苯、二氯丁烯、环戊烯等，通过分子重 排、自由基缩合、脱氯或其他分子反应等过程生成二恶英。由于燃烧 不充分，烟气中存在过多的未燃烬物质，当在300500C的温度下 遇到适量的触媒物质(如铜)时，已经分解的二恶英又重新生成。残留在飞灰中未燃尽的炭和由于吸附作用等原因，存在于飞 灰表面的各种碳氢化合物，发生部分氧化和环化反应，形成多环芳烃 化合物，这些多环芳烃化合物再被氯化产生二恶英。这种方式称之为 新规合成机理。在二恶英的形成过程中，究竟哪种机理占主要作用，取决于具体 的炉型、工作状态及燃烧条件。2、二恶英

5、的传播方式 二恶英进入环境以后，要经过各种各样的迁移转化作用，对人体 产生危害，这个过程非常的复杂。如图1 为从产生到对人体产生危害 的迁移转化途径。图 1 二恶英的传播方式 危险废物源指二恶英产生的地点，目前常见的危险废物处置方式 有焚烧、填埋、堆放、荒地倾倒和水体排放等等。不同的方法造成的 二恶英释放速率具有不同的释放速率及途径。固体废物处置过程中， 废物中的二恶英由处置点直接进入大气，进入水体，并通过这几种途 径迁移扩散，二恶英在迁移转化过程中，会发生降解与富集反应，导 致在人群活动范围内形成二恶英的浓度场分布，使人群处在有毒物质 污染的环境中，人体通过呼吸作用，饮水和食物消耗以及皮肤接

6、触等 方式摄入这些二恶英，从而对健康产生损害，产生毒性效应、致癌性 和非致癌性等不同危害。二、固体废物焚烧过程中二恶英的控制技术 固体废物中含有氯源、有机质及重金属，因此固体废物焚烧产物 中常含PCDD/Fs。控制焚烧过程产生PCDD/Fs，可从控制来源、减少 二恶英的炉内形成、避免炉外低温区再合成以及去除 4 个方面来考 虑。1、控制来源通过废物分类收集，加强资源回收，避免含 PCDD/Fs 物质及含 氯成分高的物质（如 PVC 塑料等）进入垃圾中。废弃物通过分选后 制成衍生燃料，其粒度、组成和热值相近，金属含量低，燃烧产生的 二恶英较少。2、减少二恶英的炉内形成 优化燃烧过程以减少二恶英的

7、炉内形成，并分解固体废物本身所含二恶英。二恶英的最终排放将取决于生成和破坏的速率，破坏二恶 英所需的活化能比其生成所需的活化能要高。减少炉内形成可以通过 控制燃烧温度、停留时间和过剩空气系数，投加抑制剂等来实现。（1）在良好组织的燃烧条件下，焚烧炉燃烧室应保持足够的燃 烧温度（不低于850C ）及气体停留时间（不少于2s）,确保废气中 具有适当的氧含量（最好在6%12%之间），使固体废物在焚烧炉中 完全充分燃烧，达到分解破坏垃圾内含有的PCDD/Fs,并降低飞灰中 的残碳量和前驱物的含量，避免生成二恶英。（2）通过投加抑制剂来控制二恶英的生成。（3）利用自控系统，因为二恶英本身的监测既费时又昂

8、贵，需 要一套高分辨率的精密 GC/MS 系统。燃烧过程的优化可以通过应用 氯苯等可替代化合物的在线检测来预测二恶英生成，并及时优化焚烧 参数。3、避免炉外低温区再合成大量新生成的 PCCD/F 是在焚烧炉尾部低温区飞灰上形成的，这 种炉外再合成现象，多发生在锅炉内（尤其在节热器的部位）或在粒 状污染物控制设备前，应缩短烟气在处理和排放过程中处于200 400C温度域的时间。可通过迅速降低烟气的温度以及向烟气喷水促 冷等措施来控制二恶英的生成。Doris Schuler等在德国VERONA焚烧试验厂研究了卤代二恶英 和其它卤素化合物的形成，采用固定炉排和分离的后燃室，用木材和 丙烷作基本燃料，

9、控制加入不同剂量的含Br、Cl和Cu的化合物。 试验发现后燃室质量（不漏风）的重要性：后燃室少量的漏风虽没有 导致高的CO浓度和温度下降及02和CO2浓度的变化，但足以造成 二恶英的急剧上升，并发现热交换器中PBDD/Fs生成速率比PCDD/Fs 高420倍。后燃室质量确保时，发现不同焚烧阶段的氯酚PCPh）、 氯苯（PCBz）与热交换器后PCDD/Fs浓度之间并不紧密相关；但热 交换器中PCPh、PCBz和PCDD/Fs产率之间存在强相关性，表明热交 换器是卤代二恶英通过de novo合成反应再生成的主要环节。4、二恶英去除（1）尾气中二恶英净化。烟气中PCDD/Fs排放强度依赖于颗粒 浓度

10、，而颗粒浓度受气体净化程度的影响。近年来，工程上普遍采用半干式洗气塔与布袋除尘器搭_配的方 式。在干式处理流程中，最简单的方法为喷入活性炭粉或焦炭粉，以 吸附及去除烟气中的PCDD/Fs。通过多机理组合在烟气净化中同时高效去除多种污染物，达到经 济合理，是目前研究的热点。Lars D.Hylander等在瑞典Uppsala采用3阶段工艺净化焚烧 烟气，ESP去除大部分灰分一湿式洗涤去除大部分水溶性气体 Filsorption单元去除剩余的颗粒及气相污染物。Filsorption工 艺包括添加剂注入、吸附、化学反应及布袋过滤。20a的运行表明， 在有效去除烟气中Hg的同时，二恶英也得到有效去除。排放烟气中 二恶英浓度为0.0lng/Nm3，3阶段二恶英总去除率达99.9%。Marcel Goemans 等在比利时 Flemish 焚烧厂，Carl- Johan 等 在瑞典Kumla 一家危险废物焚烧厂都对二恶英的去除进行了研究。（2）飞灰中二恶英去除。垃圾焚烧炉飞灰属于危险废弃物，须 作进一步处理。可使飞灰再循环，飞灰首先通过高温燃烧区，附着在 飞灰表面的二恶英在高温燃烧区内再次分解，飞灰中的不完全燃烧产 物再次进行燃烧