文章导读
采用焚烧法处理城市固体垃圾,逐渐得到推广和应用。然而焚烧带来的二次污染物,如二噁英、细颗粒、重金属、HCl以及SOx、NOx等也随之引起了广泛关注。
一、二噁英的生成机理与控制方法
1.1二噁英的结构
二噁英是毒性很强的一类三环芳香族有机化合物,有2个或1个氧原子联接多个被氯取代的苯环,分别称为多氯二苯并二和多氯二苯并呋喃。每个苯环上可以取代1)4个氯原子。各种异构体的毒性有所差异,其中毒性最强的是2, 3, 7, 8-四氯二苯并二噁英(2, 3, 7, 8-TCDD)。
常温常压下PCDD/Fs均为固体,熔点较高,难溶于水,易溶于脂肪,所以PCDD/Fs容易在生物体内积累。对PCDD/Fs的暴露会引起皮肤痤疮、头痛、失聪、忧郁、失眠等症状。即使在很微量的情况下,长期摄取时也会致癌和致畸。
1.2 垃圾焚烧二噁英的形成
一般认为,有氯和金属存在条件下的有机物燃烧均会产生二噁英。统计发现,城市生活垃圾焚烧产生的二量最多,其次是有害废弃物焚烧和医院废弃物焚烧等。1990年,日本/二0类发生总量为3940~8405 g TEQ/Y,主要发生源如表1所示。
表1 二主要发生源和发生量
城市生活垃圾中含有20%~50%的有机物,这些有机物中大多含有碳、氢、氧3种元素。
城市生活垃圾分析结果表明,垃圾中氯元素的来源分为两类:一类是有机氯化物如聚氯乙烯塑料(PVC)、氯苯和氯酚等,主要分布在废塑料、废纸、废木料以及草木中;另一类是无机的氯化物如氯化钠、氯化镁等,主要分布在厨余、灰土等无机组分中，这些都是构成垃圾焚烧产生二噁英的最基本要素。
一般认为,垃圾焚烧产生二噁英主要有以下两个途径:
(1)炉内生成:在燃烧过程中,若缺氧燃烧,会生成二噁英的前驱物,这些前驱物与垃圾中的氯化物、O2、O离子进行复杂化学反应,生成二噁英类物质;
(2)尾部再度合成:不完全燃烧反应所生成的二噁英的前驱物以及垃圾中未燃尽的环烃物质,在烟尘中的Cu、Ni、Fe等金属粒子催化作用下,与烟气中的氯化物和发生反应,生成二噁英类物质,催化反应温度在300℃左右时,易生成二噁英类物质。
1.3二噁英的污染控制方法
1.3二噁英的污染控制方法
1.3.1 改进燃烧技术
采用/3T0(turbulence、temperature、time)技术,一般温度>850e,停留时间>2s,采用二次风,使燃烧物与空气充分搅拌混合,造成富氧燃烧状态,减少二前驱物的生成。日本某垃圾焚烧厂采用/3T0技术,使焚烧炉出口PCDD/Fs的排放量从33.1 ng/m3下降到6.1 ng/m3,效果十分明显。
也可采用分段燃烧,一段燃烧处于缺氧还原区,所产生的二噁英类物质在二次燃烧室内彻底氧化分解,二次燃烧室内温度较高,通常在1000e以上,有研究表明,二噁英去除率可达99.9999%。另外,有报道显示,采用流化床燃烧方式,由于能够很好地满足/3T0技术,可使二噁英排放量减少98%。
1.3.2 废气处理技术
在实现完全燃烧降低二噁英的前驱物合成后,下面要解决的是残存的前驱物重新合成和生成的二噁英捕集的问题。通常采用降低排烟温度,使气相中的二噁英转移到灰相中,然后使用布袋除尘器将二噁英除去。
1.3.3 灰渣熔融处理技术
通过改进燃烧和废气处理技术,最大限度减少排入大气的二噁英类物质的量,被吸附的二噁英类物质随颗粒一起进入灰渣系统中,所以灰渣中的二噁英的量比大气中的二噁英的量多得多。
垃圾破碎和燃烧过程中会产生大量的细颗粒,颗粒的粒径大小是决定其毒性作用的主要因素。实验表明,小于1.1Lm的颗粒很容易进入肺泡,被吸附在细颗粒上的有害物质会被人体吸收到血液中,颗粒粒径愈小,致突变活性愈高。
细颗粒中含重金属元素包括Hg、Pd、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Mn等,在这些污染物中含有为数可观的致癌、致突变、致畸化合物和若干有毒有害化学成分。对人体危害大的元素主要集中在小于3Lm的颗粒物中。所以,只要除掉烟气中的细颗粒,就能减少重金属的危害。
三、结论
垃圾焚烧产生的二次污染是目前国内外共同关注的问题,也是垃圾能源化利用的关键所在。本文综述了垃圾焚烧过程中各种污染物的形成机理,并且分别介绍了它们的控制方法。
生活垃圾的成分决定了焚烧烟气中污染物的原始浓度,我国的生活垃圾成分不同于国外,所以焚烧厂的烟气净化方案应根据具体情况并参考国外技术来确定。近期内我国生活垃圾焚烧烟气污染物的重点控制对象应为颗粒物、HCl、SOx和NOx,并尽可能减少有机氯化物和重金属的排放。
