南平市生活垃圾焚燒廠二噁英控制與環(huán)境影響

[摘要]以南平垃圾焚燒發(fā)電廠以為例，說明由垃圾焚燒工藝產(chǎn)生的二噁英控制機理及其對人體健康的影響。

[關(guān)鍵詞]生活垃圾二噁英控制

1前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)、社會的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，產(chǎn)生的生活垃圾量也越來越多，以消耗土地資源為代價的填埋處理方法，已無法滿足不斷增長的城市生活垃圾處理的需求。為了使有限的土地資源能夠最大的發(fā)揮作用，滿足城市發(fā)展所帶來的日益突出的城市生活垃圾污染問題，可通過垃圾焚燒實現(xiàn)城市生活垃圾處理的資源化、減量化和無害化。在工作過程中，多數(shù)公眾對項目認(rèn)可，但少數(shù)反對的公眾成為項目建設(shè)的阻力，公眾反對的主要原因是公眾對二噁英認(rèn)知度低，擔(dān)心二噁英影響人體健康。本文以南平垃圾焚燒發(fā)電廠以為例，通過二噁英產(chǎn)生機理與生活垃圾焚燒產(chǎn)生二噁英影響預(yù)測，分析二噁英對人體健康影響，引導(dǎo)公眾進(jìn)一步認(rèn)識生活垃圾焚燒廠二噁英污染問題。

南平市生活垃圾焚燒廠擬選廠址位于延平區(qū)夏道鎮(zhèn)文田村轄區(qū)內(nèi)。項目建設(shè)規(guī)模為日處理城市生活垃圾350噸建一條垃圾焚燒生產(chǎn)線，安裝一臺裝機容量為6MW的汽輪發(fā)電機，日處理垃圾350噸?？上螂娋W(wǎng)送電約31.52×106kW.h。垃圾焚燒爐運行時間按330天/年考慮，項目服務(wù)年限為20年(含建設(shè)期2年)。

2二噁英的特性與毒性

二噁英在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下呈固態(tài)，熔點約為303～305℃。二噁英極難溶于水，在常溫情況下其溶解度在水中僅為7.2×10-6mg/L。二噁英很容易溶解于脂肪，所以它容易在生物體內(nèi)積累，并難以被排出。二噁英在705℃以下時是相當(dāng)穩(wěn)定的，高于此溫度即開始分解。另外，二噁英的蒸氣壓很低，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下低于l.33×10-8Pa，這么低的蒸氣壓說明二噁英在一般環(huán)境溫度下不易從表面揮發(fā)。二噁英的毒性與異構(gòu)體結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，各異構(gòu)體濃度的綜合毒性評價方法一般以TCDDs為基準(zhǔn).利用TCDDs的毒性當(dāng)量(TEQ)來表示各異構(gòu)體的毒性，稱之為毒性當(dāng)量因子[TEF]，其他異構(gòu)體的毒性以相對毒性進(jìn)行評價，其計量單位常采用ngTEQ/m3，目前發(fā)達(dá)國家對二噁英的排放標(biāo)準(zhǔn)一般控制為0.1ngTEQ/m3。

3生活垃圾焚燒的二噁英形成機理與控制措施

3.1 生活垃圾焚燒的二噁英形成機理

在焚燒過程和化學(xué)反應(yīng)中二噁英是由苯環(huán)與氧、氯等組成的芳香族化合物，其中毒性最強的為2、3、7、8四氯聯(lián)苯(2、3、7、8PCDD)。主要形成機理為:

3.3.1 高溫合成:即高溫氣相生成PCDD在垃圾進(jìn)入焚燒爐內(nèi)初期干燥階段，除水分外含碳?xì)涑煞值牡头悬c有機物揮發(fā)后與空氣中的氧反應(yīng)生成水和二氧化碳，形成暫時缺氧狀況，使部分有機物同氯化氫(HCl)反應(yīng)，生成PCDD。

3.3.2 從頭合成:在低溫(250～350℃)條件下大分子碳(殘?zhí)?與飛灰基質(zhì)中的有機或無機氯生成PCDD。殘?zhí)佳趸瘯r，有65%～75%轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸?，約1%轉(zhuǎn)為氯苯轉(zhuǎn)變?yōu)镻CDD，飛灰中碳的氣化率越高，PCDD的生成量也越大。

3.3.3前驅(qū)物合成:完全燃燒及飛灰表面的不均勻催化反應(yīng)可形成多種有機氣相前驅(qū)物，如多氯苯酚和二苯醚，再由這些前驅(qū)物生成PCDD。高溫燃燒產(chǎn)生含鋁硅酸鹽的原始飛灰中含有不揮發(fā)過渡金屬和殘?zhí)肌ｏw灰顆粒形成了大的吸附表面。飛灰顆粒在出爐膛冷卻的同時，顆粒表面上的不完全燃燒產(chǎn)物之間，不完全燃燒產(chǎn)物與其它前驅(qū)物之間發(fā)生多種表面反應(yīng)，另一方面與不揮發(fā)金屬及其鹽發(fā)生多種縮合反應(yīng)，生成表面活性氯化物，再經(jīng)過多種復(fù)雜的有機反應(yīng)生成吸附在飛灰顆粒表面上的PCDD。

3.2 生活垃圾焚燒的二噁英控制措施

在垃圾焚燒爐中產(chǎn)生的二噁英類，在很大程度上可以通過有效的燃燒加以控制，但在此后的冷卻過程中，當(dāng)溫度在300～470℃范圍時，會重新合成，因此，控制二噁英類及其再合成的最佳方法是做到盡可能使垃圾在爐內(nèi)得到完全燃燒，使煙氣在850℃燃燒室內(nèi)停留2秒以上，并在煙氣冷卻過程中保證煙氣溫度迅速降低至200℃以下，防止二噁英類再合成。

對二噁英類等有機污染物控制措施:①每臺爐設(shè)置1套柴油燃油輔助燃燒系統(tǒng)，以保證爐溫快速達(dá)到并保持在850℃;②選用了技術(shù)成熟可靠的爐膛和爐排結(jié)構(gòu)，使垃圾在焚燒爐中得以充分燃燒。工藝中通過調(diào)整空氣流量、速度和注入位置，減少CO和元素碳，以減少二噁英的濃度。③通過良好的燃燒控制，煙氣溫度不低于850℃，煙氣在爐膛及二次燃燒室內(nèi)的停留時間不少于2s，O2濃度不少于6%，使垃圾中的原生二噁英絕大部分得以分解。④盡量縮短煙氣在處理和排放過程中處于300～500℃區(qū)域的時間，控制余熱鍋爐排煙溫度不超過200℃，煙氣除塵采用袋濾器，以便減少二噁英的再合成。⑤采用半干式中和塔/布袋除塵器相結(jié)合的煙氣處理系統(tǒng)。半干式中和塔冷卻廢氣，控制布袋除塵器入口溫度為150℃，使有害有機污染物凝結(jié)于飛灰上，布袋除塵器在集塵的同時也把這些有機物去除。同時在進(jìn)入濾袋式除塵器的煙道上設(shè)置活性炭噴射裝置，進(jìn)一步吸附二噁英。有關(guān)數(shù)據(jù)表明:噴活性炭可以對焚燒后煙氣中的二噁英類進(jìn)行有效脫除，去除效率可達(dá)到98.3%以上。

4生活垃圾焚燒的二噁英排放對人體影響分析

4.1 生活垃圾焚燒的二噁英排放濃度

正常燃燒鍋爐出口二噁英排放濃度為4.15ngTEQ/m3，噴霧反應(yīng)塔出口的二噁英排放濃度為1.1ngTEQ/m3，布袋除塵器出口的二噁英排放濃度0.1ngTEQ/m3。

4.2 二噁英攝取限量標(biāo)準(zhǔn)

對每人、每日、每公斤體重的平均二噁英攝取量也有最高限度的限制(TDI 值)。以統(tǒng)一的pgTEQ表示，世界衛(wèi)生組織1998年建議的限量標(biāo)準(zhǔn)是1～4pgTEQ/kg體重/d。

4.3 南平垃圾焚燒廠運行后二噁英預(yù)測影響分析

4.3.1預(yù)測結(jié)果

各種穩(wěn)定度下的預(yù)測結(jié)果與下風(fēng)向不同距離個人二噁英吸收增量見表1與表2。

表1下風(fēng)向二噁英濃度增量預(yù)測(單位:pgTEQ/m3)

正常排放濃度:

0.1 ngTEQ/m3風(fēng)速1.5 m/s(年均)

穩(wěn)定度BDE

200m000

400m0.000200

600m0.002700

800m0.005400

1000m0.00610.00030

1200m0.00570.00080

1400m0.0050.00160

1600m0.00430.00230.0001

1800m0.00370.00290.0002

2000m0.00310.00340.0004

事故排放濃度:

4.15 ngTEQ/m3風(fēng)速1.5 m/s(年均)

穩(wěn)定度BDE

200m000

400m0.007300

600m0.112600

800m0.22570.00150

1000m0.25280.01170

1200m0.23720.03510.0002

1400m0.20810.0660.0012

1600m0.17860.09650.0042

1800m0.15240.12170.0099

2000m0.13050.14020.0184

表2下風(fēng)向不同距離個人二噁英吸收增量(單位:pgTEQ/kg/d)

正常排放濃度:

0.1 ngTEQ/m3風(fēng)速1.5 m/s

穩(wěn)定度BDE

200m000

400m0.0000400

600m0.0005400

800m0.0010800

1000m0.001220.000060

1200m0.001140.000160

1400m0.0010.000320

1600m0.000860.000460.00002

1800m0.000740.000580.00004

2000m0.000620.000680.00008

事故排放濃度:

4.15 ngTEQ/m3風(fēng)速1.5 m/s

穩(wěn)定度BDE

200m000

400m0.0014600

600m0.0225200

800m0.045140.00030

1000m0.050560.002340

1200m0.047440.007020.00004

1400m0.041620.01320.00024

1600m0.035720.01930.00084

1800m0.030480.024340.00198

2000m0.02610.028040.00368

當(dāng)二噁英排放濃度為0.1ng/m3(正常排放):煙囪下風(fēng)向二噁英最大值出現(xiàn)在1.5m/s風(fēng)速-B穩(wěn)定度的1000m處，濃度為0.0061pgTEQ/m3，相應(yīng)于該處個人每公斤體重二噁英吸收量為0.00122pgTEQ/kg/d，小于評價所用的可耐受攝入量標(biāo)準(zhǔn)，同時低于評價所用的允許攝入量標(biāo)準(zhǔn)，占允許攝入量標(biāo)準(zhǔn)的0.3%。

當(dāng)排放的二噁英濃度為4.15ng/m3時(事故排放):煙囪下風(fēng)向二噁英最大值出現(xiàn)在1.5m/s風(fēng)速-B穩(wěn)定度1000m處，濃度為0.2528pgTEQ/m3，相應(yīng)于該處個人每公斤體重二噁英吸收量為0.05056pgTEQ/kg/d，小于評價所用的可耐受攝入量標(biāo)準(zhǔn)，同時低于評價所用的允許攝入量標(biāo)準(zhǔn)，但已占允許攝入量標(biāo)準(zhǔn)的1.26%。

4.3.2二噁英對人體影響分析

通常，一個成年人每天呼吸的空氣為10m3，每人的平均體重按50kg計，得到煙囪下風(fēng)向不同距離處每個人每公斤體重呼吸吸收的二噁英。計算時二噁英按照100%吸收(有資料介紹小白鼠實驗二噁英吸收為30%)。計算結(jié)果見表3。

表3南平市生活垃圾焚燒廠運行后個人二噁英吸收情況對比分析

去除設(shè)備失效時，排放濃度為4.15ng/m3正常排放排放濃度為0.1ng/m3

本項目小時最大落地濃度增量0.2528 pg/Nm30.0061 pg/Nm3

二噁英現(xiàn)狀值0.104 pg/Nm3

小時最大落地濃度增量+現(xiàn)狀值0.3568 pg/Nm30.1101 pg/Nm3

50公斤體重二噁英吸收量3.5681.101

50公斤體重二噁英吸收量限量標(biāo)準(zhǔn)50~200pg/d

占標(biāo)準(zhǔn)下限值比例7.14%2.20%

注:二噁英質(zhì)量現(xiàn)狀，由中科院大連化學(xué)物理研究所采樣分析。

從表3的結(jié)果分析，本項目評價區(qū)域內(nèi)個人二噁英吸收量遠(yuǎn)小于世界衛(wèi)生組織(WHO)建議標(biāo)準(zhǔn)(1～4pgTEQ/kg體重/d)的下限值。日本山梨大學(xué)北村正敬教授等人檢測了日本5種香煙的煙霧成分，并將其中含有的有毒物質(zhì)換算成足以致病的二噁英的值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一支香煙中含有的有毒化學(xué)物質(zhì)是規(guī)定的二噁英一日攝取量基準(zhǔn)值的100到200倍?？梢姡掀嚼贌龔S運行后所排二噁英對周圍環(huán)境以及人體健康影響較小。

5結(jié)束語

城市生活垃圾焚燒處理技術(shù)以相當(dāng)成熟，通過工藝控制排放的二噁英對周圍環(huán)境以及人體健康影響較小。但應(yīng)注意運行監(jiān)管以真正實現(xiàn)城市生活垃圾處理的資源化、減量化和無害化。