探究垃圾發(fā)電中的二噁英污染控制及治理技術(shù)

陳勝+張賽+魯晟

摘 要：垃圾發(fā)電是處理生活垃 圾的重要手段之一，但其在焚燒中，卻會(huì)產(chǎn)生二噁英，而這種物質(zhì)又是一種毒性極強(qiáng)的致癌物質(zhì)。因此，重視對(duì)二噁英污染的控制與治理是垃圾發(fā)電領(lǐng)域的重要課題，本文將對(duì)此做簡(jiǎn)單地介紹。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒發(fā)電；二噁英；催化分解

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）09-0016-01

二噁英實(shí)際上是二噁英類（Dioxins）一個(gè)簡(jiǎn)稱，它是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都很相似的包含眾多同類物或異構(gòu)體的兩大類有機(jī)化合物，主要包括210中化合物，無(wú)色無(wú)味。此類物質(zhì)飛鏟更穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機(jī)溶劑，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的蒸汽壓極低，且可在土壤、空氣和水中長(zhǎng)存。

大氣環(huán)境中的二噁英來(lái)源復(fù)雜，鋼鐵冶煉，有色金屬冶煉，汽車尾氣，焚燒生產(chǎn)（包括醫(yī)藥廢水焚燒，化工廠的廢物焚燒，生活垃圾焚燒，燃煤電廠等）。城市生活垃圾焚燒產(chǎn)生的二噁英受到的關(guān)注程度最高，焚燒生活垃圾產(chǎn)生二噁英的機(jī)理比較復(fù)雜。主要包括以下三種途徑：（1）在對(duì)氯乙烯等含氯塑料的焚燒過(guò)程中，焚燒溫度低于800℃，含氯垃圾不完全燃燒，極易生成二噁英。燃燒后形成氯苯，后者成為二噁英合成的前體；（2）其他含氯、含碳物質(zhì)如紙張、木制品、食物殘?jiān)冉?jīng)過(guò)銅、鈷等金屬離子的催化作用不經(jīng)氯苯生成二噁英。（3）在制造包括農(nóng)藥在內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，尤其是氯系化學(xué)物質(zhì)，像殺蟲(chóng)劑、除草劑、木材防腐劑、落葉劑（美軍用于越戰(zhàn)）、多氯聯(lián)苯等產(chǎn)品的過(guò)程中派生。

近年來(lái)，城市生活垃圾的產(chǎn)量非常大，2014年的數(shù)據(jù)顯示為1.68億余噸。為了解決這一問(wèn)題，一般采用焚燒發(fā)電的處理方式，但如何處理其中產(chǎn)生的二噁英成了一大社會(huì)難題。筆者從二噁英的生成機(jī)理出發(fā)，提出如下控制與治理措施：

1 垃圾焚燒前預(yù)處理

垃圾預(yù)處理的目的就是盡量減少進(jìn)入焚燒系統(tǒng)中能對(duì)二噁英的生成起作用的物質(zhì)的量，一方面通過(guò)預(yù)分揀的方法來(lái)減少生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質(zhì)進(jìn)入垃圾焚燒系統(tǒng)，從而減少二噁英合成反應(yīng)中所需的反應(yīng)物和重金屬催化劑的量；另一方面采用高硫煤與城市生活垃圾混燒的方法，不但能夠提高燃燒的穩(wěn)定性，而且燃燒產(chǎn)生的SO2對(duì)二噁英的產(chǎn)生有抑制作用。

2 控制氯源

一般來(lái)講，在垃圾發(fā)電中，可采用如下方法來(lái)控制氯源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)二噁英污染的控制：在垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中加入CaO來(lái)吸收HCl或加入NH3來(lái)減少前驅(qū)物的生成。其中，當(dāng)加入NH3時(shí)，氯與氨結(jié)合可干擾其與前驅(qū)物結(jié)合，從而控制了二噁英的生成量。另外，二噁英的生成離不開(kāi)飛灰中重金屬的作用，而加入氨，可使重金屬喪失催化作用，這對(duì)控制二噁英的生成非常重要。

3 充分燃燒垃圾

研究認(rèn)為，二噁英高溫下可分解，但需滿足如下條件：一是煙氣在溫度>850℃的爐膛中燃燒至少2s，其中爐型優(yōu)選為機(jī)械爐排爐；二是設(shè)助燃器和二次風(fēng)，以使?fàn)t膛的溫度達(dá)850-1200℃，且僅需在約1200℃停幾微妙，便可徹底分解二噁英；三是先用高（低）級(jí)蒸汽預(yù)熱一次風(fēng)至約230℃，再吹入焚燒爐的爐膛，其間借助三段爐排間的間隙來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量，使其空氣過(guò)剩系數(shù)維持在1.6-2.1；四是余熱鍋爐，以控制煙氣在這一區(qū)間停留的時(shí)長(zhǎng)，從而避免二噁英發(fā)生二次合成；五是采用ACC軟件來(lái)對(duì)垃圾焚燒過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制，并全面推行DCS與上位機(jī)集散控制系統(tǒng)。

4 凈化煙氣與固化飛灰

在垃圾焚燒發(fā)電中，為了控制和治理二噁英，可通過(guò)凈化煙氣和固化飛灰來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中具體措施如下：

（1）脫酸。在垃圾焚燒中，通過(guò)對(duì)煙氣進(jìn)行脫酸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)二噁英污染的控制，具體如下：在煙氣流入脫酸塔后，先用石灰水、石灰漿或干石灰粉去除其中的酸性氣體，再通過(guò)噴水來(lái)使煙氣的溫度下降至150℃，最后再進(jìn)入除塵器。

（2）活性炭吸附二噁英（或稱活性炭噴射法）。在垃圾焚燒發(fā)電中，活性炭噴射法的應(yīng)用既可去除煙氣中的二噁英，又可將其中約90%的不完全產(chǎn)物去除，如PCB、PAH等，甚至可高效吸附去除煙氣中的重金屬汞?？梢?jiàn)，活性炭噴射法在垃圾焚燒發(fā)電中的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義?；钚蕴繃娚浞ǖ淖饔迷砣缦拢簩⒒钚蕴糠蹤M向噴在脫酸塔至布袋除塵器的煙道中，使其在煙氣湍流的作用下，將煙氣中的二噁英與重金屬吸附去除，最后再在布袋攔截后，經(jīng)煙囪排入大氣。

（3）選擇性催化分解二噁英（或稱催化分解法）。催化分解法是一種源自NOx的催化還原技術(shù)，其中一般可將98.0-99.9%的氣態(tài)二噁英分解，同時(shí)在布袋除塵的作用下，可將出口處的二噁英濃度控制到0.050-0.002ngTEQ/Nm3。但需注意的是，若用V2O5-WO3-TiO2催化劑來(lái)氧化分解二噁英時(shí)，應(yīng)將其溫度控制在240-300℃之間，以保證其分解效果最佳。

（4）飛灰固化。雖然在垃圾焚燒發(fā)電中，活性炭噴射法的應(yīng)用可有效控制二噁英污染，且也滿足國(guó)標(biāo)的規(guī)定，但一部分污染物卻由氣體轉(zhuǎn)為飛灰，而飛灰又是一種危險(xiǎn)的固體廢棄物。因此，針對(duì)飛灰，應(yīng)先按國(guó)家規(guī)定進(jìn)行固化處理，再進(jìn)行衛(wèi)生填埋，以免造成二次污染。

5 討論

目前，垃圾焚燒發(fā)電仍為一種較好的城市生活垃圾處理方式，而在這一過(guò)程中，應(yīng)規(guī)范煙氣的排放，其中尤其要落實(shí)好二噁英污染的控制與治理工作。在前文，筆者從技術(shù)角度詳細(xì)論述了這一問(wèn)題。據(jù)此，筆者提出如下建議：一是重視環(huán)評(píng)，即從組份、污染源、環(huán)境條件等角度評(píng)估二噁英的擴(kuò)散模式；二是結(jié)合環(huán)評(píng)報(bào)告，編制工程可行性研究報(bào)告，并從工藝、設(shè)備選型等方面將其一一落到實(shí)處；三是垃圾發(fā)電是一項(xiàng)關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的大事，且其中存在的環(huán)境污染問(wèn)題更是會(huì)危及人體的健康，因此在二噁英污染防治中，應(yīng)對(duì)主管部門實(shí)行問(wèn)責(zé)制，以規(guī)范其在整個(gè)垃圾發(fā)電實(shí)施過(guò)程的行為；四是重視運(yùn)營(yíng)監(jiān)管，即在線監(jiān)控垃圾焚燒發(fā)電過(guò)程，并對(duì)二噁英污染防治等重要環(huán)節(jié)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽查，同時(shí)實(shí)行完善的獎(jiǎng)懲制度，以調(diào)動(dòng)全體工作人員的積極性；五是考慮到二噁英的污染擴(kuò)散濃度隨源強(qiáng)的增加而增大，則建議修建中、小型的垃圾焚燒電廠，即其規(guī)模應(yīng)≤2000t/d。總之，垃圾焚燒發(fā)電在治理城市環(huán)境中發(fā)揮了重要的作用，但在這一過(guò)程中產(chǎn)生的二噁英也確實(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此應(yīng)通過(guò)控制氯源、充分燃燒垃圾、凈化煙氣及固化飛灰等來(lái)控制和治理二噁英污染。

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