廢棄物焚燒中二噁英的控制

楊東

摘 要：廢棄物的的焚燒處理是目前國內(nèi)廢棄物處理主要方法，但燃燒過程中產(chǎn)生的二噁英會(huì)對環(huán)境和人身健康造成較大危害。本文介紹了二噁英的特性、危害、焚燒中產(chǎn)生原因、并從燃燒前，燃燒過程，燃燒后的煙氣凈化，監(jiān)管幾方面提出二噁英的控制方法。

關(guān)鍵詞：二噁英 焚燒 控制

1.二噁英的特性和危害

二噁英實(shí)際上是二噁英類一個(gè)簡稱，它指的并不是一種單一物質(zhì)，而是結(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。二噁英是指含有2個(gè)或1個(gè)氧鍵連結(jié)2個(gè)苯環(huán)的含氯有機(jī)化合物 ，它的英文名字“Dioxin” 。由于Cl原子在 1～9的取代位置不同 ，構(gòu)成 75種異構(gòu)體多氯代二苯 （PCDD）和 135種異構(gòu)體多氯二苯并呋喃 （PCDF） ，705℃開始分解 ，800℃ 時(shí) 2s完全分解。

二噁英包括210種化合物，這類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機(jī)溶劑，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累，對人體危害嚴(yán)重。

二噁英類的毒性因氯原子的取代數(shù)量和取代位置不同而有差異 ，含有1-3個(gè)氯原子的被認(rèn)為無明顯毒性；含4-8個(gè)氯原子的有毒，其中2，3，7，8-四氯代二苯-并-對二噁英（2，3，7，8-TCDD）是迄今為止人類已知的毒性最強(qiáng)的污染物，國際癌癥研究中心已將其列為人類一級(jí)致癌物；如果不僅2，3，7，8位置上被4個(gè)氯原子所取代，其他4個(gè)取代位置上也被氯原子取代，那么隨著氯原子取代數(shù)量的增加，其毒性將會(huì)有所減弱。由于環(huán)境二噁英類主要以混合物的形式存在，在對二噁英類的毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，國際上常把各同類物折算成相當(dāng)于2，3，7，8-TCDD的量來表示，稱為毒性當(dāng)量（Toxic Equivalent Quantity，簡稱TEQ）。為此引入毒性當(dāng)量因子（Toxic Equivalency Factor，簡稱TEF）的概念，即將某PCDDs/PCDFs的毒性與2，3，7，8-TCDD的毒性相比得到的系數(shù)。樣品中某PCDDs或PCDFs的質(zhì)量濃度或質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其毒性當(dāng)量因子TEF的乘積，即為其毒性當(dāng)量（TEQ）質(zhì)量濃度或質(zhì)量分?jǐn)?shù)。而樣品的毒性大小就等于樣品中各同類物TEQ的總和。

二噁英的生物半衰期較長，2，3，7，8一TCDD在小鼠體內(nèi)為10～15天，大鼠體內(nèi)為12～31天，人體內(nèi)則長達(dá)5～10年（平均為7年）。因此，即使一次染毒也可在體內(nèi)長期存在；如果長期接觸二噁英還可造成體內(nèi)蓄積，可能造成嚴(yán)重?fù)p害。人類短期接觸高劑量的二惡英，可能導(dǎo)致皮膚損害，如氯痤瘡和皮膚色斑，還可能改變肝臟功能。長期接觸則會(huì)牽涉到免疫系統(tǒng)、發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)以及生殖功能的損害。

2.二噁英在廢棄物焚燒過程中的產(chǎn)生

大氣環(huán)境中的二噁英來源復(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）。各種廢棄物在燃燒溫度低于300-400℃時(shí)容易產(chǎn)生二噁英。我國固體廢物和醫(yī)療廢物的產(chǎn)生量和處理量都在不斷增加，各地紛紛建立或籌建集中焚燒設(shè)施。

廢棄物焚燒產(chǎn)生的二噁英受到的關(guān)注程度最高，焚燒廢棄物產(chǎn)生二噁英的機(jī)理比較復(fù)雜，主要有三種途徑[1]：

1）廢棄物中本身含有微量的二噁英， 燃燒后部分未分解排放出來。

2）由于氯源（氯氣、HCl等）、二噁英前驅(qū)物和反應(yīng)催化劑（Cu、Fe）的存在，焚燒溫度低于800℃，停留時(shí)間小于2s，部分有機(jī)物會(huì)與分子氯或氯游離基反應(yīng)，廢棄物極易生成二噁英。

3）在焚燒結(jié)束后煙氣由于溫度的變化，及燃燒不充分部分在氯源及（Cu、Fe）催化劑作用下，在300-500℃的低溫段，高溫燃燒分解的二噁英會(huì)重新生成。

3.廢棄物焚燒過程中二噁英的控制

3.1燃燒前的控制-配伍

嚴(yán)格控制進(jìn)入焚燒爐的入料廢棄物的氯和重金屬含量，對進(jìn)廠廢棄物進(jìn)行物料分析、存入數(shù)據(jù)庫、入料前進(jìn)行配伍后，投料焚燒，控制二噁英合成反應(yīng)所需的條件。

3.2控制燃燒條件

嚴(yán)格控制”3t”，即燃燒溫度保持在1100℃以上，充分?jǐn)嚢杌旌显鰪?qiáng)湍流度，延長煙氣在高溫段的停留時(shí)間。以危險(xiǎn)廢物焚燒為例，通過進(jìn)料機(jī)構(gòu)送入回轉(zhuǎn)窯本體內(nèi)進(jìn)行高溫焚燒，其操作溫度控制在900℃左右，經(jīng)過60min（45-120min）左右的高溫焚燒，物料被徹底焚燒成高溫?zé)煔夂突以?。從回轉(zhuǎn)窯出來的高溫?zé)煔膺M(jìn)入二燃室后，與二燃室中通入二次風(fēng)強(qiáng)烈混合，使二燃室成為過氧燃燒，保持二燃室煙氣中6～10%的含氧量，二燃室溫度不低于1100℃充分燃燒，停留時(shí)間超過2秒，以保證廢物的充分燃燒。在二燃室下部設(shè)置二次風(fēng)和兩個(gè)多燃料燃燒器，保證二燃室煙氣溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以及煙氣有足夠的擾動(dòng)。回轉(zhuǎn)窯本體內(nèi)少量沒有完全燃燒的氣體在二燃室內(nèi)得到充分燃燒，并提高二燃室溫度，在二燃室內(nèi)溫度始終維持在1100℃以上。

3.3煙氣凈化處理

3.3.1煙氣急冷

從余熱鍋爐出來的煙氣經(jīng)歷520℃到195℃的降溫區(qū)，從理論上說是二噁英的低溫再生段。規(guī)范要求煙氣在1秒的時(shí)間內(nèi)從500℃急速降溫到200℃以下。煙氣急冷裝置，急冷塔內(nèi)下部向上噴入自來水與煙氣進(jìn)行逆流換熱，由于此過程為直接噴淋冷卻，煙氣溫度很高（～520℃），水立即（瞬間）蒸發(fā)，將煙氣溫度從520℃降為195℃，此換熱過程約需要0.6～0.8秒，換熱后水分全部蒸發(fā)，進(jìn)入煙氣中。在急冷塔上部還裝有一套緊急注水系統(tǒng)，作為冷卻水的備用，確保急冷塔能夠?qū)煔庋杆倮鋮s，以抑制二惡英的重新生成。

3.3.2干法脫酸、活性炭噴射和布袋除塵系統(tǒng)

急冷裝置出口的煙氣采用干法煙氣脫酸技術(shù)進(jìn)行處理。該技術(shù)采用懸浮方式，使吸收劑在吸收塔內(nèi)懸浮、反復(fù)循環(huán)，與煙氣中的SO2、HCl等酸性物質(zhì)充分接觸反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)脫酸的一種方法[2]。煙氣凈化工藝分6個(gè)步驟：⑴吸收劑存儲(chǔ)和輸送；⑵脫酸劑與煙氣充分接觸混合；⑶二氧化硫和氯化氫吸收；⑷灰循環(huán)；⑸活性炭吸附；⑹廢渣排除。系統(tǒng)包括干法煙氣凈化系統(tǒng)、吸收劑存儲(chǔ)和輸送系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)、以及控制系統(tǒng)。脫酸劑與煙氣中的HCl、SO2等酸性物質(zhì)混合反應(yīng)，生成CaCl2、CaSO4和CaSO3等反應(yīng)產(chǎn)物。這些干態(tài)產(chǎn)物小部分從凈化塔塔底排灰口排出，大部分經(jīng)過布袋除塵器除塵。煙氣除塵采用脈沖布袋除塵器，清灰采用“定壓清灰+定時(shí)清灰”的方式，待布袋除塵器進(jìn)出口壓差達(dá)到一定值（可自行設(shè)置），清灰系統(tǒng)自動(dòng)工作，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)工作。

3.3.3濕法脫酸系統(tǒng)

濕法脫酸系統(tǒng)主要由濕式洗滌塔、冷卻液循環(huán)泵、濕式洗滌塔補(bǔ)充水箱、燒堿儲(chǔ)罐、氫氧化鈉稀釋用泵、氫氧化鈉稀釋罐、氫氧化鈉攪拌用泵、燒堿供應(yīng)泵、廢水提升泵、管道系統(tǒng)及控制儀表等組成。

引風(fēng)機(jī)出口溫度約175℃的煙氣從煙氣換熱器下部原煙氣入口進(jìn)入，經(jīng)過預(yù)冷器后溫度降至約108℃，從換熱器的下部原煙氣出口出來進(jìn)入到洗滌塔下半部煙氣入口并在塔內(nèi)向上運(yùn)行。20%的燒堿溶液通過燒堿輸送泵輸送至冷卻液循環(huán)管道中，將冷卻液的PH值維持在11左右。同時(shí)，在此過程中燒堿溶液與煙氣中部分的酸性氣體HCl、SO2等進(jìn)行反應(yīng)，生成NaCl、NaF、Na2SO3、Na2SO4等鹽類。

3.4除渣和灰、渣冷卻及其輸送系統(tǒng)

焚燒飛灰吸附二惡英和其他有害成分的活性炭等殘余物應(yīng)按照危險(xiǎn)廢物進(jìn)行處置[2]。焚燒率的殘?jiān)?，?jīng)過濕式出渣系統(tǒng)，由焚燒爐底部的鏈?zhǔn)匠鼨C(jī)連續(xù)排出。由除渣機(jī)出來的殘?jiān)?，最終掉入出渣機(jī)端部設(shè)置的料槽內(nèi)。經(jīng)檢測符合填埋要求的可直接由運(yùn)輸車送去填埋，不符合填埋要求的運(yùn)到固化段處理后填埋。

由余熱鍋爐下部排出的灰，經(jīng)灰輸送機(jī)的輸送，落入專用料槽內(nèi)。袋式除塵器底部的飛灰用專用儲(chǔ)倉儲(chǔ)存。飛灰經(jīng)過固化處理后統(tǒng)一送至危險(xiǎn)廢物填埋場固化后填埋。

4.調(diào)高標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)監(jiān)管

歐盟標(biāo)準(zhǔn)《DIRECTIVE 20100/76/EC OF THEEUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 4 December 2000 on the incinerationof waste DIRECTIVE》，二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)是0.1 ng TEQ/Nm3；國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18484-2001）》中二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)是0.5 ng TEQ/Nm3，但在《危險(xiǎn)廢物焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)GB18484-2001（2014年征求意見稿）》中提出二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)為0.1 ng TEQ/Nm3；《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18485-2014）》中二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)已提標(biāo)至0.1 ng TEQ/Nm3；

煙囪配備連續(xù)微污染物自動(dòng)采樣系統(tǒng)，用于采集二惡英、呋喃（PCDD/PCDF）、多氯聯(lián)苯（PCB）和其它難降解有機(jī)污染物（POP）。目前國內(nèi)垃圾焚燒廠對二噁英的監(jiān)測，一般是采用定期采樣送檢的形式，以監(jiān)督焚燒爐煙氣的二噁英排放，常規(guī)做法是每次取樣一小時(shí)，共取三個(gè)樣品。僅能實(shí)現(xiàn)某個(gè)時(shí)刻的二噁英排放監(jiān)管。二噁英和呋喃的累積收集系統(tǒng)，在煙囪上設(shè)置二噁英累積收集系統(tǒng)，連續(xù)對煙氣中的二噁英進(jìn)行收集，定期檢測分析，從而可獲得該時(shí)期內(nèi)焚燒系統(tǒng)所排放的煙氣二噁英含量。

結(jié)語：

廢棄物焚燒過程中二噁英的控制是時(shí)焚燒處理技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和重點(diǎn)所在。可以從燃燒前配伍、控制燃燒條件、煙氣凈化系統(tǒng)去除酸性氣體及重金屬，對二噁英的生成和排放進(jìn)行綜合控制，為廢棄物焚燒二噁英的污染問題得到有效解決。

參考文獻(xiàn)：

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