小型生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放特征

雷 鳴,海 景,程 江*,盧加偉,任明忠,張素坤,朱 鋒

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小型生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放特征

雷 鳴1,海 景2*,程 江1*,盧加偉2,任明忠2,張素坤2,朱 鋒2

(1.華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,廣東廣州 510641；2.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東廣州 510655)

為了解小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放水平,對我國廣西、云南、廣東部分山區(qū)農(nóng)村正在運行的3種小型生活垃圾熱處理爐排放的二惡英和重金屬進(jìn)行采樣調(diào)查.結(jié)果顯示,小型生活垃圾焚燒爐、氣化焚燒爐、氣化爐煙氣二惡英排放濃度分別為0.70~24.88、3.14~4.88、0.20~0.50ng I-TEQ/Nm3,平均排放水平為焚燒爐>氣化焚燒爐>氣化爐,而爐渣中二惡英濃度順序正好相反.小型氣化爐產(chǎn)生的二惡英主要存在于爐渣中,而焚燒爐和氣化焚燒爐產(chǎn)生的二惡英主要存在爐渣和煙氣中.3種不同爐型爐渣、煙氣中二惡英同系物質(zhì)量濃度分布特征不同,但是毒性當(dāng)量濃度分布特征較相似,均以2,3,4,7,8-PeCDF所占比例最高.3種爐型煙氣中Pb的排放濃度最高,除1個焚燒爐煙氣中Cd排放濃度輕微超標(biāo),其余熱處理爐煙氣中Pb、Cd、Cr、Hg濃度均遠(yuǎn)低于生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB18485-2014). 爐渣的毒性浸出濃度顯示,3種爐型爐渣重金屬浸出濃度均低于危險廢物浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB5085.3-2007),不同爐型爐渣中重金屬浸出特性存在一定差異性.

農(nóng)村生活垃圾；熱處理爐；二惡英；重金屬；排放特征

隨著農(nóng)村生活水平的不斷提高,農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生量也逐年增加,以人均垃圾產(chǎn)量0.5kg/(人×d)估算,我國農(nóng)村生活垃圾年產(chǎn)量達(dá)到1億t左右. 我國國土面積69%為山區(qū)丘陵地形,山區(qū)農(nóng)村受人口居住分散、道路交通不便、垃圾運輸成本費用較高、垃圾處理費用投入不足等因素制約,農(nóng)村生活垃圾污染治理的難度較大[1-2].小型生活垃圾熱處理爐如焚燒爐、氣化爐等具有垃圾減容減量化程度高、投資建設(shè)費用低、選址靈活性好等優(yōu)點,已在部分西南山區(qū)農(nóng)村大量使用[3-5].

然而,由于小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐程應(yīng)用中管理不規(guī)范,工況不易穩(wěn)定,煙氣凈化系統(tǒng)簡單,煙氣中二惡英(PCDD/Fs)排放濃度較高[6-7].如調(diào)查發(fā)現(xiàn)臺灣地區(qū)小型生活垃圾焚燒爐二惡英的排放水平為121ngI-TEQ/t-垃圾,約是大型焚燒爐的50倍[7].對韓國43個小型生活垃圾焚燒爐煙氣采樣分析,也發(fā)現(xiàn)焚燒爐煙氣經(jīng)過濕法洗滌、布袋除塵、旋風(fēng)除塵一種或者幾種組合凈化后,約50%的焚燒爐煙氣中二惡英排放濃度大于10ng I-TEQ/Nm3,遠(yuǎn)高于我國生活垃圾焚燒排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18485-2014),并認(rèn)為可能與焚燒工況不穩(wěn)定、不密閉的進(jìn)料方式以及煙氣凈化系統(tǒng)簡單等有關(guān)[8].生活垃圾熱處理過程中,二惡英的形成與重金屬的遷移轉(zhuǎn)化不僅受工況差異和煙氣凈化系統(tǒng)的影響,垃圾組分也是一個重要的影響因素[9].因此,我國農(nóng)村生活垃圾熱處理過程中二惡英和重金屬的產(chǎn)生和排放情況與其他地區(qū)的調(diào)查結(jié)果會存在差異[10-12].二惡英和重金屬具有較大的生物毒性,垃圾熱處理過程排放的二惡英和重金屬通過生物富集、人體呼吸等過程進(jìn)入到人體,危害人類健康. 而我國小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放監(jiān)管還未受到足夠的重視,至今尚未有我國小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬排放水平的詳細(xì)報道,環(huán)境風(fēng)險不明[9,13].因此了解我國小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放水平,對加強二惡英和重金屬的排放監(jiān)管,評估其排放的環(huán)境風(fēng)險,提升小型熱處理爐二惡英和重金屬排放控制技術(shù)具有重要的意義.

本研究以我國廣西、云南、廣東部分山區(qū)農(nóng)村地區(qū)正在運行的小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐為研究對象,通過現(xiàn)場采樣結(jié)合實驗室分析,對生活垃圾熱處理爐煙氣及爐渣中二惡英和重金屬的排放水平進(jìn)行評估,分析不同熱處理爐之間二惡英和重金屬排放的差異,為我國小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 調(diào)查對象

本研究選擇12座正常運行的小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐,分別位于我國廣西、云南、廣東部分農(nóng)村地區(qū),包括6座焚燒爐、3座氣化焚燒爐和3座氣化爐,處理規(guī)模均在2~10t/d. 12座小型生垃圾熱處理爐的地理位置及基本信息見圖1和表1.本研究中,氣化焚燒爐指設(shè)置有二燃室對氣化氣體進(jìn)行高溫燃燒的爐子,也可稱為兩段式焚燒爐,而氣化爐指沒有設(shè)置二燃室對氣化氣體進(jìn)行燃燒的爐子.由表可知,與規(guī)范的大型焚燒爐相比較,農(nóng)村地區(qū)使用的小型生活垃圾熱處理爐煙氣凈化系統(tǒng)較為簡單,以濕法洗滌和布袋除塵為主.焚燒爐、氣化焚燒爐由于處理規(guī)模較小,一般為間歇式運行. 而氣化爐由于爐內(nèi)運行溫度相對低,垃圾熱分解過程比焚燒過程緩慢,垃圾進(jìn)料后能自行在爐內(nèi)發(fā)生緩慢的熱分解反應(yīng),沒有頻繁的啟停爐過程,運行操作過程較為簡單.

圖1 采樣點分布情況

表1 小型熱處理爐基本運行參數(shù)

注:WS:濕法洗滌;EP:靜電除塵;HT:高溫加熱;BF:布袋除塵;CDL:旋風(fēng)除塵器. a:為二燃室的設(shè)計溫度.

1.2 二惡英的采樣與分析方法

煙氣中二惡英和重金屬采樣方法根據(jù)《固定污染源排氣總顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》(GB/T16157-1996)[14],使用等速采樣器(意大利,TECORA, ISOSTACK BASIC)進(jìn)行采樣.二惡英煙氣采樣時間約為2h,采樣體積約2.0Nm3.煙氣采樣后低溫保存,迅速帶回實驗室分析.煙氣、爐渣樣品用甲苯進(jìn)行索氏提取24h,再用多層硅膠柱對樣品進(jìn)行凈化,然后用旋蒸儀濃縮到1.0mL左右,再使用高純氮吹除多余的溶劑,濃縮至20uL左右,使用高分辨氣質(zhì)聯(lián)用儀(HRGC/ HRMS) (Waters, Autospec Premier, USA)分析PCDD/Fs含量.在二惡英分析過程中,使用13C12標(biāo)記的PCDD/Fs(購于Cambridge Isotope laboratory, Austin, Texas, USA)作為內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行質(zhì)量控制,采樣回收率和分析回收率分別在84.3%~135.2%和70.2%~120.8%,煙氣和爐渣中二惡英方法檢出限見表2.每批次的實驗室分析均作空白對照,每個樣品采集3次,取平均值作為分析結(jié)果.

煙氣中的Hg使用0.1mol/L的高錳酸鉀溶液和10%硫酸溶液等體積混合作為吸收液,樣品采集后,使用HNO3-H2SO4·V2O5消解;煙氣中的Cd、Cr、Pb使用煙囪采樣器,通過濾筒吸收裝置進(jìn)行采樣,采集后使用硝酸-鹽酸-高氯酸消解;爐渣中重金屬的毒性浸出濃度根據(jù)(HJ/T-299)硫酸硝酸法進(jìn)行浸出.重金屬含量使用ICP-OES以及AFS進(jìn)行測定.

表2 煙氣和爐渣中PCDD/Fs同系物方法最低檢出限

1.3 排放因子計算方法

煙氣、爐渣中二惡英的排放因子按照如下公式進(jìn)行計算.

EF爐渣=(爐渣′)

式中:EF煙氣為二惡英排放因子, ng I-TEQ/t-垃圾;煙氣為標(biāo)準(zhǔn)工況下,以11%含氧量折算的煙氣中二惡英濃度,ng I-TEQ/Nm3;FR為標(biāo)干煙氣流量, Nm3/h;WR為垃圾熱處理過程垃圾的進(jìn)料速率, t/h. EF爐渣為二惡英排放因子,ng I-TEQ/t-垃圾;爐渣為爐渣中二惡英的濃度,ng I-TEQ/kg;為垃圾熱處理過程中爐渣的產(chǎn)率,kg/t.

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office 2010對文本進(jìn)行編輯及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,Origin 19.0作圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 爐渣中二惡英的排放水平及同系物分布特征

爐渣中PCDD/Fs的含量基本能反應(yīng)不同熱處理爐型爐內(nèi)PCDD/Fs的產(chǎn)生情況. 所有采樣點爐渣中多氯代二苯并-對-二惡英(PCDDs)濃度均低于多氯代二苯并呋喃(PCDFs),說明了小型垃圾熱處理爐內(nèi)PCDFs更加容易合成(表3).焚燒爐、氣化焚燒爐、氣化爐爐渣中PCDD/Fs的毒性當(dāng)量濃度分別為26.50~231.43、21.55~ 161.69、293.70~1062.22ng I-TEQ/Nm3.小型焚燒爐爐渣中PCDD/Fs濃度明顯高于一般大型焚燒爐,如Zhang等[15]調(diào)查大型生活垃圾焚燒爐爐渣PCDD/Fs含量為12.94ng I-TEQ/kg,張海軍等[16]為4~6ng I-TEQ/kg,Du等[17]為1.33ng I-TEQ/kg.對于小型焚燒爐,由于間歇運行,處理規(guī)模小,易受垃圾組分變化的影響,因此溫度難像大型焚燒爐持續(xù)維持較高的焚燒溫度(>850℃),所以不能有效分解爐內(nèi)合成以及垃圾中原有的PCDD/ Fs[18-19],這是導(dǎo)致小型熱處理爐爐渣中PCDD/Fs含量高的主要原因.氣化焚燒爐運行過程中為了保證氣化氣體能在二燃室充分燃燒,因此氣化過程比單獨的氣化反應(yīng)激烈,溫度也相對較高(表1),對氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的PCDD/Fs具有一定的熱分解作用,表中也顯示了氣化焚燒爐爐渣中PCDD/Fs含量低于氣化爐渣.

表3 爐渣中PCDD/Fs的排放濃度(ng I-TEQ/kg)

PCDD/Fs同系物分布特征也稱為“指紋特征”,可用于PCDD/Fs的來源判別和形成機理推斷. 焚燒爐、氣化焚燒爐、氣化爐的主要區(qū)別在于爐內(nèi)含氧量以及溫度的差異,這也是影響PCDD/Fs合成的關(guān)鍵因素[11-12].本研究3種生活垃圾熱處理爐產(chǎn)生的爐渣中,由于3種爐型爐內(nèi)氧含量以及反應(yīng)溫度的不同,爐內(nèi)PCDD/Fs的形成過程也不同,表現(xiàn)為爐渣中17種PCDD/Fs同系物分布比例呈現(xiàn)一定的差異(圖2).對于7種PCDDs來說,3種爐渣中7、8氯取代的PCDDs濃度較高,但質(zhì)量濃度百分比例存在差異,如焚燒爐和氣化爐七、八氯取代的PCDDs百分比明顯高于氣化焚燒爐.垃圾氣化焚燒爐渣10種PCDFs同系物百分比分布明顯不同于垃圾焚燒爐渣和氣化爐渣,焚燒爐和氣化爐爐渣中1234678- HpCDF 濃度最高,分別達(dá)到總濃度的14.98%和13.32%,而氣化焚燒爐爐渣中2,3,7,8-TCDF 最高,達(dá)到15.59%,其次為2,3,4,7,8-PeCDF,為12.69%,并且氣化過程中低氯取代的PCDFs百分比濃度是較高的,表明了氣化焚燒爐內(nèi)低氯取代的PCDFs更容易合成.對于爐渣中PCDD/Fs的毒性當(dāng)量濃度(I-TEQ)分布,3種爐型中17種PCDD/Fs同系物分布基本一致,焚燒爐、氣化焚燒爐、氣化爐渣中均是2,3,4,7,8-PeCDF 所占比例最高,分別為46.24%、37.20%、40.46%.

圖2 3種熱處理爐爐渣中17種PCDD/Fs同系物的百分比分布

2.2 煙氣中二惡英的排放水平及同系物分布特征

表4 煙氣中PCDD/Fs的排放濃度(ng I-TEQ/Nm3)

小型熱處理爐煙氣中PCDD/Fs的排放水平,不僅受到爐內(nèi)合成的影響,煙氣凈化過程中重新合成也是關(guān)鍵的影響因素.由表4可見,6個小型焚燒爐煙氣PCDD/Fs排放濃度范圍為0.70~ 24.88ngI-TEQ/Nm3,不同焚燒爐之間排放的濃度差異較大.而3個氣化焚燒爐和3個氣化爐之間PCDD/Fs排放水平差異較小,除了受到不同煙氣凈化系統(tǒng)對PCDD/Fs去除效率差異影響之外,小型焚燒爐運行過程中不易穩(wěn)定的運行工況可能是最大的影響因素[20-24]. Choi等[8]也認(rèn)為小型焚燒爐煙氣排放較高濃度的PCDD/Fs,主要是不易穩(wěn)定的工況、不規(guī)范的操作、間隙進(jìn)料等導(dǎo)致,并且在工程應(yīng)用中,任何一個環(huán)節(jié)沒有控制好,均會導(dǎo)致整個焚燒爐系統(tǒng)最終煙氣中PCDD/Fs排放濃度的增加. 3種爐型煙氣中PCDD/Fs排放水平為焚燒爐>氣化焚燒爐>熱解爐(表4).根據(jù)3種爐型工藝參數(shù)特點分析,本研究調(diào)查的氣化爐爐型為上吸式固定床氣化爐,爐內(nèi)溫度由底部到頂部從750℃逐漸降低到200℃,氣化爐出口煙氣溫度一般低于200℃,因此在后續(xù)的煙氣凈化過程中,不會再有新的PCDD/Fs產(chǎn)生,并且由于爐內(nèi)頂部垃圾對煙氣的吸附、過濾作用,也能去除部分煙氣中尤其附著在顆粒物上的PCDD/Fs.對于焚燒爐和氣化焚燒爐由于爐膛出口煙氣溫度較高,在PCDD/Fs的合成溫度區(qū)間(200~700℃),因此在煙氣凈化過程中往往會有新的PCDD/Fs合成,從而導(dǎo)致煙氣中PCDD/Fs的排放濃度較高[9,11,25].目前我國并未頒布生活垃圾氣化爐煙氣PCDD/Fs排放標(biāo)準(zhǔn),參考我國《生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18458-2014)[26],3種小型爐煙氣PCDD/Fs排放均高于該排放標(biāo)準(zhǔn)限值0.1ngI-TEQ/Nm3.因此目前我國使用的小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐PCDD/Fs排放控制技術(shù)需要進(jìn)一步的提高.

與爐渣中PCDFs和PCDDs一樣,所有熱處理爐煙氣中PCDFs濃度均高于PCDDs,表明了不同煙氣凈化處理后基本不會改變PCDFs和PCDDs的比例關(guān)系.3種熱處理爐煙氣中17種PCDD/Fs同系物質(zhì)量濃度分布也存在差異,焚燒爐煙氣中OCDD 比例最高,其次為1,2,3,4,6,7,8- HpCDF,氣化焚燒爐煙氣中最高的同系物為1,2, 3,4,6,7,8-HpCDF,其次為1,2,3,4,6,7,8-HpCDD,而氣化爐煙氣中1,2,3,4,6,7,8-HpCDD和OCDD是最高的. 3種爐型煙氣中17種PCDD/Fs同系物毒性當(dāng)量濃度分布較為相似,均以2,3,4,7,8- PeCDF所占比例最高,且焚燒爐、氣化焚燒爐和氣化爐煙氣中所占百分比例分別為46.24%、37.20%、40.46%,其次為低氯取代的2,3,7,8- TCDD和1,2,3,7,8-PeCDD.

圖3 煙氣中17種PCDD/Fs同系物分布特征

2.3 不同熱處理爐二惡英的排放因子

本研究調(diào)查的3種小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐中,除了A3焚燒爐,其余焚燒爐和氣化爐均使用了濕法洗滌對煙氣進(jìn)行凈化,洗滌水循環(huán)使用,由于濕法洗滌對PCDD/Fs的去除能力較低,在不斷的循環(huán)使用中,殘留在洗滌水中的PCDD/ Fs通過霧沫夾帶等方式隨煙氣排放,而3個氣化焚燒爐由于將垃圾氣化與焚燒過程分開,煙氣中幾乎沒有飛灰產(chǎn)生.因此,本研究調(diào)查的所有小型生活垃圾熱處理PCDD/Fs的排放源主要是爐渣和煙氣.表5顯示,3種小型熱處理爐爐渣煙氣中PCDD/Fs的排放因子較高,遠(yuǎn)高于Zhang等[15]報道的我國大型生活垃圾焚燒爐爐渣(15.56μg I-TEQ/t-垃圾)和煙氣(0.312μg I-TEQ/t-垃圾)中PCDD/Fs的排放因子. 焚燒爐、氣化焚燒爐和氣化爐排放因子分別為55.14、23.19、135.87μg I-TEQ/t-垃圾,氣化爐爐渣的排放因子高于焚燒爐和氣化焚燒爐.氣化爐中爐渣是主要的PCDD/Fs排放源,而不同焚燒爐以及不同氣化焚燒爐煙氣和爐渣排放的PCDD/Fs所占比例差異較大.

表5 生活垃圾熱處理爐二惡英的排放因子(μg I-TEQ/t)

2.4 不同熱處理爐煙氣重金屬的排放水平

《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18485- 2014)[26]煙氣中要求監(jiān)控的11種重金屬中,Cd、Cr、Pb、Hg具有較大的生物毒性,因此本研究主要對煙氣中該4種重金屬進(jìn)行采樣分析.表6顯示所有小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐中,煙氣中Hg排放濃度均低于GB18485-2014標(biāo)準(zhǔn)限值;所有采樣點中,除A1焚燒爐煙氣中Cd濃度超過GB 18485-2014標(biāo)準(zhǔn),其余采樣點煙氣中Cd排放濃度均較低,且3種爐型煙氣中Cd、Cr排放濃度沒有明顯的差異. 3種爐型煙中Cd、Cr、Pb、Hg 4種重金屬,Pb排放濃度明顯高于Cd、Cr、Hg,并且不同爐型煙氣中Pb排放濃度均值順序為焚燒爐>氣化焚燒爐>氣化爐.

Zhang等[15]研究顯示我國典型大型生活垃圾焚燒爐煙氣中Cd、Cr、Pb、Hg的排放濃度分別為0.03~0.467、0.31~0.54、0.157~0.467、0.008~ 0.050mg/Nm3,與本研究調(diào)查結(jié)果比較,3種熱處理爐煙氣中Cd、Cr、Pb、Hg排放濃度低于大型焚燒爐.與大型焚燒爐相比較,本研究調(diào)查的所有小型生活垃圾熱處理爐煙氣凈化系統(tǒng)較為簡單,而煙氣中重金屬的排放濃度卻較低.主要是因為垃圾熱處理過程中,溫度對重金屬的遷移有較大的影響,本研究氣化焚燒爐和氣化爐運行溫度低于大型焚燒爐,小型焚燒爐盡管設(shè)計溫度與大型焚燒爐相同,但是由于運行不易穩(wěn)定,爐內(nèi)運行溫度可能難像大型焚燒爐維持持續(xù)穩(wěn)定的高溫,因此能降低垃圾熱處理過程中重金屬(Cd、Pb、Cr、Hg)的揮發(fā)量[27-30].

表6 3種小型熱處理爐煙氣中重金屬的排放濃度(mg/Nm3)

注:各重金屬的最低檢測限:Cd:0.3×10-8mg/Nm3; Cr:0.2×10-3mg/ Nm3;Pb:0.1×10-3mg/Nm3;Hg:0.3×10-5mg/Nm3.

2.5 爐渣中重金屬的毒性浸出濃度

根據(jù)危險廢物毒性浸出鑒別標(biāo)準(zhǔn),分析了3種爐渣中11種重金屬毒性浸出濃度,結(jié)果顯示,所有重金屬的浸出濃度均遠(yuǎn)低于危險廢物濃度鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB5085.3-2007)[31]. 11種重金屬中,Cr毒性浸出濃度最高,焚燒爐、氣化焚燒爐、氣化爐爐渣中Cr毒性浸出濃度均值分別為0.646、1.075、0.504mg/L. Hg的浸出濃度最低,3種爐渣中Hg的浸出濃度分別為0.013、0.036、0.043μg/L.氣化爐和氣化焚燒爐爐渣中,除了Be之外,其余10種重金屬浸出濃度均高于焚燒爐.對于熔點較低、易揮發(fā)的4種重金屬Hg、Pb、Cd、Se,它們的浸出毒性濃度均值為氣化爐>氣化焚燒爐>焚燒爐. 這可能受兩方面的影響;(1)氣化爐運行溫度較低,垃圾中重金屬的揮發(fā)量低于焚燒爐,爐渣中殘留的重金屬含量相對高;(2)垃圾焚燒過程爐渣中的重金屬主要以氧化態(tài)存在,而氣化過程中,部分重金屬以還原態(tài)存在,而氧化態(tài)重金屬較為穩(wěn)定、不易被浸出[28,32].

表7 3種小型熱處理爐爐渣中重金屬的毒性浸出濃度(mg/L)

注:其中Hg、As和Se單位為μg/L.

3 結(jié)論

3.1 小型生活垃圾焚燒爐、氣化焚燒爐、氣化爐爐渣中二惡英的濃度范圍分別為26.50~ 231.43、21.55~161.69、293.70~1062.22ng I-TEQ/ kg;煙氣中的分別為0.7~24.88、3.14~4.84、0.20~ 0.50ng I-TEQ/Nm3,二惡英的總排放因子均值分別為55.14、23.19、135.87μg I-TEQ/t-垃圾,且氣化爐產(chǎn)生的二惡英主要通過爐渣排放.

3.2 3種爐型爐渣、煙氣中17種二惡英同系物質(zhì)量濃度分布不同,其中氣化爐爐渣中PCDFs質(zhì)量濃度所占比例遠(yuǎn)高于PCDDs,而毒性當(dāng)量濃度分布特征較為相似,所有爐渣和煙氣樣品中均以23478-PeCDF同系物所占比例最高.

3.3 3種小型農(nóng)村生活垃圾熱處理爐煙氣中Pb排放濃度明顯高于Cd、Cr和Hg,且Pb的排放均值為焚燒爐>氣化焚燒爐>氣化爐.除1個焚燒爐煙氣中Cd濃度高于GB18485-2014排放標(biāo)準(zhǔn),其余采樣點中Pb、Cd、Cr、Hg濃度均較低. 3種熱處理爐爐渣中11種重金屬的毒性浸出濃度均低危險廢物毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB5085.3-2007).且對于易揮發(fā)的4種重金屬Hg、Pb、Cd、Se,其在爐渣中的浸出濃度均值為氣化爐>氣化焚燒爐>焚燒爐.

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Emission characteristics of dioxins and heavy metals from small-scale thermal treatment furnaces for disposing domestic solid waste.

LEI Ming1,2, HAI Jing2*, CHENG Jiang1*, LU Jia-wei2, REN Ming-zhong2, ZHANG Su-kun2, ZHU Feng2

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China；2.South China Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Guangzhou 510655, China)., 2017,37(10)：3836~3844

In order to know the emission levels of dioxins and heavy metals from small-scale thermal treatment furnaces for disposing rural domestic solid waste, three types of furnaces including incinerators, gasification-incineration furnace and gasifier located in mountainous rural area in Guangxi, Yunnan and Guangdong province were investigated. Results showed that the emission contents of dioxins in the flue gas from incinerator, gasification-incineration furnace and gasifier were 0.70~24.88, 3.14~4.88, 0.20~1.49ngI-TEQ/Nm3, respectively. Emission levels of dioxins from the flue gas were in the order of incinerator>gasification-incineration furnace>gasifier, whilst in an opposite order from the slag. Dioxins produced in gasifier mainly existed in the slag. However, for incinerator and gasification-incineration furnace, the formed dioxins were mainly distributed both in the slag and flue gas. The mass content distribution characteristics of dioxin congeners in the slag and flue gas from all the three types of furnaces were quite different, whilst the I-TEQ distribution characteristics were similar with the 2,3,4,7,8-PeCDF being the highest among all the dioxin congeners. The emission content of Pb in flue gas from the three types of furnaces was the highest. The contents of Pb, Cd, Cr and Hg in all flue gas sample, were far lower than the emission limit values of the Standard for Pollution Control of Municipal Solid Waste Incineration (GB 18485-2014) except for Cd from one of the incinerators. The toxic leaching concentrations of heavy metals in slag from the three types of furnaces were also lower than the standard limits for hazardous waste identification (GB 5085.3-2007).

rural domestic solid waste；thermal treatment furnace；dioxins；heavy metals；emission characteristics

X 511

A

1000-6923(2017)10-3836-09

雷 鳴(1987-),男,貴州安順人,華南理工大學(xué)博士研究生,主要從事生活垃圾焚燒二惡英排放與控制研究.

2017-03-22

國家自然科學(xué)基金資助項目(51608223);中央公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費資助項目(PM-zx 703-201602-050);廣東省科技計劃資助項目(2013B090600134).

* 責(zé)任作者, 海景, 研究員, haijingzg@163.com; 程江, 教授, cejcheng@scut.edu.cn