生活垃圾焚燒飛灰二噁英的處理方法研究進(jìn)展

蘇明舟

（安徽省新能電氣科技有限公司）

1.前言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，我國(guó)生活垃圾每年以8%-10%的速度增長(zhǎng)。因垃圾焚燒技術(shù)可以對(duì)垃圾實(shí)現(xiàn)減量化，無害化和資源化處置目前得到了快速的發(fā)展。但是在焚燒的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生3%左右飛灰，且因含有大量的二噁英和重金屬被列為危險(xiǎn)廢棄物[。

目前國(guó)內(nèi)飛灰處置方法為使用螯合劑穩(wěn)定之后用水泥定型，達(dá)到GB16889—2008生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)入生活垃圾填埋場(chǎng)單獨(dú)分區(qū)填埋處置，其中對(duì)于二噁英的要求為含量低于3μg/kg（國(guó)際毒性當(dāng)量值），因此垃圾焚燒飛灰在進(jìn)入填埋場(chǎng)或者資源化利用之前二噁英必須被去除。

本文對(duì)飛灰中二噁英的性質(zhì)和產(chǎn)生原理進(jìn)行了闡述，對(duì)二噁英處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納和總結(jié)。重點(diǎn)介紹了分離法、熱處理、氧化處理法、水熱法、化學(xué)機(jī)械法和生物降解法。

2.飛灰中二噁英的去除方法

飛灰中二噁英的處理方法可以為物理處理法，化學(xué)處理法和生物處理法，具體細(xì)化可以分為六類：（1）分離法；（2）熱處理法；（3）氧化處理法；（4）水熱法；（5）化學(xué)機(jī)械法；（6）生物降解法。

2.1 分離法

分離法去除飛灰中二噁英可以通過二種途徑：飛灰殘?zhí)咳コ投f英萃取。這二種方法對(duì)于二噁英的去除效果都很有限。

（1）殘?zhí)咳コ?/p>

殘?zhí)堪ɡ形幢蝗紵奶己捅淮匠龎m器捕捉的前段吸附二噁英活性炭粉末。殘?zhí)坑捎谄鋼碛写蟮谋砻嫖絽^(qū)域和在從頭合成中重要作用使得成為飛灰中有機(jī)微污染物的主要來源，因此通過去除殘?zhí)康姆椒梢蚤g接的去除二噁英[1]。浮選法是一種應(yīng)用在固體分離領(lǐng)域的低能耗技術(shù)[2]，目前已被應(yīng)用于飛灰中殘?zhí)康娜コ?。飛灰在遇到水容易形成氧化基團(tuán)不利于殘?zhí)縿冸x，失水山梨醇油酸酯和聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯二種混合物作為表面活性劑可以降低飛灰殘?zhí)恐械挠H水性，促進(jìn)分離。

（2）二噁英萃取

飛灰中二噁英物質(zhì)的萃取分離利用的是相似相溶原理，向飛灰中加入有機(jī)溶劑發(fā)生萃取使得飛灰中二噁英物質(zhì)進(jìn)入到溶劑中。采用的溶劑是甲苯、二氯甲烷、二氯甲烷和丙酮混合液（1∶1體積比），采用的萃取方法多為是索式提取法。其他的提取方法近年來得到廣泛關(guān)注。

分離法方法簡(jiǎn)單、操作容易，但是二噁英沒有完全去除且需要二次處理，需要添加有機(jī)試劑，因此該方法不適合作為單獨(dú)處理方法存在，可以作為補(bǔ)充方法。

2.2 熱處理

熱處理通過作用原理的不同可以分為二類：第一類為高溫?zé)崽幚恚和ㄟ^高溫將二噁英徹底的破壞，達(dá)到消除二噁英的目的；第二類為低溫?zé)崽幚恚涸诙栊詺夥障?，低溫加熱飛灰利用飛灰中的Cu、Rh、Pt等金屬成分通過催化作用對(duì)二噁英進(jìn)行加氫/脫氯和分解反應(yīng)去除二噁英。

（1）高溫?zé)崽幚?/p>

高溫?zé)崽幚砭褪窃诟邷氐那闆r下破壞二噁英，同時(shí)也可以對(duì)重金屬穩(wěn)定化。根據(jù)產(chǎn)物的不同可以分為二類作用：玻璃化和燒結(jié)[14]。

玻璃化指的是通過高溫（1000-1500℃）將飛灰轉(zhuǎn)變成玻璃樣無定形體（玻璃態(tài)）的過程，在這過程同時(shí)將二噁英降解。這種方法可以降解二噁英，穩(wěn)定化重金屬，產(chǎn)物可以資源化，目前研究最多的便是等離子體技術(shù)。等離子炬核心溫度在6000℃以上，一般有機(jī)物在1000攝氏度的時(shí)候裂解為H2和CO等小分子氣體，無機(jī)物在1500-1600℃熔融成漿，故飛灰經(jīng)過等離子體處置，有機(jī)物會(huì)發(fā)生裂解，灰渣是玻璃熔融態(tài)物質(zhì)[3]。

燒結(jié)是生成玻璃制品和微晶玻璃的方法，基本原理是相似于玻璃化，但是溫度一般為700-1100℃，低于熔融溫度，其運(yùn)行成本低于玻璃化。

（2）低溫?zé)崽幚?/p>

雖然在高溫情況下（1100-1700℃）飛灰中二噁英可以被去除，但是在降溫過程中或者在氣相中二噁英會(huì)重新生成[4]。在惰性氣氛下，低溫加熱飛灰利用飛灰中的Cu、Rh、Pt等金屬成分通過催化作用對(duì)二噁英進(jìn)行加氫/脫氯和分解反應(yīng)可以將二噁英分解。

高溫?zé)崽幚盹w灰中二噁英高效，同時(shí)還可以固化重金屬，在日本等國(guó)得到了應(yīng)用，但是該方法能耗較高，設(shè)備要求較高。低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，因其設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，是一種去除飛灰中二噁英較為理想的技術(shù)。

2.3 氧化處理法

氧化處理法是利用強(qiáng)氧化劑氧化分解飛灰中二噁英的一種方法。強(qiáng)氧化劑能將飛灰中的二噁英逐步降解成為簡(jiǎn)單的有機(jī)物甚至完全降解，一般是在水溶液中進(jìn)行。根據(jù)反應(yīng)原理可以分為二類：第一種為溫和條件下的強(qiáng)氧化劑氧化分解作用；另外一種是特殊條件下產(chǎn)生羥基自由基氧化作用。

（1）強(qiáng)氧化劑氧化作用

強(qiáng)氧化劑在去除飛灰中二噁英應(yīng)用較多的是過氧化氫，在溫和條件下反應(yīng)一段時(shí)間飛灰中二噁英均可被去除。

（2）羥基自由基氧化作用

催化濕式氧化和光催化是二種產(chǎn)生羥基自由基應(yīng)用于飛灰中二噁英降解的方法。催化濕式氧化法應(yīng)用最多的是超臨界水法。超臨界水法是水在溫度和壓力超過水的臨界點(diǎn)，形成超臨界水，在超臨界水為溶劑條件下，分子氧生成羥基自由基。

光催化是利用光照射在催化劑表面，電子發(fā)生躍遷，在價(jià)帶上留下空穴。空穴能將吸附在催化劑粒子表面的HO-、H2O 氧化成羥基自由基。

氧化法反應(yīng)速度快，氧化能力強(qiáng)，氧化徹底，沒有二次污染物產(chǎn)生，但是產(chǎn)生了反應(yīng)條件要求高、反應(yīng)器易于腐蝕和堵塞等問題，一直是制約氧化法發(fā)展。

2.4 水熱法

水熱法是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的總稱。按水熱反應(yīng)的溫度進(jìn)行分類，可以分為亞臨界水反應(yīng)和超臨界水反應(yīng)，前者反應(yīng)溫度在100～240℃之間，在本綜述中，超臨界法已經(jīng)闡述，故水熱法主要是指亞臨界水反應(yīng)。比374.2℃和22.1MPa稍微低一些的低溫和低壓下成液體狀態(tài)的水稱為“亞臨界水”。溫度和壓力都較低的條件下，水的極性提高，可以萃取極性化合物。許多學(xué)者將無機(jī)物（鐵鹽、甲醇和氫氧化鈉）和有機(jī)物（氨三乙酸和碳酰肼）添加到亞臨界水反應(yīng)中促進(jìn)飛灰中二噁英的降解。水熱法較氧化法反應(yīng)條件要求低，設(shè)備簡(jiǎn)單且在外加試劑條件下可以穩(wěn)定飛灰中重金屬，是一種可以借鑒的方法，但是其操作要求復(fù)雜，仍有待發(fā)展。

2.5 機(jī)械化學(xué)法

機(jī)械化學(xué)法是指通過機(jī)械力的不同作用方式，如壓縮、沖擊、摩擦和剪切等，引入機(jī)械能量，使受力物體的物理化學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，改變其反應(yīng)活性。機(jī)械化學(xué)法處理過程處于完全封閉的反應(yīng)器中，因此處理過程不會(huì)產(chǎn)生如常規(guī)熱處理技術(shù)存在的二噁英二次合成問題；而且該技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式非常簡(jiǎn)單，具備規(guī)?；瘧?yīng)用的可行性。機(jī)械化學(xué)法通過球磨飛灰，使得飛灰中二噁英降解，該方法簡(jiǎn)單易行，要求較低，但是該方法對(duì)于二噁英去除機(jī)理還沒有研究清楚，且去除效果較其他方法差。

2.6 生物降解法

二噁英的微生物降解主要有細(xì)菌好氧降解、厭氧細(xì)菌還原脫氯和白腐真菌降解等。其中白腐真菌對(duì)二噁英的降解能力較強(qiáng)[5]。氧化、脫氯、開環(huán)和酶降解等作用均可見于二噁英的生物降解中。生物去除飛灰中二噁英具有成本低、環(huán)境友好，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、效果不如其他方法、受環(huán)境因素影響很大、條件不易人為控制等缺點(diǎn)也還很明顯，如何改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)條件和菌種篩選仍然是目前的難點(diǎn)。

3.小結(jié)與展望

垃圾焚燒發(fā)電廠排放的二噁英類物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人體健康的影響日益受到人們的關(guān)注，飛灰作為二噁英物質(zhì)最重要的去處，飛灰中二噁英物質(zhì)能否做到無害化去除，關(guān)系著生活垃圾焚燒處理產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文詳細(xì)介紹了飛灰中二噁英的組成、生成原理，并且比較了分離法、熱處理、氧化處理法、水熱法、化學(xué)機(jī)械法和生物降解法六種方法對(duì)于二噁英的去除效果和優(yōu)缺點(diǎn)。

上述六種方法對(duì)于二噁英類物質(zhì)去除均有一定的效果，但是對(duì)于重金屬去除效果不盡相同。分離法、氧化處理法、化學(xué)機(jī)械法和生物降解法對(duì)于二噁英去除效果不佳，熱處理可以達(dá)到同時(shí)處理二噁英和重金屬，但是運(yùn)行成本較高，在國(guó)內(nèi)很難推行。水熱法是一種目前來說較為理想的方法，但工業(yè)化使用對(duì)設(shè)備要求高。綜上所述，一種對(duì)飛灰中二噁英和重金屬進(jìn)行簡(jiǎn)單、無害、經(jīng)濟(jì)的處理方法仍然是一個(gè)難題，仍然需要科技工作者努力。