垃圾焚燒污染物的形成機(jī)理及控制研究

焦世娟

（山西省運(yùn)城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法隊(duì)，山西 運(yùn)城 044000）

引言

城市垃圾處理主要目的是為了減少垃圾空間污染，如何對城市垃圾進(jìn)行無害化處理、資源化處理，貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展需求是城市垃圾治理需要注意的問題。焚燒是城市垃圾處理的一種方式，應(yīng)用廣泛，操作簡單，符合城市垃圾減容需求，將其轉(zhuǎn)化為熱能，可實(shí)現(xiàn)對資源的二次利用。但垃圾在焚燒過程中沒有實(shí)現(xiàn)無害化處理，導(dǎo)致焚燒造成了二次污染。

1 垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的污染物質(zhì)及其形成機(jī)理

1.1 酸性氣體

焚燒產(chǎn)生酸性氣體如果排放到空氣中會對環(huán)境造成極其嚴(yán)重的污染。酸性氣體可溶性比較強(qiáng)，可溶于水中，漂浮在空氣中的氣體與雨水融合后會形成酸雨，具有一定的腐蝕性。垃圾中含有聚乙烯、聚丙烯等物質(zhì)，經(jīng)過焚燒后部分物質(zhì)在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成酸性氣體。將焚燒垃圾所產(chǎn)生的煙氣搜集到實(shí)驗(yàn)瓶中，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，垃圾焚燒物的煙氣包括硫氧化物、氮氧化物等，其中還包括HF 以及HCl 等，均會對生態(tài)環(huán)境造成破壞，加劇環(huán)境污染，其中產(chǎn)生最多的酸性氣體為SO2。該類物質(zhì)的產(chǎn)生受垃圾性質(zhì)影響，如果垃圾中存在含氮化合物以及含硫化合物，在高溫環(huán)境下與氧氣發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)分子之間的運(yùn)動組合，經(jīng)過分解、催化后形成具有酸性氧化物。例如，皮革類垃圾、橡膠類垃圾以及聚乙烯類塑料垃圾等，其反應(yīng)機(jī)理如式（1）所示：

HCl 物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境的破壞尤其嚴(yán)重，HCl 氣體在與水融合之后會產(chǎn)生鹽酸，具有一定的腐蝕性，人吸入或者長時間生活在HCl 氣體較多的環(huán)境中，會皮膚潰爛，聲道黏膜被侵害，甚至?xí)劳觥τ谥参锒?，HCl 物質(zhì)會使得植物壞死。因此，相關(guān)人員需要加強(qiáng)對酸性氣體的處理，實(shí)現(xiàn)對污染物的科學(xué)控制[1]。

1.2 微量有機(jī)化合物

微量有機(jī)化合物含量比較少，但其比較難降解，環(huán)境中的微量有機(jī)化合物會影響生物的正常生長。常見的有機(jī)化合物污染包括多環(huán)芳徑物質(zhì)、多氯聯(lián)苯物質(zhì)等，會嚴(yán)重污染生態(tài)水域。垃圾焚燒所產(chǎn)生的微量有機(jī)化合物多為人工合成，其中包括氯苯類物質(zhì)以及酚類物質(zhì)等，具有一定的致變突活性。對微量有機(jī)化合物的生成原理進(jìn)行分析，垃圾中的含氯物質(zhì)以及碳水化合物物質(zhì)，在高溫環(huán)境下產(chǎn)生觸媒反應(yīng)，生成相應(yīng)的微量有機(jī)化合物。國際環(huán)境組織提出，垃圾焚燒會產(chǎn)生大量的二噁英物質(zhì)，由于垃圾燃燒所產(chǎn)生的二噁英物質(zhì)占據(jù)總體排放量的30%左右。對其合成路徑進(jìn)行分析，垃圾中的含氯化合物高溫下分解，產(chǎn)生游離基物質(zhì)以及大量的二噁英生成物，高溫環(huán)境會加劇分子運(yùn)動，推動自由基的快速縮合，最終產(chǎn)生了二噁英。鍋爐內(nèi)的垃圾燃燒不充分也會導(dǎo)致微量有機(jī)化合物生成，鍋爐中的殘留碳物質(zhì)與過渡金屬發(fā)生觸媒，在高溫環(huán)境下也會生成二噁英物質(zhì)[2]。

微量有機(jī)化合物分子比較穩(wěn)定，不溶于水，具有一定的毒性。其漂浮在水域中，人體食用后會堆積到脂肪中，嚴(yán)重時可以導(dǎo)致細(xì)胞癌變，影響人體的免疫功能。我國頒布相關(guān)文件規(guī)定焚燒排放二噁英物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為0.1 ng/m3[3]。

1.3 重金屬

重金屬污染是指金屬物質(zhì)以及金屬化合物進(jìn)入到環(huán)境或者人體中，導(dǎo)致金屬含量超標(biāo)，影響生態(tài)環(huán)境以及人體健康。目前，常見的重金屬污染包括鉛污染、鎘污染、汞污染等，人體內(nèi)的重金屬含量增加，會導(dǎo)致白血病、貧血以及內(nèi)臟損傷等相關(guān)疾病。城市垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙氣中含有大量的重金屬化合物，由于垃圾中含有大量的金屬氧化物以及鹽類物質(zhì)，經(jīng)過高溫分解后會附著在煙氣中，如果不對其進(jìn)行處理、控制，則會嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境以及人體健康?？赡墚a(chǎn)生重金屬的垃圾包括燈管、油墨、電池、油漆等，焚燒無法改變重金屬的性質(zhì)，但在高溫下重金屬分子會發(fā)生轉(zhuǎn)移，進(jìn)入到空氣之中[4]。

高溫環(huán)境會使得重金屬分子軟化，使其以揮發(fā)狀態(tài)附著在空氣的煙氣之中，在遠(yuǎn)離高溫環(huán)境后，重金屬分子會發(fā)生冷凝反應(yīng)，逐漸形成顆粒狀物質(zhì)。該顆粒會附著在水源、食物、人體中，可以與水融合。重金屬無法被有機(jī)分解，但在生物體內(nèi)會逐漸形成毒性較強(qiáng)的化合物質(zhì)，可以導(dǎo)致人體器官發(fā)生病變。目前。垃圾焚燒所產(chǎn)生的重金屬污染物大都附著在垃圾燃燒后的灰燼之中，如果不科學(xué)地處置燃燒后的灰燼，將其運(yùn)輸至環(huán)境之中，也會造成生態(tài)環(huán)境破壞。

1.4 煙塵

煙塵是垃圾污染物燃燒所產(chǎn)生的煙氣中的附著顆粒物，高溫環(huán)境下垃圾出現(xiàn)氧化、升華、蒸發(fā)反應(yīng)，顆粒物會隨著煙氣懸浮在空氣中，在冷凝之后轉(zhuǎn)化為固體微顆粒。碳燃燒也會產(chǎn)生大量的煙塵，其主要成分包括二氧化硅、氧化鐵以及氧化鈣等物質(zhì)。由于煙塵會影響空氣質(zhì)量，人體吸入之后會影響人體健康，國際衛(wèi)生組織將其定義為顆粒狀的污染物。煙塵中還包括重金屬顆粒物，同樣會附著在煙氣之中。對其形成原理進(jìn)行分析，由于垃圾燃燒會形成相應(yīng)的黑煙，在不完全燃燒情況下黑煙的數(shù)量會持續(xù)增多，黑煙中附著的大量碳粒子以固定顆粒物的形態(tài)，人吸入后會影響人體的身體健康。

2 垃圾焚燒污染物的控制措施

2.1 垃圾收集處理

垃圾的收集處理是基礎(chǔ)工作，也是垃圾堆放燃燒的前提條件。通過對垃圾的科學(xué)收集以及規(guī)范處理，可以減少燃燒過程中的污染物排放，為垃圾燃燒污染控制奠定良好的基礎(chǔ)。垃圾的收集處理應(yīng)摒棄傳統(tǒng)垃圾收集的弊端，傳統(tǒng)垃圾收集將所有垃圾堆放到一起，通過垃圾車的運(yùn)輸將垃圾運(yùn)至垃圾處理場，統(tǒng)一對其進(jìn)行燃燒、填埋，該處理模式導(dǎo)致燃燒過程中的污染物增加，污染物含量更加復(fù)雜。本文從垃圾焚燒污染物控制角度探討垃圾收集處理原則，具體內(nèi)容如下：

首先，應(yīng)對垃圾進(jìn)行規(guī)范化處理，按照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》文件內(nèi)容執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，確保垃圾收集、處理過程的規(guī)范化、系統(tǒng)化、體系化，減少可能導(dǎo)致垃圾焚燒污染的情況[5]。

其次，垃圾處理人員需要對城市垃圾進(jìn)行分類處理，可以將垃圾分為生活垃圾、工業(yè)垃圾等，并按照其是否可以回收的性質(zhì)將其分為可回收垃圾以及不可回收垃圾。垃圾分類收集是控制焚燒污染物的基礎(chǔ)，不同的垃圾采取不同的處理方式。

最后，環(huán)境治理部門應(yīng)根據(jù)城市產(chǎn)生的垃圾進(jìn)行細(xì)分，建立系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的垃圾處理工作體系，對垃圾處理方式、處理手段、處理效果進(jìn)行明確。各項(xiàng)工作嚴(yán)格按照體系指標(biāo)開展進(jìn)行，創(chuàng)造良好的垃圾收集與焚燒處理環(huán)境，提高垃圾處理人員工作積極性，貫徹落實(shí)生態(tài)處理理念。因此，從源頭控制垃圾焚燒污染物是重點(diǎn)工作，相關(guān)部門必須高度重視垃圾的收集以及處理，制定系統(tǒng)化的垃圾處理規(guī)范，完善垃圾焚燒管理體系，實(shí)現(xiàn)對焚燒垃圾的科學(xué)分類，貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。

2.2 控制煙氣污染

煙氣污染是指垃圾在焚燒過程中所產(chǎn)生的煙氣中含有大量碳粒子以及重金屬顆粒物的污染，對其污染形成原理進(jìn)行分析，如果燃燒條件較好，使得垃圾可以充分燃燒，便可以減少污染物的產(chǎn)生。針對由于不充分燃燒導(dǎo)致煙氣中含有污染物問題，可以通過控制燃燒條件的方法實(shí)現(xiàn)對污染物的科學(xué)控制，具體可以分為以下幾種：

首先，科學(xué)的焚燒爐爐膛以及爐排控制可以減少垃圾焚燒過程中的煙氣污染問題。垃圾不充分燃燒會產(chǎn)生大量的黑煙、濃煙，對環(huán)境造成一定程度影響。通過更高焚燒爐結(jié)構(gòu)，使得垃圾充分燃燒，可以達(dá)到控制污染物的目的。衡量煙氣污染指標(biāo)的條件是煙氣中的一氧化碳濃度，通過一氧化碳的濃度指標(biāo)分析，可以了解到垃圾焚燒的溫度條件。一氧化碳濃度越低，垃圾燃燒越充分，污染物越少。我國規(guī)定垃圾焚燒煙氣中一氧化碳濃度應(yīng)在60 mg/m3以下。

其次，溫度控制也是垃圾燃燒的條件之一，將焚燒爐出口溫度控制在850 ℃以上，確保煙氣在焚燒爐內(nèi)的停留時間達(dá)到2 s 以上，可以實(shí)現(xiàn)對垃圾的充分燃燒。垃圾焚燒過程中需要合理控制燃燒時間、燃燒溫度以及通風(fēng)量等各種參數(shù)，確保燃燒過程中的氧氣濃度可以支撐垃圾的充分燃燒，明確垃圾注入的位置。

最后，高溫氧化是煙氣污染物形成的條件之一，煙氣中的金屬附著物以及二噁英物質(zhì)，在高溫條件下產(chǎn)生，為保障垃圾在爐內(nèi)充分燃燒，合理控制溫度條件以及生產(chǎn)條件，可以應(yīng)用脫硝裝置實(shí)現(xiàn)對污染物的控制。

2.3 煙氣凈化處理

煙氣凈化系統(tǒng)是控制垃圾焚燒污染物的技術(shù)，通過凈化裝置可以將污染物濃度控制在合理的范圍之內(nèi)，在焚燒過程中實(shí)現(xiàn)對污染物的控制，對垃圾焚燒所產(chǎn)生的污染物進(jìn)行分類，采取不同的凈化處理手段，如果為酸性氣體則采用脫酸手段進(jìn)行處理，如果為顆粒物則應(yīng)用除塵手段進(jìn)行處理，具體處理工藝如下。

2.3.1 除塵

除塵器裝置的應(yīng)用具有一定的除塵效果，我國規(guī)定垃圾焚燒污染物處理必須安設(shè)相應(yīng)的除塵裝置，可以實(shí)現(xiàn)對焚燒粉塵污染物以及重金屬污染物的收集與處理。通過在除塵裝置上安裝相應(yīng)的活性炭裝置，可以實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物污染物的吸附。比較常用的是袋式除塵裝置，其具備過濾裝置，可以實(shí)現(xiàn)對焚燒污染物的過濾，去除煙氣中的顆粒物以及二噁英化合物。

2.3.2 顆粒物去除

煙氣凈化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對重金屬污染物以及二噁英類污染物的處理。垃圾在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的煙塵以及飛灰，二噁英物質(zhì)就附著在上面部分重金屬物質(zhì)會停留在碳灰中。為實(shí)現(xiàn)對上述兩種污染物的處理，可以應(yīng)用煙氣凈化裝置，控制煙氣在系統(tǒng)中的停留時間，控制除塵器的出口溫度，輔助應(yīng)用混粉器裝置安設(shè)活性炭實(shí)現(xiàn)對污染物的科學(xué)吸附，最后應(yīng)用布袋除塵器對其進(jìn)行收集處理。

2.3.3 酸性氣體處理

針對垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體，煙氣凈化系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)對酸性氣體的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對酸性氣體的中和。酸性氣體中的氯化氫、硫化物等可以應(yīng)用堿性物質(zhì)進(jìn)行處理，將產(chǎn)生的酸氣排放至反應(yīng)容器內(nèi)，在密閉的空間內(nèi)注入堿性物質(zhì)，使其發(fā)生酸堿中和反應(yīng)。目前，可以應(yīng)用的方法大致有三種，其中包括濕法中和、干法中和以及半干法中和，將酸性氣體中和成中性物質(zhì)。不同的方法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)，濕法的中和反應(yīng)效率最高，但由于反應(yīng)期間摻雜了大量的水分，會產(chǎn)生相應(yīng)的污水，需要對污水進(jìn)行處理。干法雖然不會造成二次污染，但中和反應(yīng)效率較慢，無法完全實(shí)現(xiàn)對酸性氣體的處理。因此，可以應(yīng)用效率較高，無二次污染的半干法實(shí)現(xiàn)酸性氣體與堿性氣體的中和。應(yīng)用干半干法實(shí)現(xiàn)對垃圾焚燒酸性污染的控制，需要注意中和反應(yīng)期間的半干處理問題，避免反應(yīng)后的固體物質(zhì)黏附在裝置內(nèi)。

2.4 脫硝高效處理

脫硝主要應(yīng)用接觸還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對垃圾焚燒污染物的處理以及控制。脫硝技術(shù)的應(yīng)用主要針對垃圾焚燒污染物中的氮氧化物，利用氨水與煙氣中的氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，將其還原成對環(huán)境無污染的氮?dú)庖约八?。?jīng)過脫硝高效處理后，可以減少垃圾焚燒污染物中90%以上的氮氧化物。

2.5 灰渣科學(xué)處理

垃圾在焚燒爐內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的灰渣中含有大量的污染物，如果將其直接運(yùn)輸?shù)阶匀画h(huán)境中，會嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。如何對灰渣進(jìn)行有效處理是垃圾處理人員需要著重考慮的內(nèi)容，灰渣中含有重金屬污染物，可以實(shí)現(xiàn)對該類污染物的回收處理。

應(yīng)用凈化裝置提取的灰渣應(yīng)對其進(jìn)行保存處理，將其列為風(fēng)險(xiǎn)廢品類中。將凈化過程中所產(chǎn)生的灰渣儲存在暫存間中，在灰渣內(nèi)部添加相應(yīng)的螯合劑使其固化，達(dá)到一定數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)后將其運(yùn)輸至外面進(jìn)行填埋處理。目前，也有很多垃圾焚燒廠貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展觀念，建立了灰渣分揀工程，待燃燒完全之后對灰渣進(jìn)行多級分揀，將重金屬物質(zhì)取出，實(shí)現(xiàn)對金屬物質(zhì)的二次利用。該方法對金屬顆粒物分揀技術(shù)的要求比較高，需要應(yīng)用相應(yīng)的設(shè)備對灰渣進(jìn)行處理，但具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，且減少了灰渣的后續(xù)處理，分揀后的重金屬物質(zhì)可以在道路施工、建材加工中發(fā)揮一定的作用。

3 結(jié)論

總而言之，城市垃圾焚燒處理需要滿足無害化原則，充分貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展理念，在焚燒過程中應(yīng)用相應(yīng)的控制措施，減少乃至消除焚燒期間排放的污染物。本文分析垃圾焚燒污染物物質(zhì)以及含量，將焚燒前、焚燒中、焚燒后均納入到控制體系中，構(gòu)建完善的污染控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對垃圾焚燒的無害化處理，實(shí)現(xiàn)生態(tài)城市建設(shè)目標(biāo)。