垃圾焚烧发电过程中二恶英的污染控制

摘要 垃圾焚烧发电是垃圾处理的发展方向，但是垃圾焚烧过程中产生的二恶英会对环境造成危害。系统介绍了二恶英的性质、危害及来源，并根据垃圾焚烧发电过程中二恶英的生成机理从“燃烧前、燃烧中、燃烧后”三个环节分别提出二恶英的污染控制方法。
关键词 垃圾焚烧 二恶英 污染控制
Pollution control on dioxins in the process of power generation by waste incineration Zhong Jin1，Zhu Gengfu2，Zhu Fahua2. (1.Nanjing University of Information Science & Technology，Nanjing Jiangsu 210044; 2.State Power Environmental Protection Research Institute，Nanjing Jiangsu 210031)
Abstract：Power generation by waste incineration has been a direction of garbage disposal. But the dioxins produced in the process of waste incineration will endanger the environment. This paper has systematically introduced the characters, harm as well as the source of dioxins. And based on the produced mechanism of dioxins, some methods of control have been described from three aspects: pre-incineration, incinerating and after incinerated.
Keywords：Waste incineration Dioxins Pollution control
近年来城市规模迅速扩大，人们的消费水平不断提高，垃圾产生量骤增，如何合理有效地处理垃圾已成为环境保护的焦点问题。在垃圾处理减量化、资源化、无害化的原则下，垃圾焚烧发电技术逐渐突显出其减量减容化大、可回收利用部分能量的优势，从而成为21世纪垃圾处理的一个重要的发展方向。据不完全统计，我国已经建成43座垃圾焚烧发电厂，装机容量超过600 MW，日处理垃圾量超过3万t，垃圾焚烧发电厂以广东和浙江两省居多。然而如果垃圾处理不当，极易产生剧毒物二恶英，由于二恶英会对环境造成很大危害，有效地控制垃圾焚烧过程中二恶英的产生与扩散，直接关系到垃圾焚烧发电技术的推广。
1 二恶英的性质、危害、来源
二恶英（dioxins）是多氯二苯并二恶英（PCDD，Polycholoro dibenzo-p-dioxin）和多氯二苯并呋喃（PCDF，Polycholoro dibenzo-furan）的统称，它共有210种同族体，其中前者75种，后者135种。
二恶英有剧毒，其毒性与氯原子取代的位置密切相关，只有在那些2、3、7、8四个共平面取代位置均有氯原子的17个二恶英异构体是有毒的，其中毒性最强的是2，3，7，8-四氯二苯并二恶英（2，3，7，8-TCDD）。根据美国环境保护署(EPA)1994年9月的报告，它是迄今为止，人类所发现的毒性最强的物质，其毒性相当于氰化钾（KCN）的1000倍。
二恶英各异构体浓度的综合毒性评价方法一般以TCDD为基准，利用TCDD的毒性当量(TEQ)来表示各异构体的毒性，称之为毒性当量因子(TEF)，其它异构体的毒性以相对毒性进行评价，其计量单位常采用ng-TEQ/m3，目前发达国家对二恶英的排放标准一般控制为0.1 ng-TEQ/m3。
在常温下二恶英为固体，熔点高，一般在700 ℃以上才能分解，酸碱环境中稳定；且难溶于水，易溶于脂肪，易在生物体内富集，能引起皮肤痤疮、头疼、失聪、忧郁和失眠等症状。即使是在很微量的情况下，长期摄取也会引起癌症、畸形等，因此应该严格控制垃圾焚烧发电过程中二恶英的产生。
二恶英主要来源于垃圾焚烧、含氯农药合成、纸浆的氯气漂白。其中垃圾焚烧所排放二恶英量为其排放总量的75%以上，如日本1990年二恶英的排放量为3 940～8 450 g（TEQ），其中垃圾焚烧排放出的量为3 100～7 400 g（TEQ），占二恶英总排放量的80%～90%。所以发达国家对垃圾焚烧厂进行了严格的规定。我国在发展和推广垃圾焚烧发电技术时，应本着发展治理并举的方针，高度重视控制二恶英的产生。
2 二恶英在垃圾焚烧发电过程中的产生
垃圾焚烧发电过程中二恶英的生成集中在垃圾在焚烧炉中的燃烧过程。自1977年Olive 等[1]在荷兰阿姆斯特丹的城市垃圾焚烧飞灰中发现氯化二苯并二恶英开始，对垃圾焚烧炉中二恶英的形成和排放机理的研究已有20多年，然而，对二恶英的生成机理并未研究透彻。目前普遍接受的燃烧过程中二恶英的排放来源有3种主要机理[2~7]：
（1）从原生垃圾中来。原生垃圾中自身含有二恶英类物质，在焚烧过程未被破坏，存在于燃烧后的烟气中。
（2）在燃烧过程中产生。含氯前体物包括聚氯乙烯、氯代苯和五氯苯酚等，在燃烧中通过重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英，这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分也会被分解。
（3）在燃烧尾部烟气中再合成。在燃烧过程中，燃料不完全燃烧产生了一些与二恶英结构相似的环状前驱物（氯代芳香烃），在较低温度（250～600 ℃）下，这些前驱物在固体飞灰表面发生异相催化反应合成二恶英，即飞灰中残碳、氧、氢和氯等在飞灰表面催化合成中间产物或二恶英，或气相中的前驱物在飞灰表面与不挥发金属及其盐发生多种反应，生成表面活性氯化物，再经过多种复杂的有机反应生成吸附在飞灰颗粒表面上的二恶英。