生活垃圾焚烧发电厂二恶英的防治对策探讨

摘要：垃圾焚烧发电是近年来解决城市生活垃圾问题的有效方法之一。但是，应如何防止垃圾焚烧厂产生的二恶英污染。本文简要分析了垃圾焚烧厂二恶英产生的机理，从炉型的选择、过量空气的控制、烟气净化装置和助燃装置等方面提出防控要求，减少二恶英等有毒气体的排放。
关键词：垃圾焚烧；二恶英；污染；防治对策措施
前言
二恶英是含一个或两个氧键连接两个苯环的含氯有机化合物。实际上二恶英是二恶英类的简称，它指的并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物（包括多氯代二苯并一对一二恶英（简称PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（简称PCDFs））。二恶英的化学性质非常稳定，熔点较高，蒸气压低，水溶性低，不易分解，但可在环境和动物体内长期蓄积。有资料表明，动物实验证实，二恶英有致癌作用和致畸作用，是近年来人们关注的环境污染物之一。
1产生机理
垃圾不完全燃烧是产生二恶英的主要原因之一。生活垃圾在焚烧过程中，二恶英的生成机理相当复杂，至今为止国内外的研究成果还不足以完全说明问题。已知的生成途径可能有：
（1）生活垃圾中本身含有微量的二恶英，在焚烧过程中，尽管大部分在高温燃烧时得以分解，但仍会有一部分在燃烧后随飞灰排放出来。
（2）炉内生成。生活垃圾中含有含氯物质（尤其是被人们大量丢弃的塑料制品），这些含氯物质分子在燃烧过程通过重排、自由基缩合、脱氯或其他分子反应等会生成卤代芳香族碳氢化合物。垃圾进入焚烧炉内初期干燥阶段，除水分外含碳氢成分的低沸点有机物挥发后与空气中的氧反应生成水和二氧化碳，形成暂时缺氧状况，使部分有机物同氯化氢（HCI）反应，生成PCDD。普遍研究认为：2，3，7，8四氯联苯（2、3、7、8PCDD）毒性最大。
（3）当生活垃圾燃烧不充分时，在烟气中产生过多的未燃烬物质，这些未燃烬物质遇有催化作用的金属（特别是铜等）及300～500℃的温度环境，大分子碳（残碳）与飞灰基质中的有机或无机氯反应生成PCDD。残碳氧化时，有65%～75%转变为一氧化碳，约1%转为氯苯转变为PCDD，飞灰中碳的气化率越高，PCDD的生成量也越大。
（4）出炉后生成。完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化反应可形成多种有机气相前驱物，如多氯苯酚和二苯醚，再由这些前驱物生成PCDD。高温燃烧产生含铝硅酸盐的原始飞灰中含有不挥发过渡金属和残碳，飞灰颗粒形成了大的吸附表面，飞灰颗粒在出炉堂冷却的同时，颗粒表面上的不完全燃烧产物之间，不完成燃烧产物与其它前驱物之间发生多种表面反应。另一方面与不挥发金属及其盐发生多种缩合反应，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PCDD。
2防治对策措施
垃圾在焚烧炉内得以充分燃烧是减少二恶英生成的根本所在。国际上普遍采用的防治措施是“3T+E”控制法，即保证焚烧炉出口烟气的足够温度（Temperature）、烟气在燃烧室内停留足够的时间（Time）、燃烧过程中适当的湍流（Turbulence）和过量的空气（Exces-sAir）。此外，由于焚烧炉烟气中的二恶英主要是吸附在飞灰表面，因此，高效除尘可以极大减少焚烧设施向大气排放二恶英。主要从以下几方面控制：
（1）焚烧炉的选择。应选用技术成熟、污染物排放能达到控制标准要求的焚烧炉。目前技术比较成熟的焚烧炉是以炉排炉为基础的炉型，它具有适合我国垃圾高水分、低热值的优点。该炉型的炉排主要由独立的多个炉瓦连接而成，炉排片上下重叠，一排固定，另一排运动，通过调整驱动机构，使炉排片交替运动，从而使垃圾得到充分的搅拌和翻滚，达到完全燃烧的目的。从福建省环境监测中心站对福清市生产垃圾焚烧厂（一期工程）的验收监测与调查结果看，使用以炉排炉为基础的炉型焚烧垃圾，其炉渣的产生量为垃圾焚烧量的30%左右，飞灰的的产生量为3.2%左右，燃烧比较完全。
（2）控制过量空气系数。有资料表明，炉堂内过量空气系数控制在1.6比较合适。太多的过量空气会导致焚烧温度的降低，过低的过量空气将导致燃烧不完全，都不利于二恶英及其前驱物的分解和燃烧。
（3）配套助燃装置。生活垃圾的成分比较复杂，且随季节和年份而变化，当垃圾的热值较低而无法达到850℃以上的燃烧温度时，应启动助燃装置，以保证出口烟气温度达到850℃以上。助燃装置应设计为自动启动形式，根据焚烧炉内测温装置的反馈信息，自动启动投入运行。
（4）配套烟气净化装置。垃圾焚烧除了产生二恶英外，还会产生酸性气体（如HCI、HF、SOX等）、粉尘、重金属及有机物等污染物。比较常见且技术成熟的控制方法是采用半干法净化+活性炭喷射系统+袋式除尘组合工艺。即采用喷雾干燥吸收塔，将一定浓度的石灰浆喷入吸收塔中与酸性气体反应并通过喷水控制反应温度，既可起到脱硫脱硝的作用又可降低酸性气体对后续处理的布袋腐蚀，同时去除一部分二恶英和重金属等污染物，未被去除的二恶英和重金属等污染物再辅以活性炭喷射装置经活性炭吸附处理，附着在飞灰表面的二恶英和重金属等污染物经袋式除尘器捕集下来，经鳌合固化稳定处理后，可有效去除二恶英。从中国科学院城市环境研究所分析测试中心对福清市生产垃圾焚烧厂（一期工程）（使用上述组合工艺处理）的监测结果看，烟气排放中二恶英类物质浓度为：0.013～0.097ngTEQ/m3之间、鳌合固化后飞灰中的二恶英类物质为0.141～0.160ugTEQ/kg之间，符合国家排放标准。