廢棄物焚燒中二噁英的控制

楊東

摘 要：廢棄物的的焚燒處理是目前國內廢棄物處理主要方法，但燃燒過程中產生的二噁英會對環境和人身健康造成較大危害。本文介紹了二噁英的特性、危害、焚燒中產生原因、并從燃燒前，燃燒過程，燃燒后的煙氣凈化，監管幾方面提出二噁英的控制方法。

關鍵詞：二噁英 焚燒 控制

1.二噁英的特性和危害

二噁英實際上是二噁英類一個簡稱，它指的并不是一種單一物質，而是結構和性質都很相似的包含眾多同類物或異構體的兩大類有機化合物。二噁英是指含有2個或1個氧鍵連結2個苯環的含氯有機化合物 ，它的英文名字“Dioxin” 。由于Cl原子在 1～9的取代位置不同 ，構成 75種異構體多氯代二苯 （PCDD）和 135種異構體多氯二苯并呋喃 （PCDF） ，705℃開始分解 ，800℃ 時 2s完全分解。

二噁英包括210種化合物，這類物質非常穩定，熔點較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機溶劑，是無色無味的脂溶性物質，所以非常容易在生物體內積累，對人體危害嚴重。

二噁英類的毒性因氯原子的取代數量和取代位置不同而有差異 ，含有1-3個氯原子的被認為無明顯毒性；含4-8個氯原子的有毒，其中2，3，7，8-四氯代二苯-并-對二噁英（2，3，7，8-TCDD）是迄今為止人類已知的毒性最強的污染物，國際癌癥研究中心已將其列為人類一級致癌物；如果不僅2，3，7，8位置上被4個氯原子所取代，其他4個取代位置上也被氯原子取代，那么隨著氯原子取代數量的增加，其毒性將會有所減弱。由于環境二噁英類主要以混合物的形式存在，在對二噁英類的毒性進行評價時，國際上常把各同類物折算成相當于2，3，7，8-TCDD的量來表示，稱為毒性當量（Toxic Equivalent Quantity，簡稱TEQ）。為此引入毒性當量因子（Toxic Equivalency Factor，簡稱TEF）的概念，即將某PCDDs/PCDFs的毒性與2，3，7，8-TCDD的毒性相比得到的系數。樣品中某PCDDs或PCDFs的質量濃度或質量分數與其毒性當量因子TEF的乘積，即為其毒性當量（TEQ）質量濃度或質量分數。而樣品的毒性大小就等于樣品中各同類物TEQ的總和。

二噁英的生物半衰期較長，2，3，7，8一TCDD在小鼠體內為10～15天，大鼠體內為12～31天，人體內則長達5～10年（平均為7年）。因此，即使一次染毒也可在體內長期存在；如果長期接觸二噁英還可造成體內蓄積，可能造成嚴重損害。人類短期接觸高劑量的二惡英，可能導致皮膚損害，如氯痤瘡和皮膚色斑，還可能改變肝臟功能。長期接觸則會牽涉到免疫系統、發育中的神經系統、內分泌系統以及生殖功能的損害。

2.二噁英在廢棄物焚燒過程中的產生

大氣環境中的二噁英來源復雜，鋼鐵冶煉，有色金屬冶煉，汽車尾氣，焚燒生產（包括醫藥廢水焚燒，化工廠的廢物焚燒，生活垃圾焚燒，燃煤電廠等）。各種廢棄物在燃燒溫度低于300-400℃時容易產生二噁英。我國固體廢物和醫療廢物的產生量和處理量都在不斷增加，各地紛紛建立或籌建集中焚燒設施。

廢棄物焚燒產生的二噁英受到的關注程度最高，焚燒廢棄物產生二噁英的機理比較復雜，主要有三種途徑[1]：

1）廢棄物中本身含有微量的二噁英， 燃燒后部分未分解排放出來。

2）由于氯源（氯氣、HCl等）、二噁英前驅物和反應催化劑（Cu、Fe）的存在，焚燒溫度低于800℃，停留時間小于2s，部分有機物會與分子氯或氯游離基反應，廢棄物極易生成二噁英。

3）在焚燒結束后煙氣由于溫度的變化，及燃燒不充分部分在氯源及（Cu、Fe）催化劑作用下，在300-500℃的低溫段，高溫燃燒分解的二噁英會重新生成。

3.廢棄物焚燒過程中二噁英的控制

3.1燃燒前的控制-配伍

嚴格控制進入焚燒爐的入料廢棄物的氯和重金屬含量，對進廠廢棄物進行物料分析、存入數據庫、入料前進行配伍后，投料焚燒，控制二噁英合成反應所需的條件。

3.2控制燃燒條件

嚴格控制”3t”，即燃燒溫度保持在1100℃以上，充分攪拌混合增強湍流度，延長煙氣在高溫段的停留時間。以危險廢物焚燒為例，通過進料機構送入回轉窯本體內進行高溫焚燒，其操作溫度控制在900℃左右，經過60min（45-120min）左右的高溫焚燒，物料被徹底焚燒成高溫煙氣和灰渣。從回轉窯出來的高溫煙氣進入二燃室后，與二燃室中通入二次風強烈混合，使二燃室成為過氧燃燒，保持二燃室煙氣中6～10%的含氧量，二燃室溫度不低于1100℃充分燃燒，停留時間超過2秒，以保證廢物的充分燃燒。在二燃室下部設置二次風和兩個多燃料燃燒器，保證二燃室煙氣溫度達到標準以及煙氣有足夠的擾動。回轉窯本體內少量沒有完全燃燒的氣體在二燃室內得到充分燃燒，并提高二燃室溫度，在二燃室內溫度始終維持在1100℃以上。

3.3煙氣凈化處理

3.3.1煙氣急冷

從余熱鍋爐出來的煙氣經歷520℃到195℃的降溫區，從理論上說是二噁英的低溫再生段。規范要求煙氣在1秒的時間內從500℃急速降溫到200℃以下。煙氣急冷裝置，急冷塔內下部向上噴入自來水與煙氣進行逆流換熱，由于此過程為直接噴淋冷卻，煙氣溫度很高（～520℃），水立即（瞬間）蒸發，將煙氣溫度從520℃降為195℃，此換熱過程約需要0.6～0.8秒，換熱后水分全部蒸發，進入煙氣中。在急冷塔上部還裝有一套緊急注水系統，作為冷卻水的備用，確保急冷塔能夠將煙氣迅速冷卻，以抑制二惡英的重新生成。

3.3.2干法脫酸、活性炭噴射和布袋除塵系統

急冷裝置出口的煙氣采用干法煙氣脫酸技術進行處理。該技術采用懸浮方式，使吸收劑在吸收塔內懸浮、反復循環，與煙氣中的SO2、HCl等酸性物質充分接觸反應來實現脫酸的一種方法[2]。煙氣凈化工藝分6個步驟：⑴吸收劑存儲和輸送；⑵脫酸劑與煙氣充分接觸混合；⑶二氧化硫和氯化氫吸收；⑷灰循環；⑸活性炭吸附；⑹廢渣排除。系統包括干法煙氣凈化系統、吸收劑存儲和輸送系統、布袋除塵器系統、以及控制系統。脫酸劑與煙氣中的HCl、SO2等酸性物質混合反應，生成CaCl2、CaSO4和CaSO3等反應產物。這些干態產物小部分從凈化塔塔底排灰口排出，大部分經過布袋除塵器除塵。煙氣除塵采用脈沖布袋除塵器，清灰采用“定壓清灰+定時清灰”的方式，待布袋除塵器進出口壓差達到一定值（可自行設置），清灰系統自動工作，以保證系統平穩工作。

3.3.3濕法脫酸系統

濕法脫酸系統主要由濕式洗滌塔、冷卻液循環泵、濕式洗滌塔補充水箱、燒堿儲罐、氫氧化鈉稀釋用泵、氫氧化鈉稀釋罐、氫氧化鈉攪拌用泵、燒堿供應泵、廢水提升泵、管道系統及控制儀表等組成。

引風機出口溫度約175℃的煙氣從煙氣換熱器下部原煙氣入口進入，經過預冷器后溫度降至約108℃，從換熱器的下部原煙氣出口出來進入到洗滌塔下半部煙氣入口并在塔內向上運行。20%的燒堿溶液通過燒堿輸送泵輸送至冷卻液循環管道中，將冷卻液的PH值維持在11左右。同時，在此過程中燒堿溶液與煙氣中部分的酸性氣體HCl、SO2等進行反應，生成NaCl、NaF、Na2SO3、Na2SO4等鹽類。

3.4除渣和灰、渣冷卻及其輸送系統

焚燒飛灰吸附二惡英和其他有害成分的活性炭等殘余物應按照危險廢物進行處置[2]。焚燒率的殘渣，經過濕式出渣系統，由焚燒爐底部的鏈式除渣機連續排出。由除渣機出來的殘渣，最終掉入出渣機端部設置的料槽內。經檢測符合填埋要求的可直接由運輸車送去填埋，不符合填埋要求的運到固化段處理后填埋。

由余熱鍋爐下部排出的灰，經灰輸送機的輸送，落入專用料槽內。袋式除塵器底部的飛灰用專用儲倉儲存。飛灰經過固化處理后統一送至危險廢物填埋場固化后填埋。

4.調高標準加強監管

歐盟標準《DIRECTIVE 20100/76/EC OF THEEUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 4 December 2000 on the incinerationof waste DIRECTIVE》，二噁英排放標準是0.1 ng TEQ/Nm3；國家現行標準《危險廢物焚燒污染控制標準（GB18484-2001）》中二噁英排放標準是0.5 ng TEQ/Nm3，但在《危險廢物焚燒污染物控制標準GB18484-2001（2014年征求意見稿）》中提出二噁英排放標準為0.1 ng TEQ/Nm3；《生活垃圾焚燒污染控制標準（GB18485-2014）》中二噁英排放標準已提標至0.1 ng TEQ/Nm3；

煙囪配備連續微污染物自動采樣系統，用于采集二惡英、呋喃（PCDD/PCDF）、多氯聯苯（PCB）和其它難降解有機污染物（POP）。目前國內垃圾焚燒廠對二噁英的監測，一般是采用定期采樣送檢的形式，以監督焚燒爐煙氣的二噁英排放，常規做法是每次取樣一小時，共取三個樣品。僅能實現某個時刻的二噁英排放監管。二噁英和呋喃的累積收集系統，在煙囪上設置二噁英累積收集系統，連續對煙氣中的二噁英進行收集，定期檢測分析，從而可獲得該時期內焚燒系統所排放的煙氣二噁英含量。

結語：

廢棄物焚燒過程中二噁英的控制是時焚燒處理技術發展的關鍵和重點所在。可以從燃燒前配伍、控制燃燒條件、煙氣凈化系統去除酸性氣體及重金屬，對二噁英的生成和排放進行綜合控制，為廢棄物焚燒二噁英的污染問題得到有效解決。

參考文獻：

[1]錢原吉，吳占松.生活垃圾焚燒爐中二噁英的生成和計算方法.《動力工程》.2007.08.

[2]游銘金.危險廢物焚燒過程中二惡英的產生和控制.《節能環保》.2014.08.

[3]付建英，李曉東，詹明秀，等.生活垃圾循環流化床焚燒鍋爐飛灰中二惡英熱解析特性研究.《環境科學學報》.2015.06.