垃圾焚燒電廠產生的二噁英及其控制

羋金建，謝星宇

（太倉協鑫垃圾焚燒發電有限公司，江蘇太倉 215400）

0 引言

目前，我國城市生活垃圾累積堆存總量已達到70億t，據有關部門統計，2015年城市垃圾達到2.1億t，并以每年10%的速度增長。長久以來，城市生活垃圾主要以填埋方式處理，但填埋方式占用大量土地，且易造成環境污染。為此進行垃圾焚燒處理，并輔以垃圾源頭分類以解決我國垃圾泛濫成災問題。以太倉協鑫垃圾焚燒發電廠的生產工藝為例，來說明二噁英的形成及控制措施。

1 垃圾焚燒處理

垃圾在焚燒爐內經過高溫焚燒后，減少了固體排放量，并能將燃燒過程中產生的熱量進行回收利用。太倉垃圾焚燒發電廠的焚燒爐為杭州鍋爐廠的兩段式機械爐排爐，并采用半干法煙氣處理系統。焚燒處理法具有垃圾處理量大、減容性好(體積可減少90%以上，重量可減輕80%以上)、無害化較徹底、處理周期短、占地面積小、可回收利用垃圾燃燒所產生的熱能等優點，被作為未來城市垃圾處理的方向。但在垃圾焚燒過程中也會產生有毒有害的物質，如控制不當勢必造成對環境的二次污染。在垃圾焚燒處理過程中，要產生SO2，CO，NOX和二噁英等有毒有害物質。

1.1 SO2，CO，NOX及其危害

SO2，NOx可直接危害生物，使人產生呼吸系統疾病；SO2，NOx等與雨水結合形成酸雨等。NOx，SO2，CO等碳氫化合物等混合在一起，均可污染環境，危害人類的生活。現在國標GB18485-2014的控制標準為24 h均值SO2，CO，NOx分別為80 mg/m3，80 mg/m3和 250 mg/m3。

1.2 二噁英類及其危害

二噁英是由苯環與氧、氯等組成的氯代三環芳烴類化合物的總稱，由于它們的化學結構相像，常寫成PCDD/F，俗稱二噁英。二噁英的毒性和氯原子取代位置密切相關。它在自然條件下難以分解，人體一旦攝入,就不易排出。研究表明：二噁英會引起癌癥、皮膚病、肝腎疾病、生殖障礙、畸形等頑癥。現在國標GB18485-2014對二噁英類的測定均值為0.1 μgTEQ/m3。

2 垃圾焚燒過程中二噁英的產生

（1）主要來源。城市垃圾在焚燒時產生的二噁英先被釋放到空氣中，然后通過各種生物地球化學作用進入其他環境介質和生態系統中，空氣是垃圾焚燒時產生的二噁英的主要傳播途徑。二噁英主要有2個來源：①垃圾中含有的二噁英物質，雖然二噁英在（900～1200）℃的高溫下能夠完全分解，但仍有部分未完全分解。②垃圾在焚燒爐內高溫分解后，能夠產生各種二噁英的前驅物。當爐膛溫度＜850℃，部分有機物就會與分子氯或氯游離基反應生成二噁英；此外由于煙氣中存在未燃燼質，如殘碳，若遇上適量的觸媒物質，在（300～500）℃的溫度環境下，會使已經分解的二噁英重新生成。

（2）城市生活垃圾焚燒過程中產生二噁英的主要途徑有：①各種廢棄物特別是含有機氯的醫療廢棄物，在燃燒溫度＜300℃時易產生二噁英。②焚燒電子垃圾 (含多氯聯苯)易產生二噁英。③日常生活所用的膠袋、軟膠等含氯物質，在焚燒溫度＜800℃不完全燃燒時，將產生各種二噁英的前驅物，并通過分子重排、自由基縮合、脫氯或其他分子反應過程生成二噁英。④其他含氯、含碳物質如紙張、木制品、食物殘渣等，通過銅、鈷等金屬離子的催化作用下生成二噁英。

3 城市垃圾的分類回收

垃圾分類應基于中國的現實，生活垃圾分類工作按“能減盡減、能分盡分、能用盡用”原則進行。太倉市城管局在生活垃圾收集方面，已做到初步分類，杜決部分高危廢棄物（如含高有機氯的醫療廢棄物、部分電子垃圾、聚氯乙烯類工業廢料）進入垃圾焚燒電廠，從源頭上減少二噁英的產生。

4 入爐前生活垃圾的預處理

生活垃圾入廠后先在垃圾池內堆積，依靠自身發酵產生一定量的熱量，在厭氧條件下，當垃圾內部溫度保持在（30～60）℃時，即可密閉發酵生成甲烷類可燃燒氣體；并利用風機將這些含有大量可燃氣體的煙氣送入焚燒爐中燃燒，可有效降低二噁英的產生。

5 爐內燃燒控制

（1）采用低CO燃燒技術，改善爐內燃燒條件，調整好一、二次風的分配，使煙氣混合攪拌和二次燃燒達到完全燃燒，保證生活垃圾燃燒充分。該技術減排二噁英的主要是針對燃燒條件的控制。避開PCDDs/PCDFs再合成的峰值溫度區域（250～500）℃，減少二噁英和不完全燃燒產物類前驅物的產生。

（2）嚴格控制焚燒爐出口溫度在（850～1000）℃，使出口煙氣中的二噁英基本完全分解。控制焚燒爐內燃燒溫度和時間可有效減少二噁英的產生，煙氣停留時間＞2 s，實現“燃燒溫度，停留時間，湍流度，過氧控制”四個要素的控制原則，并保持充分的氣固湍動程度和適當的氧量控制，從而抑制二噁英在爐內的合成，并控制煙氣在冷卻過程中的氧含量，缺氧的環境中二噁英的濃度在下降。沒有氧氣則沒有二噁英生成，過氧環境中二噁英的濃度大大增加。一般工程中控制氧量在8%以下。研究表明減少50%的氧氣，就可以減少30%的二噁英的再次形成。

6 垃圾焚燒后煙氣的凈化處理

垃圾焚燒過程中不僅產生二噁英等有機物，還會產生多種酸性氣體和重金屬氣體及附著重金屬的煙氣顆粒。隨著煙氣溫度的下降，大部分二噁英附著在飛灰顆粒表面，小部分仍保留在氣相中。因此，煙氣處理是垃圾電廠一項重要任務。太倉垃圾焚燒發電廠采用國內成熟的半干法加布袋除塵工藝，來進行煙氣凈化處理。

6.1 煙氣中顆粒物的凈化

煙氣中的顆粒物粒度一般都很小（直徑＜10 μm的顆粒物相對較高），必須采用高效袋式除塵器進行過濾使氣體得到凈化。目前，袋式除塵器可使顆粒物的濃度控制在10 mg/Nm3以下，并起到凈化煙氣的作用，可以吸附并減少重金屬及二噁英類等污染物的排放量。

6.2 酸性氣體污染物的凈化處理

太倉垃圾焚燒發電廠在煙氣反應塔前加入NaOH，采用堿性吸收劑（NaOH）以液/固態（半干法）的形式與 HCl，HF，SOX等污染物發生化學反應，從而有效去除其煙氣中的酸性氣體。并采用氨水脫硝技術，去除煙氣中的氮氧化物，達到防止環境污染的作用。主要原理反應公式如下：

6.3 二噁英的凈化處理

在進入袋式除塵器的煙道上設置活性碳噴射裝置，利用活性碳自身獨特的孔隙結構和吸附作用，很好的去除煙氣中殘存的二噁英。

6.4 煙氣污染物排放的檢測與控制

太倉垃圾焚燒發電廠采用德國西克麥哈克公司的MCS100EHW 在線監測系統，能夠實現對 HCL、SO2、CO、NOX、H2O和煙塵的在線檢測，通過運行控制能夠滿足以上檢測指標的數據在國家標準范圍內。但二噁英還未能做到在線監測，而是每年請有檢測能力的單位進行檢測，完全能夠滿足國家對生活垃圾焚燒污染控制標準GB18485-2014的要求。

7 飛灰螯合固化填埋處理

布袋除塵器收集的飛灰，是一種危害性較大的廢棄物，國家環保部頒發的《危險廢物污染防治政策》中，將生活垃圾焚燒飛灰列為“不宜用危險廢物的通用方法進行管理和處理，而需特別注意的危險廢物”，在產生地必須進行處理后方可運輸填埋處置。太倉公司采用高分子螯合藥劑，經過和飛灰進行混合產生化學反應，飛灰中易溶性金屬（Cd，Pb等）同藥劑中的絡合基反應后有毒有害物質轉變為低溶解性、低遷移性和低毒性物質的過程，同時穩定固定在飛灰中，以達到安全填埋的要求。

經螯合劑固化處理檢測合格后，二噁英等污染物指標達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）第6.3條要求，再送入生活垃圾填埋場，進行垃圾填埋處理。

通過以上控制措施，從2006年投產至今，太倉垃圾焚燒發電廠的污染物排放（含二噁英）不僅達到了環保標準，而且部分煙氣排放指標優于歐盟2000標準。以投產多年度檢測數據為例，其中3臺鍋爐煙氣出口的二噁英含量（PCDDs+PCDFs）最大值僅為 0.09 μgTEQ/m3，正常時多在（0.03～0.06）μgTEQ/m3，完全可以控制在標準的0.1μgTEQ/m3以下，螯合固化后的飛灰二噁英含量（PCDDs+PCDFs）最大值僅為 0.19 μgTEQ/m3，遠低于標準 3 μgTEQ/m3的要求。

8 結語

焚燒處理是現在城市生活垃圾處理的主要方向。要減少二噁英的排放，必須從垃圾分類回收的源頭做起，以減少含氯物質和含重金屬物質進入垃圾焚燒爐。同時加強垃圾焚燒電廠的燃燒管理，這樣才能有效減少二噁英的排放量。