北京市典型廢棄物焚燒源2010—2017年二英排放特征和減排效果分析

李常亮，程 剛，李金香，張戰平，劉國瑞，劉文彬

1.中國科學院生態環境研究中心，北京 100085 2.北京市環境保護監測中心，北京 100048

1 研究內容

1.1 典型焚燒源信息

表1 北京市典型廢棄物焚燒企業信息Table 1 Information of typical waste incineration plants in Beijing

2016年，全市共有5家在運行的生活垃圾焚燒企業，全部配置爐型為500 t/d以上的大型爐排爐，其中MSWI1和MSWI2的設計產能占生活垃圾焚燒總設計產能的50%；共有3家在運行的危險廢物焚燒企業， HWI1和HWI2的設計產能占危險廢物焚燒總設計產能的92%，而焚燒的醫療廢物全部通過MWI1進行處置。監測期間HWI1焚燒的危險廢物類別包括HW02、HW03、HW06、HW08、HW09、HW12、HW13、HW16、HW49等，HWI2焚燒的危險廢物類別包括HW08、HW09、HW12、HW13、HW17、HW35、HW49等。

1.2 監測方法和監測頻次

表2 年度監測頻次或臺次Table 2 Annual monitoring frequency

1.3 排放因子和排放量計算方法

EF廢氣=C×V/ (I×1 000)

(1)

2 結果與討論

2.1 排放濃度與達標情況分析

圖1 廢棄物焚燒企業廢氣二英多年排放濃度Fig.1 PCDD/Fs emission levels in flue gases from waste incineration plants

2.2 排放因子與排放量比較

表3 廢氣二英排放因子與排放量Table 3 Emission factors and annual emission amount of PCDD/Fs to the atmosphere

2.3 同類物分布統計學特征分析

各焚燒源多年來呈現的同類物分布統計學特征如圖2所示。

圖2 同類物質量濃度和毒性當量貢獻指紋特征Fig.2 Distribution characteristics of PCDD/Fs congeners

由于各企業均有較高的達標率，該特征基本反映了各企業在滿足達標的正常操作條件下同類物的指紋特征，每家企業均具有相對穩定的指紋特征，同時也存在一定的波動。

5家企業所呈現的統計學特征具有一定的相似性，1234678-HpCDF、OCDF、1234678-HpCDD、OCDD的質量分數較高；23478-PeCDF的毒性當量貢獻率最高，PCDFs的質量分數和毒性當量貢獻均高于PCDDs。以MSWI1為例，1234678-HpCDF、OCDF、1234678-HpCDD、OCDD的平均質量分數依次為12.3%、11.3%、15.1%、24.8%，23478-PeCDF的平均毒性當量貢獻率為34.5%，PCDFs的平均毒性當量貢獻率為71.1%。一般認為，廢棄物焚燒過程中，PCDDs和PCDFs的生成機理不完全相同，PCDDs主要由前軀體反應生成，而PCDFs主要由從頭合成反應(de novo)生成；當從頭合成占主導時∑PCDFs和∑PCDDs質量分數比值大于1，而由前軀體生成占主導時其比值遠小于1[19]。從這個角度分析，各焚燒源均為從頭合成起主導作用。

聚類分析[20]等手段可以更直觀地反映同類物分布特征的異同。對各企業的同類物分布開展聚類分析，如圖3所示。

圖3 同類物指紋特征聚類分析結果Fig.3 HCA dendrogram of congener distribution

2家生活垃圾焚燒企業的同類物指紋特征最為接近，2家危險廢物焚燒企業的同類物指紋特征也比較接近。對于∑PCDFs和∑PCDDs質量分數比的平均值，HWI1和HWI2大于2，且高于其他3家企業；對于4～6氯代(以下稱低氯代)同類物和7～8氯代(以下稱高氯代)同類物質量分數比的平均值，MSWI1和MSWI2接近于0.5，HWI1和HWI2大于0.5，而MWI1小于0.5(圖4)。同類物分布特征體現了行業差異，而這些差異主要是由廢棄物種類和生產工藝引起的。

圖4 同類物質量分數及毒性當量貢獻比的平均值Fig.4 Average ratio of congener mass fraction and TEQ fraction

2.4 排放濃度年際變化及同類物間相關性分析

鑒于HWI1僅1條生產線且排放濃度穩定性相對差一些，重點考察其排放濃度歷年變化情況，如圖5所示。

圖5 HWI1歷年排放濃度和∑PCDFs/∑PCDDs值變化情況(2013—2016年)Fig.5 Variation of emission concentration and ∑PCDFs/∑PCDDs from HWI1 during 2013-2016

開展同類物質量濃度的皮爾森相關性分析時發現，123478-HxCDF和123678-HxCDF顯著正相關，且相關系數均大于0.9。進行線性回歸分析，如圖6所示，123478-HxCDF和123678-HxCDF的質量濃度基本一致，線性相關系數為0.93～0.97。而ACI和BF聯用對兩者的去除效率接近[25-26]，表明兩者具有相近的生成機理。PCDF同系物間會發生低氯代同系物加氯和高氯代同系物脫氯反應[27-28]。ZHAO等[29]研究PCDFs逐級加氯的等鍵反應吉布斯自由能變(ΔG)發現，123478-HxCDF和123678-HxCDF的ΔG非常接近，結合其在顆粒物中的質量濃度，證明水泥窯協同處置固廢時，加氯反應是123478-HxCDF和123678-HxCDF的重要生成途徑。同樣，可以推測加氯反應也是其他焚燒源123478-HxCDF和123678-HxCDF的生成途徑之一。

圖6 123478-HxCDF和123678-HxCDF的線性回歸分析Fig.6 Linear regression analysis between 123478-HxCDF and 123678-HxCDF

表4 I-TEQ與同類物質量分數的皮爾森相關系數(P<0.01)Table 4 Pearson coefficient of correlation between I-TEQ and congener mass fraction(P<0.01)

3 結論

4)通過優化活性炭噴射和布袋除塵的運行條件，確保PCDFs(特別是低氯代PCDFs)的去除效率，對穩定達標排放非常重要。危險廢物焚燒源HWI1的排放濃度隨運行時間增加而上升，及時更換煙道管壁有助于消除“記憶效應”的不良影響。