城市垃圾焚燒的二次污染及其控制

師 宓

(上海恩磁環(huán)境科技有限公司，上海 200072)

1 引言

現(xiàn)階段由于我國城鎮(zhèn)化進程迅猛加快，城市規(guī)模、人口不斷擴大，城市垃圾的產(chǎn)生量逐年增加，從而導(dǎo)致城市垃圾污染問題更為尖銳，處理任務(wù)日漸繁重。

目前，城市垃圾處理技術(shù)主要包括物理處理、化學(xué)處理、生物處理、熱處理及固化處理等。焚燒處理主要是利用焚燒爐及其附屬設(shè)備，將城市垃圾置于焚燒爐內(nèi)，經(jīng)過高溫分解和深度氧化，達到垃圾大量消減的目的，并將產(chǎn)生的熱量進行回收再利用的熱處理技術(shù)。

焚燒處理技術(shù)具有處理規(guī)模大、周期短、減容性良好、占地面積小，可回收電能和熱能等優(yōu)點。但同時垃圾焚燒過程中易產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，危害人體健康和動植物環(huán)境。由此，如何控制垃圾焚燒所帶來的二次污染，已成為垃圾處理過程中需解決的重要問題，也直接影響到城市垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展。

2 城市垃圾焚燒的二次污染及其控制

城市垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染主要包括：各類煙氣污染物、焚燒灰渣、污水、噪聲以及惡臭等，見表1。

表1 城市垃圾焚燒產(chǎn)污環(huán)節(jié)及主要污染物

2.1 煙氣污染物及其控制

垃圾焚燒煙氣主要是由N2、O2、CO2、H2O等4種物質(zhì)組成，由于垃圾成分的復(fù)雜性和焚燒過程的多變性，垃圾焚燒煙氣中至少含有1%左右的有毒有害污染物，主要包括：顆粒狀污染物、酸性污染物、重金屬污染物、二噁英等。

2.1.1 顆粒狀、酸性氣體污染物及控制

顆粒狀污染物也稱作飛灰，其中包括惰性氧化物、金屬鹽類、未完全燃燒產(chǎn)物等，可隨呼吸進入肺部，沉積后會引起呼吸系統(tǒng)疾病，嚴重危害人體健康。目前，顆粒狀污染物控制方法和設(shè)備主要有：①機械力除塵器。②過濾式除塵器。③靜電除塵器。④濕式除塵器。

煙氣中酸性氣體主要來自于垃圾焚燒中的廢塑料、橡膠、皮革等產(chǎn)生的Cl；垃圾中的NaCl、紙張、布等與其他物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的Cl；含氮和硫的物質(zhì)燃燒后形成的SOX、NOX。這些酸性氣體不僅污染環(huán)境，影響人體健康而且對焚燒設(shè)備及預(yù)熱回收系統(tǒng)也有很強的腐蝕作用。污染控制技術(shù)主要有：①對于HCl、HF、SOX等酸性氣體主要是通過酸堿中和反應(yīng)進行的，其方法為：a.干式洗煙法。將CaCO3、Na2CO3等干粉噴入焚燒爐或煙道內(nèi)，使之與酸性氣體反應(yīng)，達到中和去除的目的。b.濕式洗煙法。在排氣溫度適當(dāng)?shù)臈l件下，用堿性溶液洗滌煙氣，利用酸堿中和去除酸性氣體。c.半干式洗煙法。與濕式洗煙法原理基本相同，將堿性中和劑與水均勻混合(水占2%～15%)，增濕后的中和劑與煙氣混合反應(yīng)的停留時間≥0.5 s，之后開始霧化噴水。②NOX控制方法有：a.燃燒控制法。通過調(diào)整焚燒爐內(nèi)垃圾的燃燒條件，通常通過空氣分級燃燒、煙氣分級燃燒和煙氣再循環(huán)等技術(shù)控制NOX的生成。b.吸收法。由于占NOX中大部分的一氧化氮不易被堿性溶液吸收，故需以臭氧、次氯酸鈉、高錳酸鉀等氧化劑將NOx氧化成二氧化氮后，再以堿性溶液中和、吸收。c.選擇性催化還原法(SCR)。將尿素或氨注入煙氣中，利用金屬催化劑，將NOx還原成為氮氣及水。d.選擇性非催化還原法(SNCR)。其原理與SCR一致，但無催化劑。

2.1.2 重金屬污染及控制

城市垃圾中的重金屬物質(zhì)包括防腐劑、燈管、電池、廢打印墨盒、工業(yè)廢物等。在焚燒時，金屬分子浸入煙氣后被氧化凝聚成細小顆粒物，或蒸發(fā)后附著在焚燒煙氣中的顆粒物上，或隨著溫度的升高，垃圾中的重金屬以氣態(tài)的形式附著在飛灰上排出。煙氣中的重金屬污染物極易造成人體的金屬中毒，導(dǎo)致大腦、神經(jīng)、消化系統(tǒng)等發(fā)生慢性病變。重金屬污染控制技術(shù)主要有①焚燒前控制。對垃圾進行分選或分類，將垃圾中的重金屬含量較大的組分從垃圾中分離，以減少進入焚燒爐的重金屬的量。另外，焚燒前控制還包括生產(chǎn)各種重金屬含量極低的環(huán)保產(chǎn)品，如無汞電池、無鎘電池等等。②焚燒中控制。a.將煙氣降溫使重金屬自然凝聚成核或冷凝成粒狀物后用除塵器收集。b.用洗滌等方法處理焚燒煙氣，去除煙氣中水溶性的重金屬化合物。c.噴入活性炭吸附劑，吸附重金屬形成大顆粒，之后用除塵器收集處理。d.催化轉(zhuǎn)變，改變重金屬類型，使飽和溫度低的重金屬元素形成飽和溫度高的且較易凝結(jié)的氧化物或絡(luò)合物，之后用除塵器收集處理。③焚燒后控制，焚燒后大量含重金屬的飛灰存在于焚燒爐、除塵器、煙囪中，經(jīng)過濕式洗滌后產(chǎn)生的污水中也會有大量重金屬。控制方法主要有精除塵、固化處理以及各種重金屬穩(wěn)定化技術(shù)。

2.1.3 二噁英污染及控制

二噁英為持久性有機污染物，是毒性很強的一類三環(huán)芳香族有機化合物，易在生物體內(nèi)富集，且可通過食物鏈放大并進入人體，其致畸、致癌、致突變性對人類健康造成了巨大的危害，因此，二噁英污染控制也是垃圾焚燒二次污染控制中的重中之重。二噁英的產(chǎn)生主要來自于：①廢物本身，塑料產(chǎn)品中在未充分燃燒條件下排出的煙氣中含有二噁英；在燃燒溫度低于300℃時，含鉛汽油、煤、石油產(chǎn)品以及防腐處理過的木材、含高有機氯的醫(yī)療廢棄物易產(chǎn)生二噁英；電子垃圾(含多氯聯(lián)苯)焚燒會產(chǎn)生氯代二噁英；其他含氯、含碳物質(zhì)等通過金屬離子的催化作用經(jīng)氯苯生成二噁英。②爐內(nèi)形成，垃圾在焚燒過程中可能先形成不完全燃燒的碳氫化合物再與廢物或廢氣中的氯化物結(jié)合形成二噁英。③爐外低溫再合成，氯苯及氯酚等前驅(qū)物質(zhì)隨煙氣從燃燒時排出后，可能被飛灰中的碳元素等吸附，并在特定溫度范圍內(nèi)，在飛灰顆粒所構(gòu)成的活性接觸面上，被金屬氯化物催化反應(yīng)生成二噁英。國內(nèi)外研究表明，減少焚燒煙氣中二噁英的主要方法是控制二噁英的生成，其中主要有以下幾種方法：①控制來源。通過垃圾的分類收集，避免含有二噁英及含氯成分的物質(zhì)進入垃圾焚燒廠。②減少爐內(nèi)形成。a.選用合適的爐膛和爐排結(jié)構(gòu)，使垃圾得以充分燃燒，分解破壞垃圾內(nèi)含有的二噁英，但也要避免氯苯及氯酚等前驅(qū)物質(zhì)產(chǎn)生。b.添加抑制劑。爐內(nèi)投加抑制劑主要有三類：第一類是硫及其硫化物，通過消耗煙氣中的Cl2，與飛灰中金屬催化劑反應(yīng)降低催化劑活性，硫化酚類前驅(qū)物，從而降低二噁英的生成。第二類是氮化物，向焚燒爐高溫燃燒區(qū)內(nèi)噴入NH3，利用脫硝反應(yīng)的衍生功能減少二噁英在爐內(nèi)的合成。第三類是堿性化合物，通過酸堿中和，減少酸性氣體排放的同時改變煙塵表面的酸度，從而抑制二噁英的排放。③避免爐外低溫再合成。縮短煙氣在處理和排放過程中處300～500 ℃溫度域的時間，控制余熱鍋爐的排煙溫度在220～250 ℃。④采取有效的處理技術(shù)。a.活性炭吸附。利用活性炭吸附固態(tài)及氣態(tài)二噁英。b.選擇性催化還原。對煙氣進行脫硝的同時處理二噁英，分解產(chǎn)物為CO2、H2O及HCl。c.研究表明二噁英在催化劑與紫外光協(xié)同作用下，二噁英可有效分解，且分解后不會重新生成，但目前該技術(shù)還停留在實驗階段。d.等離子體放電。利用電子束低溫等離子使將二噁英降解。由于該技術(shù)運行成本較高，反應(yīng)器穩(wěn)定性欠佳，目前尚未進入市場應(yīng)用。⑤清除積灰。定期清除管道彎頭、換熱面等積灰處，對飛灰用專門容器收集后作為有毒有害物質(zhì)送往安全填埋場進行無害化處理。

2.2 焚燒灰渣污染及其收集輸送

垃圾焚燒系統(tǒng)所產(chǎn)生的固體灰渣，一般分為以下四類：①細渣，玻璃碎片、熔融的鋁金屬和其他金屬。②底灰，燃燒后由爐床尾端排出的殘余物主要含有燃燒后的灰分己未燃盡的殘余有機物。③鍋爐灰，焚燒尾氣中懸浮顆粒被鍋爐管阻擋而掉落于集灰斗或黏附于鍋爐管上，再被吹灰器吹落。④飛灰，焚燒尾氣污染控制設(shè)備所收集的細微顆粒。焚燒產(chǎn)生的灰渣和飛灰，一般經(jīng)灰渣漏斗或滑槽收集，在設(shè)計時除須避免形成架橋等阻塞問題，還須嚴防空氣漏入。焚燒灰渣由爐床尾端排出時溫度可高達400～500 ℃左右，一般底灰收集后多采用冷卻降溫法，而飛灰若與底灰分開收集，則運出前可用回用水充分潤濕。對底灰進行冷卻多在爐床尾端排出口處進行，冷卻水槽除具有冷卻底灰溫度外，還具有阻斷爐內(nèi)廢氣及火焰的功能。

2.3 焚燒廠污水處理

垃圾焚燒廠中的污水按其來源，一般可分為垃圾滲瀝液、生產(chǎn)廢水和生活污水3大類。垃圾焚燒廠堆酵滲瀝液含有多種有機物質(zhì)，對環(huán)境造成嚴重的污染；氨氮、重金屬含量高；微生物營養(yǎng)比例失調(diào)，生物處理滲瀝液中的磷元素總是缺乏。堆酵滲瀝液處理方式為：①回噴處理，將滲瀝液噴灑入焚燒爐內(nèi)，通過高溫來實現(xiàn)滲瀝液的減量和污染物的降解。②單獨處理，在垃圾焚燒廠內(nèi)建設(shè)獨立的滲瀝液處理系統(tǒng)，經(jīng)處理達到相關(guān)標(biāo)準后排放。

2.4 焚燒廠噪聲

噪聲是人們不需要的聲音，是感覺公害。垃圾焚燒廠的主要噪聲來源包括：風(fēng)機、空壓機、水泵、高壓蒸汽吹管等。噪聲控制的主要方法為：①從聲源上控制噪聲；②設(shè)備安裝時采取減振措施；③采取減振、隔聲、消聲等措施；④減少交通噪聲。

2.5 惡臭污染控制

惡臭污染物分為三類：含硫化合物、含氮化合物、碳氫或碳氫氧組成的化合物。焚燒廠產(chǎn)生的惡臭可采取以下措施控制：①運輸垃圾時應(yīng)將運輸車密閉，減少臭味外溢。②垃圾儲坑應(yīng)為密閉式，設(shè)置吸風(fēng)口，儲坑抽排的臭氣經(jīng)活性炭凈化處理后排至室外。③在廠區(qū)內(nèi)種植綠色植物，減少環(huán)境影響。④滲瀝液處理系統(tǒng)為密閉結(jié)構(gòu)，設(shè)臭氣處理裝置。

3 結(jié)語

垃圾焚燒法是一種對固體廢物進行高溫?zé)崽幚淼募夹g(shù)，對城市垃圾處理處置發(fā)揮了重要的作用，其具有很多優(yōu)點的同時也存在一定的缺陷，因此，生活垃圾焚燒處理技術(shù)有待于不斷完善、優(yōu)化。