危廢焚燒過程中二噁英和顆粒物的生成機(jī)理以及重金屬遷移特征探究

王 琛，許繼云，邵寧寧，張作泰，蔡宗葦

（1.南方科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 深圳 518055；2.香港浸會(huì)大學(xué)環(huán)境與生物分析國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，香港；3.中國光大綠色環(huán)保有限公司，廣東 深圳 518000）

譯者：王 ??；審查： 張作泰；單位：南方科技大學(xué)

1 研究亮點(diǎn)

*首次通過在實(shí)際危廢焚燒廠進(jìn)料中添加含氯前驅(qū)物，評(píng)價(jià)急冷塔的二噁英抑制效果；

*發(fā)現(xiàn)焚燒廢物中含大量前驅(qū)物時(shí)二噁英的主要生成路徑為飛灰表面的催化氯化反應(yīng)；

*通過TEM-EDS 技術(shù)，首次報(bào)道危廢焚燒過程中產(chǎn)生的8 類一次顆粒物及其形貌特征、元素組成；

*結(jié)合單顆粒形態(tài)及重金屬遷移特征，首次提出顆粒物在危廢焚燒過程中的4 種生成路徑。

2 背景

近年來，快速的工業(yè)化進(jìn)程致使我國危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量劇增。危廢焚燒技術(shù)具有減量化、無害化、熱能回收率高等優(yōu)點(diǎn)，目前在我國廣泛應(yīng)用。然而，由于危廢成分復(fù)雜，且焚燒設(shè)備中的大氣污染控制技術(shù)尚未完全成熟，致使該過程極易產(chǎn)生二噁英、重金屬及顆粒物等二次污染。因此研究上述污染物的生成機(jī)理可為二次污染的防控減排提供重要理論支持。

3 研究方法

選取江蘇某新建危廢焚燒廠，在其性能測試期間分兩個(gè)階段添加萘及氯苯等前驅(qū)物，并在中途設(shè)置對照組，采集急冷塔前后及煙囪口處煙道氣樣品，探究二噁英在不同進(jìn)料條件下的生成機(jī)理并評(píng)估急冷塔對二噁英的抑制效率；采集焚燒車間內(nèi)顆粒物，通過單顆粒成像技術(shù)識(shí)別并歸納危廢焚燒產(chǎn)生的一次顆粒物類型、成分；分析飛灰、底渣、煙道氣中重金屬含量，探究其在焚燒過程中的遷移特性。

4 主要研究結(jié)果

排放口煙道氣中二噁英濃度分別為0.02 ng/m3（加萘組），0.72 ng/m3（空白對照組） 和0.83 ng/m3（加氯苯組），說明實(shí)際焚燒過程中，二噁英排放量或因進(jìn)料成分變化、產(chǎn)生解吸附性記憶效應(yīng)等原因而超出GB 18484—2001 危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（0.5 ng/m3）。值得注意的是，加氯苯組煙氣中二噁英濃度從急冷前的0.15 ng/m3飛升至急冷后的1.61 ng/m3，說明急冷塔在進(jìn)料前驅(qū)物含量高時(shí)無法有效抑制二噁英的生成。且由于從頭合成的反應(yīng)速率比前驅(qū)物-表面催化氯化反應(yīng)約慢100 倍，可見前驅(qū)物-表面催化氯化反應(yīng)是該階段中二噁英的主要生成路徑。

通過TEM-EDS 技術(shù)，識(shí)別出焚燒車間內(nèi)的8 類單顆粒物，分別為球形有機(jī)粒子、煙塵集合體、富鉀、富硫、富鈉、富鐵、礦物和飛灰粒子。重金屬遷移特性研究表明汞、鎘、鉛主要通過蒸發(fā)-凝結(jié)-吸附富集于飛灰當(dāng)中，而低揮發(fā)性金屬如鉻、銅、錳、鎳大部分富集于底渣中。結(jié)合煙氣中各工段顆粒物成像結(jié)果及重金屬遷移特性，提出4 種主要的顆粒物生成路徑，分別為不完全燃燒的芳香烴類聚合形成煙塵聚合物；鏈狀烴部分氧化形成球狀有機(jī)顆粒物；鏈狀烴液化附著于預(yù)冷凝結(jié)成核的金屬核表面；金屬蒸氣與S、N 元素氧化形成金屬硫酸鹽、硝酸鹽類顆粒物。

5 結(jié)論與展望

為有效控制二噁英排放，該研究建議嚴(yán)格控制危廢焚燒廠進(jìn)料氯含量、優(yōu)化配伍，并定期進(jìn)行除塵裝置內(nèi)部清灰以降低記憶效應(yīng)。此外通過單顆粒成像，對危廢焚燒過程中的職業(yè)暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供理論依據(jù)。