探究垃圾發電中的二噁英污染控制及治理技術

陳勝+張賽+魯晟

摘 要：垃圾發電是處理生活垃 圾的重要手段之一，但其在焚燒中，卻會產生二噁英，而這種物質又是一種毒性極強的致癌物質。因此，重視對二噁英污染的控制與治理是垃圾發電領域的重要課題，本文將對此做簡單地介紹。

關鍵詞：垃圾焚燒發電；二噁英；催化分解

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）09-0016-01

二噁英實際上是二噁英類（Dioxins）一個簡稱，它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，主要包括210中化合物，無色無味。此類物質飛鏟更穩定，熔點較高，極難溶于水，可以溶于大部分有機溶劑，在標準狀態下的蒸汽壓極低，且可在土壤、空氣和水中長存。

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）。城市生活垃圾焚燒產生的二噁英受到的關注程度最高，焚燒生活垃圾產生二噁英的機理比較復雜。主要包括以下三種途徑：（1）在對氯乙烯等含氯塑料的焚燒過程中，焚燒溫度低于800℃，含氯垃圾不完全燃燒，極易生成二噁英。燃燒后形成氯苯，后者成為二噁英合成的前體；（2）其他含氯、含碳物質如紙張、木制品、食物殘渣等經過銅、鈷等金屬離子的催化作用不經氯苯生成二噁英。（3）在制造包括農藥在內的化學物質，尤其是氯系化學物質，像殺蟲劑、除草劑、木材防腐劑、落葉劑（美軍用于越戰）、多氯聯苯等產品的過程中派生。

近年來，城市生活垃圾的產量非常大，2014年的數據顯示為1.68億余噸。為了解決這一問題，一般采用焚燒發電的處理方式，但如何處理其中產生的二噁英成了一大社會難題。筆者從二噁英的生成機理出發，提出如下控制與治理措施：

1 垃圾焚燒前預處理

垃圾預處理的目的就是盡量減少進入焚燒系統中能對二噁英的生成起作用的物質的量，一方面通過預分揀的方法來減少生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質進入垃圾焚燒系統，從而減少二噁英合成反應中所需的反應物和重金屬催化劑的量；另一方面采用高硫煤與城市生活垃圾混燒的方法，不但能夠提高燃燒的穩定性，而且燃燒產生的SO2對二噁英的產生有抑制作用。

2 控制氯源

一般來講，在垃圾發電中，可采用如下方法來控制氯源，從而實現對二噁英污染的控制：在垃圾焚燒產生的煙氣中加入CaO來吸收HCl或加入NH3來減少前驅物的生成。其中，當加入NH3時，氯與氨結合可干擾其與前驅物結合，從而控制了二噁英的生成量。另外，二噁英的生成離不開飛灰中重金屬的作用，而加入氨，可使重金屬喪失催化作用，這對控制二噁英的生成非常重要。

3 充分燃燒垃圾

研究認為，二噁英高溫下可分解，但需滿足如下條件：一是煙氣在溫度>850℃的爐膛中燃燒至少2s，其中爐型優選為機械爐排爐；二是設助燃器和二次風，以使爐膛的溫度達850-1200℃，且僅需在約1200℃停幾微妙，便可徹底分解二噁英；三是先用高（低）級蒸汽預熱一次風至約230℃，再吹入焚燒爐的爐膛，其間借助三段爐排間的間隙來調節風量，使其空氣過剩系數維持在1.6-2.1；四是余熱鍋爐，以控制煙氣在這一區間停留的時長，從而避免二噁英發生二次合成；五是采用ACC軟件來對垃圾焚燒過程進行自動控制，并全面推行DCS與上位機集散控制系統。

4 凈化煙氣與固化飛灰

在垃圾焚燒發電中，為了控制和治理二噁英，可通過凈化煙氣和固化飛灰來實現，其中具體措施如下：

（1）脫酸。在垃圾焚燒中，通過對煙氣進行脫酸，可實現對二噁英污染的控制，具體如下：在煙氣流入脫酸塔后，先用石灰水、石灰漿或干石灰粉去除其中的酸性氣體，再通過噴水來使煙氣的溫度下降至150℃，最后再進入除塵器。

（2）活性炭吸附二噁英（或稱活性炭噴射法）。在垃圾焚燒發電中，活性炭噴射法的應用既可去除煙氣中的二噁英，又可將其中約90%的不完全產物去除，如PCB、PAH等，甚至可高效吸附去除煙氣中的重金屬汞。可見，活性炭噴射法在垃圾焚燒發電中的應用具有現實意義。活性炭噴射法的作用原理如下：將活性炭粉橫向噴在脫酸塔至布袋除塵器的煙道中，使其在煙氣湍流的作用下，將煙氣中的二噁英與重金屬吸附去除，最后再在布袋攔截后，經煙囪排入大氣。

（3）選擇性催化分解二噁英（或稱催化分解法）。催化分解法是一種源自NOx的催化還原技術，其中一般可將98.0-99.9%的氣態二噁英分解，同時在布袋除塵的作用下，可將出口處的二噁英濃度控制到0.050-0.002ngTEQ/Nm3。但需注意的是，若用V2O5-WO3-TiO2催化劑來氧化分解二噁英時，應將其溫度控制在240-300℃之間，以保證其分解效果最佳。

（4）飛灰固化。雖然在垃圾焚燒發電中，活性炭噴射法的應用可有效控制二噁英污染，且也滿足國標的規定，但一部分污染物卻由氣體轉為飛灰，而飛灰又是一種危險的固體廢棄物。因此，針對飛灰，應先按國家規定進行固化處理，再進行衛生填埋，以免造成二次污染。

5 討論

目前，垃圾焚燒發電仍為一種較好的城市生活垃圾處理方式，而在這一過程中，應規范煙氣的排放，其中尤其要落實好二噁英污染的控制與治理工作。在前文，筆者從技術角度詳細論述了這一問題。據此，筆者提出如下建議：一是重視環評，即從組份、污染源、環境條件等角度評估二噁英的擴散模式；二是結合環評報告，編制工程可行性研究報告，并從工藝、設備選型等方面將其一一落到實處；三是垃圾發電是一項關乎國計民生的大事，且其中存在的環境污染問題更是會危及人體的健康，因此在二噁英污染防治中，應對主管部門實行問責制，以規范其在整個垃圾發電實施過程的行為；四是重視運營監管，即在線監控垃圾焚燒發電過程，并對二噁英污染防治等重要環節進行現場抽查，同時實行完善的獎懲制度，以調動全體工作人員的積極性；五是考慮到二噁英的污染擴散濃度隨源強的增加而增大，則建議修建中、小型的垃圾焚燒電廠，即其規模應≤2000t/d。總之，垃圾焚燒發電在治理城市環境中發揮了重要的作用，但在這一過程中產生的二噁英也確實會對環境造成嚴重污染，因此應通過控制氯源、充分燃燒垃圾、凈化煙氣及固化飛灰等來控制和治理二噁英污染。

參考文獻

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