废弃物焚烧中二噁英的控制

杨东

摘 要：废弃物的的焚烧处理是目前国内废弃物处理主要方法，但燃烧过程中产生的二噁英会对环境和人身健康造成较大危害。本文介绍了二噁英的特性、危害、焚烧中产生原因、并从燃烧前，燃烧过程，燃烧后的烟气净化，监管几方面提出二噁英的控制方法。

关键词：二噁英 焚烧 控制

1.二噁英的特性和危害

二噁英实际上是二噁英类一个简称，它指的并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物。二噁英是指含有2个或1个氧键连结2个苯环的含氯有机化合物 ，它的英文名字“Dioxin” 。由于Cl原子在 1～9的取代位置不同 ，构成 75种异构体多氯代二苯 （PCDD）和 135种异构体多氯二苯并呋喃 （PCDF） ，705℃开始分解 ，800℃ 时 2s完全分解。

二噁英包括210种化合物，这类物质非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，所以非常容易在生物体内积累，对人体危害严重。

二噁英类的毒性因氯原子的取代数量和取代位置不同而有差异 ，含有1-3个氯原子的被认为无明显毒性；含4-8个氯原子的有毒，其中2，3，7，8-四氯代二苯-并-对二噁英（2，3，7，8-TCDD）是迄今为止人类已知的毒性最強的污染物，国际癌症研究中心已将其列为人类一级致癌物；如果不仅2，3，7，8位置上被4个氯原子所取代，其他4个取代位置上也被氯原子取代，那么随着氯原子取代数量的增加，其毒性将会有所减弱。由于环境二噁英类主要以混合物的形式存在，在对二噁英类的毒性进行评价时，国际上常把各同类物折算成相当于2，3，7，8-TCDD的量来表示，称为毒性当量（Toxic Equivalent Quantity，简称TEQ）。为此引入毒性当量因子（Toxic Equivalency Factor，简称TEF）的概念，即将某PCDDs/PCDFs的毒性与2，3，7，8-TCDD的毒性相比得到的系数。样品中某PCDDs或PCDFs的质量浓度或质量分数与其毒性当量因子TEF的乘积，即为其毒性当量（TEQ）质量浓度或质量分数。而样品的毒性大小就等于样品中各同类物TEQ的总和。

二噁英的生物半衰期较长，2，3，7，8一TCDD在小鼠体内为10～15天，大鼠体内为12～31天，人体内则长达5～10年（平均为7年）。因此，即使一次染毒也可在体内长期存在；如果长期接触二噁英还可造成体内蓄积，可能造成严重损害。人类短期接触高剂量的二恶英，可能导致皮肤损害，如氯痤疮和皮肤色斑，还可能改变肝脏功能。长期接触则会牵涉到免疫系统、发育中的神经系统、内分泌系统以及生殖功能的损害。

2.二噁英在废弃物焚烧过程中的产生

大气环境中的二噁英来源复杂，钢铁冶炼，有色金属冶炼，汽车尾气，焚烧生产（包括医药废水焚烧，化工厂的废物焚烧，生活垃圾焚烧，燃煤电厂等）。各种废弃物在燃烧温度低于300-400℃时容易产生二噁英。我国固体废物和医疗废物的产生量和处理量都在不断增加，各地纷纷建立或筹建集中焚烧设施。

废弃物焚烧产生的二噁英受到的关注程度最高，焚烧废弃物产生二噁英的机理比较复杂，主要有三种途径[1]：

1）废弃物中本身含有微量的二噁英， 燃烧后部分未分解排放出来。

2）由于氯源（氯气、HCl等）、二噁英前驱物和反应催化剂（Cu、Fe）的存在，焚烧温度低于800℃，停留时间小于2s，部分有机物会与分子氯或氯游离基反应，废弃物极易生成二噁英。

3）在焚烧结束后烟气由于温度的变化，及燃烧不充分部分在氯源及（Cu、Fe）催化剂作用下，在300-500℃的低温段，高温燃烧分解的二噁英会重新生成。

3.废弃物焚烧过程中二噁英的控制

3.1燃烧前的控制-配伍

严格控制进入焚烧炉的入料废弃物的氯和重金属含量，对进厂废弃物进行物料分析、存入数据库、入料前进行配伍后，投料焚烧，控制二噁英合成反应所需的条件。

3.2控制燃烧条件

严格控制”3t”，即燃烧温度保持在1100℃以上，充分搅拌混合增强湍流度，延长烟气在高温段的停留时间。以危险废物焚烧为例，通过进料机构送入回转窑本体内进行高温焚烧，其操作温度控制在900℃左右，经过60min（45-120min）左右的高温焚烧，物料被彻底焚烧成高温烟气和灰渣。从回转窑出来的高温烟气进入二燃室后，与二燃室中通入二次风强烈混合，使二燃室成为过氧燃烧，保持二燃室烟气中6～10%的含氧量，二燃室温度不低于1100℃充分燃烧，停留时间超过2秒，以保证废物的充分燃烧。在二燃室下部设置二次风和两个多燃料燃烧器，保证二燃室烟气温度达到标准以及烟气有足够的扰动。回转窑本体内少量没有完全燃烧的气体在二燃室内得到充分燃烧，并提高二燃室温度，在二燃室内温度始终维持在1100℃以上。

3.3烟气净化处理

3.3.1烟气急冷

从余热锅炉出来的烟气经历520℃到195℃的降温区，从理论上说是二噁英的低温再生段。规范要求烟气在1秒的时间内从500℃急速降温到200℃以下。烟气急冷装置，急冷塔内下部向上喷入自来水与烟气进行逆流换热，由于此过程为直接喷淋冷却，烟气温度很高（～520℃），水立即（瞬间）蒸发，将烟气温度从520℃降为195℃，此换热过程约需要0.6～0.8秒，换热后水分全部蒸发，进入烟气中。在急冷塔上部还装有一套紧急注水系统，作为冷却水的备用，确保急冷塔能够将烟气迅速冷却，以抑制二恶英的重新生成。

3.3.2干法脱酸、活性炭喷射和布袋除尘系统

急冷装置出口的烟气采用干法烟气脱酸技术进行处理。该技术采用悬浮方式，使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环，与烟气中的SO2、HCl等酸性物质充分接触反应来实现脱酸的一种方法[2]。烟气净化工艺分6个步骤：⑴吸收剂存储和输送；⑵脱酸剂与烟气充分接触混合；⑶二氧化硫和氯化氢吸收；⑷灰循环；⑸活性炭吸附；⑹废渣排除。系统包括干法烟气净化系统、吸收剂存储和输送系统、布袋除尘器系统、以及控制系统。脱酸剂与烟气中的HCl、SO2等酸性物质混合反应，生成CaCl2、CaSO4和CaSO3等反应产物。这些干态产物小部分从净化塔塔底排灰口排出，大部分经过布袋除尘器除尘。烟气除尘采用脉冲布袋除尘器，清灰采用“定压清灰+定时清灰”的方式，待布袋除尘器进出口压差达到一定值（可自行设置），清灰系统自动工作，以保证系统平稳工作。

3.3.3湿法脱酸系统

湿法脱酸系统主要由湿式洗涤塔、冷却液循环泵、湿式洗涤塔补充水箱、烧碱储罐、氢氧化钠稀释用泵、氢氧化钠稀释罐、氢氧化钠搅拌用泵、烧碱供应泵、废水提升泵、管道系统及控制仪表等组成。

引风机出口温度约175℃的烟气从烟气换热器下部原烟气入口进入，经过预冷器后温度降至约108℃，从换热器的下部原烟气出口出来进入到洗涤塔下半部烟气入口并在塔内向上运行。20%的烧碱溶液通过烧碱输送泵输送至冷却液循环管道中，将冷却液的PH值维持在11左右。同时，在此过程中烧碱溶液与烟气中部分的酸性气体HCl、SO2等进行反应，生成NaCl、NaF、Na2SO3、Na2SO4等盐类。

3.4除渣和灰、渣冷却及其输送系统

焚烧飞灰吸附二恶英和其他有害成分的活性炭等残余物应按照危险废物进行处置[2]。焚烧率的残渣，经过湿式出渣系统，由焚烧炉底部的链式除渣机连续排出。由除渣机出来的残渣，最终掉入出渣机端部设置的料槽内。经检测符合填埋要求的可直接由运输车送去填埋，不符合填埋要求的运到固化段处理后填埋。

由余热锅炉下部排出的灰，经灰输送机的输送，落入专用料槽内。袋式除尘器底部的飞灰用专用储仓储存。飞灰经过固化处理后统一送至危险废物填埋场固化后填埋。

4.调高标准加强监管

欧盟标准《DIRECTIVE 20100/76/EC OF THEEUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 4 December 2000 on the incinerationof waste DIRECTIVE》，二噁英排放标准是0.1 ng TEQ/Nm3；国家现行标准《危险废物焚烧污染控制标准（GB18484-2001）》中二噁英排放标准是0.5 ng TEQ/Nm3，但在《危险废物焚烧污染物控制标准GB18484-2001（2014年征求意见稿）》中提出二噁英排放标准为0.1 ng TEQ/Nm3；《生活垃圾焚烧污染控制标准（GB18485-2014）》中二噁英排放标准已提标至0.1 ng TEQ/Nm3；

烟囱配备连续微污染物自动采样系统，用于采集二恶英、呋喃（PCDD/PCDF）、多氯联苯（PCB）和其它难降解有机污染物（POP）。目前国内垃圾焚烧厂对二噁英的监测，一般是采用定期采样送检的形式，以监督焚烧炉烟气的二噁英排放，常规做法是每次取样一小时，共取三个样品。仅能实现某个时刻的二噁英排放监管。二噁英和呋喃的累积收集系统，在烟囱上设置二噁英累积收集系统，连续对烟气中的二噁英进行收集，定期检测分析，从而可获得该时期内焚烧系统所排放的烟气二噁英含量。

结语：

废弃物焚烧过程中二噁英的控制是时焚烧处理技术发展的关键和重点所在。可以从燃烧前配伍、控制燃烧条件、烟气净化系统去除酸性气体及重金属，对二噁英的生成和排放進行综合控制，为废弃物焚烧二噁英的污染问题得到有效解决。

参考文献：

[1]钱原吉，吴占松.生活垃圾焚烧炉中二噁英的生成和计算方法.《动力工程》.2007.08.

[2]游铭金.危险废物焚烧过程中二恶英的产生和控制.《节能环保》.2014.08.

[3]付建英，李晓东，詹明秀，等.生活垃圾循环流化床焚烧锅炉飞灰中二恶英热解析特性研究.《环境科学学报》.2015.06.