生活垃圾焚烧发电过程污染物排放控制方法探讨

北京首钢生态科技有限公司 张 伟

伴随着城市化的进程和发展，我国的城市规模越来越大，城市人口也不断增加。在这个过程中出现了越来越多的城市生活垃圾。这些垃圾占用了城市的土地资源，污染了城市的环境，对城市居民的身体健康造成了严重的威胁。以往我国对这些垃圾采用了填埋、堆肥等处理方式，但这些方式并不能对垃圾进行有效、快速的处理。

如今国际社会普遍采用的垃圾处理方式为焚烧，这一方式能够对垃圾进行有效的处理，同时通过垃圾焚烧产生的余热还可产生电力资源，缓解我国电力资源紧张的局面，是一种较为理想的垃圾处理方式。但垃圾成分复杂，垃圾焚烧过程中也会产生污染物，要想有效对垃圾进行处理，还要控制好垃圾焚烧过程中所产生的污染物。

1 垃圾焚烧发电技术的概述

1.1 常见的垃圾处理方式

目前国际上常见的垃圾处理方式为填埋、堆肥以及焚烧[1]。垃圾填埋的处理方式成本较低，是我国城市当中主要的垃圾处理方法之一。垃圾填埋需要考虑垃圾填埋场地，所采用的方式为卫生填埋、压缩垃圾处理和破碎垃圾处理。垃圾填埋虽然具有成本较低的优点，但在处理过程中并没有对垃圾中的污染物进行控制和处理，在垃圾填埋后污染物会对填埋土地造成污染，也会污染土地中的地下水资源，没有从根源上解决垃圾的污染问题。

堆肥方式需要特定种类的垃圾，将容易腐蚀、有机物含量高的垃圾进行堆肥处理产生有机肥。这一处理方式无法净化不易腐蚀的垃圾和无机物垃圾，这也会导致重金属等有害物质对土地造成污染。而垃圾焚烧技术是这三种方法当中最为有效的技术，能够有效对垃圾进行清洁处理，且焚烧过程中所产生的热能可用来发电，是垃圾处理技术发展的大方向。

1.2 垃圾焚烧发电的特点

垃圾焚烧的主要流程为垃圾的分类、焚烧、余热发电及烟气和焚烧残余的净化处理。在垃圾焚烧处理过程中，利用焚烧炉可完成对污染物的处理，减少垃圾的污染，同时在焚烧过程中将焚烧产生的余热用到发电中。垃圾焚烧是通过高温氧化作用对可燃垃圾进行氧化处理，将垃圾转化为水及二氧化碳。垃圾通过焚烧变为气体和固体后，能实现垃圾的减容化和无害化。垃圾焚烧发电处理方式具有简单高效的特点，能够有效的处理垃圾中的污染物质。

焚烧方式需要可燃性较高的垃圾，因此并非所有的垃圾都能够采用焚烧的处理方式，只有对垃圾进行正确的分类与整合才能发挥出垃圾焚烧技术的真正作用。此外，在垃圾焚烧过程中要控制好焚烧所产生的烟气及焚烧结束后的炉渣，而控制烟气和炉渣需要大量的人力物力，因此垃圾焚烧这一技术也存在一定的局限性，需不断改进。

1.3 发展现状

垃圾焚烧技术是垃圾处理的发展趋势，在我国垃圾焚烧技术具有较大的发展前景，在科技水平不断发展的背景下，垃圾焚烧发电技术也会随之发展，能够更加有效地对垃圾焚烧产生的污染物进行控制和处理。在以往我国垃圾焚烧发电技术较为落后，所使用的专业设备也多为进口。随着国家对这项技术的重视，我国对垃圾焚烧发电技术的研究越发深入，一些关键的专业设备已经实现了自主生产，我国的垃圾焚烧发电技术将会不断进步和发展。

目前越来越多的垃圾焚烧发电厂被建立，垃圾焚烧厂的规模不断扩大，大城市中的垃圾焚烧发电厂占据了全国垃圾焚烧发电厂数量的80%，其在我国垃圾处理技术中的比重越来越高。我国垃圾焚烧发电技术起步较晚，相较于发达国家较为落后，但发展飞速，基本的设备也完成了自主生产，可预见在未来我国的垃圾焚烧发电技术将会走到世界前列。

2 垃圾焚烧发电所排放的污染物及其产生的影响因素

垃圾焚烧发电技术虽然是较为先进的处理技术，但由于垃圾的复杂性及焚烧所产生的各种化学反应，导致了垃圾焚烧发电技术不可避免的会产生一些污染物质，这些污染物质可分为酸性气体、颗粒物、重金属以及有机污染物。

酸性气体：SOx、NOx、HF 以及HCI 等物质都是垃圾焚烧过程中容易产生的酸性气体。HCI 是垃圾焚烧过程中最容易产生、也是危害相对较大的一种酸性气体。这种气体会腐蚀焚化装置，减少焚化设备的使用寿命。HCI 会对人体的皮肤造成腐蚀，损害人体的眼角膜以及鼻粘膜，甚至会威胁到人类的生命安全。不只是人类，HCI 也会造成植物的坏死；颗粒物：垃圾当中存在一些不可燃成分，这些成分在焚烧过程中会形成浓烟，而浓烟当中包含了大量的不可燃颗粒物。在这其中，一些小于三微米的颗粒物包含重金属成分，会对人体健康造成威胁[2]。

重金属：垃圾当中所包含的汞、铅等元素不会被燃烧，也不会与燃烧发生反应，因此很难进行无害化处理。这些重金属元素在垃圾焚烧过程中会随着烟尘飘散到大气，在自然循环的过程中进入人体，损害人的身体健康；有机污染物：主要指甲醛以及二噁英等物质，由垃圾中的氯和二氧化碳等成分燃烧反应产生。这些有机污染物能够溶于脂肪，存在生殖和内分泌毒性，在这些物质的长期污染下容易引发人类的癌变。

垃圾的特性：垃圾本身的特性是垃圾焚烧过程中产生污染物的重要原因。如果垃圾当中存在较多的水分以及灰分，在燃烧过程中就会出现燃烧不彻底的现象，这一现象会导致不充分燃烧的物质在化学反应下形成二噁英等有害物质。

垃圾的运动速度：其影响着垃圾焚烧的整体效果。在焚烧过程中，如果垃圾的运动速度不协调，就会导致垃圾焚烧不充分，垃圾中的重金属气化挥发的现象，甚至会出现垃圾焚烧温度不达标的情况，导致垃圾的整体焚烧质量低[3]。

焚烧温度：在垃圾处理过程中也是影响焚烧效果的一个重要因素。垃圾焚烧发电过程重温度过高或过低都会影响到垃圾焚烧的整体效果，而垃圾焚烧效果不佳就会造成有害物质的产生。

3 垃圾焚烧发电污染物控制措施

3.1 控制污染源头

针对垃圾焚烧产生二次污染，最有效的方法就是从源头对垃圾污染的排放进行控制。在进行垃圾收集和处理的过程中，要对垃圾进行精确分类，需密闭处理会产生重金属污染的垃圾，对于可燃性较差的垃圾或不可燃垃圾要进行助燃处理。还要加强宣传工作，帮助市民树立起正确的垃圾分类观，城市中的环卫工作也要讲重点从垃圾的收集转变到垃圾的分类上，通过对源头进行控制来有效减少垃圾焚烧时所产生的污染。

3.2 二噁英的控制

垃圾中的氯源是二噁英产生的重要原因，要减少产生就须降低垃圾中的氯含量。垃圾中常见的氯化物有氯乙烯、聚苯乙烯及KCI 等，要做好对垃圾的分类，通过预处理措施来减少垃圾中的氯含量[4]。我国普遍使用的焚烧炉为循环流化床炉和炉排炉，循化流化床炉能够对热量进行充分传导，有效降低焚烧排放的烟气。但流化床在使用过程中需对垃圾的大小和质量进行严格的把控，在焚烧过程前需要进行预处理，焚化成本较高；炉排炉的燃烧效率高，能够对可燃性较差的垃圾进行燃烧，但炉排炉的燃烧条件较为苛刻，且无法对二噁英进行控制，所以在焚烧过程中需要安装专门的烟气净化设备。

在垃圾焚烧过程中可通过在炉内添加抑制剂的方法来有效减少二噁英的排放。常用的抑制剂有硫化物、氮化物以及碱性化合物三种。煤中所存在的硫化物能够有效的抑制二噁英的产生，在焚烧过程中将煤与垃圾进行一比四的混合能够降低二噁英的排放程度。氮化物可控制NOx与HCI，降低氯的反应程度，从而减少化学反应中二噁英的合成。而CaO 以及Ca（OH）2等碱性化合物能够与焚烧过程中的酸性气体直接发生反应，减少二噁英的排放。

此外，正确的焚烧工艺也能够对二噁英进行有效控制。在焚烧过程中，焚烧炉膛温度达到850摄氏度，停留时间超过两秒且在高温区送入两次空气，就能使得炉内的垃圾进行有效的焚烧，将二噁英等有害物质完全氧化分解。

为了减少二噁英的排放，还要在焚烧炉外设置专门的烟气净化设备。烟气净化主要分为去除酸性气体以及除尘两个部分，我国常用的烟气净化技术主要有静电除尘和袋式除尘两种，其中效果最好的是袋式除尘技术。袋式除尘的主要操作流程为烟气冷却与石灰中和，同时在布袋除尘器上喷洒活性炭，通过这些方式来减少二噁英的排放。二噁英在250～300摄氏度之间会进行二次合成，因此要在减温塔中将温度降低到180摄氏度左右，同时在减温塔中注入脱酸剤来中和垃圾焚烧过程中产生的酸性气体。通过袋式除尘技术可吸附直径小于0.5微米的颗粒物，也能够吸附二噁英等污染物，对二噁英的排放进行有效的控制。

3.3 酸性气体和重金属的控制

垃圾焚烧过程中产生的酸性气体会损害人类的呼吸系统，威胁人类的生命健康，而重金属会污染到土地和水源，影响周围的生态环境。对于重金属可采用袋式除尘器对重金属进行吸附和去除，而对于酸性气体可采用干法、半干法以及湿法三种方式进行控制[5]。干法是利用碱性固体粉末，将粉末注入到反应器中与酸性气体产生中和反应来减少酸性气体的排放。这种方法不会产生污水，但由于化学反应等限制，无法对酸性气体进行充分的处理。

湿法通过搭建填料吸收塔，通过注入碱性溶液与塔内的酸性气体进行充分的中和，有效控制酸性气体的排出，湿法是三种方法里与酸性气体中和最充分的方法，但这种方法会产生大量的废水，造成二次污染。

半干法是去除酸性气体最常用的方法，将熟石灰浆注入到塔内，与酸性气体进行充分的中和，在此期间熟石灰浆会在塔内蒸发，所以这种方法不但能够有效的对酸性气体进行控制，还不会产生废水。

3.4 渗沥液控制

我国的垃圾焚烧发电设备主要使用炉排炉，这一装置在进行焚烧之前需要将垃圾中15%的水分进行排出，而对于垃圾中排出的渗沥液也需要进行有效的控制。对于渗沥液，可采用预处理、生物处理以及深度处理的方式。在预处理当中，通过固液分离、吸附等方式来对渗沥液中的悬浮物进行处理，调节渗沥液中的酸碱度、减少渗沥液的腐蚀性；生物处理可降低渗沥液中的有机物含量，减少渗沥液的污染程度；深度处理主要采用生化处理等方法，将长期的有机物质进行处理，净化水资源，完成水资源的循环利用。

3.5 灰渣控制

在垃圾焚烧发电过程重，垃圾中的无机物无法充分燃烧，会成为颗粒物，这些灰渣会随着气体漂浮，对环境和人体造成巨大的危害，因此要对灰渣进行有效的处理。我国常用的灰渣处理方法有水泥固化、熔融固化以及化学药剂稳定法等技术。随着科技的发展，我国对于灰渣的处理技术有了新的发展，通过对灰渣进行净化，将其用作路基等材料，实现了对灰渣的充分利用。

3.6 气味控制

垃圾在焚烧之前需要进行一定时期的存放，而在存放过程中垃圾会出现发酵的情况。在发酵过程中垃圾会产生大量的刺鼻气味，这些气味会影响市民的生活和身体健康。所以，对气味的控制也是污染物排放控制的重要一环。垃圾在进行收集和存放的过程中，要是用全封闭的方法减少气味的排出，同时也可通过安装风幕机等方法将封闭区域的气味运送到焚烧区域进行燃烧。除此之外，还要加强绿化的建设，通过增加绿化来减少垃圾产生的气味。