流化床焚烧塑料垃圾多环芳烃的生成特性
各类垃圾焚烧工艺原理及特点
各类垃圾焚烧工艺原理及特点垃圾焚烧即通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应，使垃圾经过高温下的氧化进行减容，成为残渣或者熔融固体物质的过程。
垃圾焚烧设施必须配有烟气处理设施，防止重金属、有机类污染物等再次排入环境介质中。
回收垃圾焚烧产生的热量，可达到废物资源化的目的。
4.CAO焚烧炉工作原理：垃圾运至储存池，进入生化处理罐，在微生物作用下脱水，使天然有机物（厨余、叶、草全自动垃圾发电起重机全自动垃圾发电起重机等）分解成粉状物，其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。
经筛选，未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室（温度为600℃），产生的可燃气体再进入第二燃烧室，不可燃和不可热解的组份呈灰渣状在第一燃烧室中排出。
第二室温度控制在860℃进行燃烧，高温烟气加热锅炉产生蒸汽。
烟气经处理后由烟囱排至大气，金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化，可在灰渣中分选回收。
特点可回收垃圾中的有用物质；但单台焚烧炉的处理量小，处理时间长，目前单台炉的日处理量最大达到150吨，由于烟气在850℃以上停留时间难于超过1秒钟短，烟气中二噁英的含量高，环保难以达标。
3.回转式焚烧炉工作原理：回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。
通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动，直至燃尽并排出炉体。
特点设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。
但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。
2.流化床焚烧炉工作原理：炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。
垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。
未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。
燃烧方式对塑料垃圾燃烧时PAHs和PCDD／Fs排放的影响
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应器上进行 了聚氯 乙烯的燃烧试验． 燃烧 的烟气参 考 Ｇ ６５ １ Ｂ８ －１９和 Ｕ Ｅ Ａ ６ ３方法 采用色质 联用分析 仪收集 分 ＳＰ １１
循环流化床技术在垃圾焚烧二恶英控制方面的优势
循环流化床技术在垃圾焚烧二恶英控制方面的优势循环流化床焚烧炉的主要特征是炉膛内始终存有大量的粒度适宜的惰性床料，垃圾和惰性床料在炉膛内流化风的作用下呈充分流化状态，垃圾送入炉膛后在处于流化状态的床料裹挟下，迅速分散、快速升温，很快地完成燃烧前的升温阶段，实现持续的稳定燃烧，大量的物料被烟气带到炉膛上部燃烧，经过不同的途径再循环返回炉膛下部。
这包括布臵在炉膛出口的气固分离器，将被烟气带出炉膛的物料中的绝大部分从烟气中分离出来，并经过返料系统将物料回送至床内；更有很大量的物料通过中间上升和边壁下降的内部通道实现循环。
这样的物料循环，一方面实现了炉膛内温度的均匀化，另一方面保证了垃圾的充分燃烧。
循环流化床具有很大的热容量和良好的物料混合速率，所以对燃料的适应性强，床内强烈的湍流和物料循环，增加了垃圾的燃烧速率，均匀的炉内温度既保证了燃烧烟气在高温区的停留时间，又可以防止局部高温的问题。
因此，气体燃烧充分、毒性物质分解彻底，垃圾燃尽率高。
垃圾焚烧作为一种固体废物污染的处理技术，不可避免的涉及到二次污染的问题。
而二恶英类物质的排放，是其中最重要也是最受关注的。
目前我国对垃圾焚烧二恶英类物质排放的要求仅限于烟气，从更广义的二恶英排放范围考量，垃圾焚烧二恶英的排放应该还包括飞灰、锅炉灰、炉渣和废水。
当前控制垃圾焚烧过程二恶英类物质排放有3种最主要的技术手段。
一是源头控制，即破坏原生垃圾中存在的二恶英，并且减少二恶英类物质的原始生成量；二是末端吸附，即将已经产生的二恶英类物质通过吸附等手段捕捉到飞灰中，防止其排放到大气；三是末端消减，在一定的条件下，通过催化反应器，使烟气中的二恶英类物质反应生成相对无害的低分子化合物。
末端吸附的局限性在于，仅仅是将烟气中的二恶英类物质通过活性炭等吸附后转移到飞灰中，虽然可以实现烟气的达标排放，但是却增加了飞灰中的二恶英含量。
因此末端吸附只是二恶英的转移，并非减量。
末端消减虽然达到了烟气中二恶英类物质的减量，但是对于飞灰中含有的更大量的二恶英却没有作用。
多环芳烃来源和性质
多环芳烃来源和性质多环芳烃来源和性质自然源主要包括燃烧（森林大火和火山喷发）和生物合成（沉积物成岩过程、生物转化过程和焦油矿坑内气体），未开采的煤、石油中也含有大量的多环芳烃人为源PAHs人为源来自于工业工艺过程、缺氧燃烧、垃圾焚烧和填埋、食品制作及直接的交通排放和同时伴随的轮胎磨损、路面磨损产生的沥青颗粒以及道路扬尘中，其数量随着工业生产的发展大大增加，占环境中多环芳烃总量的绝大部分；溢油事件也成为PAHs人为源的一部分。
在自然界中这类化合物存在着生物降解、水解、光作用裂解等消除方式，使得环境中的PAHs含量始终有一个动态的平衡，从而保持在一个较低的浓度水平上，但是近些年来，随着人类生产活动的加剧，破坏了其在环境中的动态平衡，使环境中的PAHs大量的增加。
因此，如何加快PAHs在环境中的消除速度，减少PAHs对环境的污染等问题，日益引起人们的注意。
多环芳烃大部分是无色或淡黄色的结晶，个别具深色，熔点及沸点较高，蒸气压很小，大多不溶于水，易溶于苯类芳香性溶剂中，微溶于其他有机溶剂中，辛醇-水分配系数比较高。
多环芳烃大多具有大的共扼体系，因此其溶液具有一定荧光。
一般说来，随多环芳烃分子量的增加，熔沸点升高，蒸气压减小。
多环芳烃的颜色、荧光性和溶解性主要与多环芳烃的共扼体系和分子苯环的排列方式有关.随p电子数的增多和p电子离域性的增强，颜色加深、荧光性增强，紫外吸收光谱中的最大吸收波长也明显向长波方向移动；对直线状的多环芳烃，苯环数增多，辛醇-水分配系数增加，对苯环数相同的多环芳烃，苯环结构越“团簇”辛醇-水分配系数越大。
多环芳烃化学性质稳定.当它们发生反应时，趋向保留它们的共扼环状系，一般多通过亲电取代反应形成衍生物并代谢为最终致癌物的活泼形式。
其基本单元是苯环，但化学性质与苯并不完全相似.分为以下几类⑴具有稠合多苯结构的化合物如三亚苯、二苯并 [e,i]芘、四苯并 [a,c,h,j]葱等，与苯有相似的化学稳定性，说明：电子在这些多环芳烃中的分布是和苯类似的。
大气颗粒物中多环芳烃来源与污染特征分析
大气颗粒物中多环芳烃来源与污染特征分析近年来，大气污染成为全球范围内的关注焦点之一，其中大气颗粒物是一种重要的污染物。
而在大气颗粒物中存在的多环芳烃，作为有机污染物的代表之一，对人类健康和环境产生了严重的影响。
因此，对大气颗粒物中多环芳烃的来源与污染特征进行深入分析，对于制定有效的污染控制策略具有重要意义。
首先，大气颗粒物中多环芳烃的主要来源可以归结为两类：一是人为活动排放，二是自然源释放。
人为活动排放主要包括工业生产过程中的燃烧及化学反应等，如汽车尾气、燃煤电厂和工业废气等；自然源释放主要包括森林火灾、植物的挥发和土壤中的挥发等。
这两类不同来源的排放方式和强度决定了大气颗粒物中多环芳烃的组成及污染水平。
其次，大气颗粒物中多环芳烃的污染特征需要通过监测和分析来揭示。
一方面，通过对大气颗粒物样品的采集和分析，可以获得多环芳烃的种类组成和浓度水平，从而了解其污染程度；另一方面，通过对不同地理区域和季节的监测数据进行比较，可以揭示多环芳烃污染的时空分布规律。
例如，一些研究表明，工业区和城市区域往往对大气颗粒物中多环芳烃污染贡献较大，而夏季和秋季的污染水平往往高于其他季节。
此外，大气颗粒物中多环芳烃的毒性和生态风险也是研究的重点之一。
已经有许多研究证实，多环芳烃具有致癌和致突变的潜力，并且可以累积在生物体内，进一步危害生态系统的健康稳定性。
因此，深入研究不同环境条件下多环芳烃的毒性特征，并评估其对生态系统的影响，对于全面认识大气颗粒物中多环芳烃的污染风险至关重要。
针对大气颗粒物中多环芳烃的来源与污染特征，采取相应的污染控制措施具有重要意义。
首先，需要从根本上降低人为活动排放源的污染物排放量，提高工业生产和能源利用的清洁程度。
其次，加强大气颗粒物多环芳烃的监测和预警体系建设，及时掌握污染水平的变化情况，为相关部门制定科学的污染治理政策提供科学依据。
此外，加强公众对大气颗粒物污染的认识和关注，提倡绿色出行和低碳生活方式，共同减少大气颗粒物中多环芳烃的污染。
燃煤产物中多环芳烃赋存规律及环境意义
燃煤产物中多环芳烃赋存规律及环境意义
多环芳烃（PAHs）是一类按分子量介于C2和C20之间的碳含量较高的有机物质，广泛存
在于环境中，来源于古代时期的营养物质，从天然的煤样和冷燃煤烟中源源不断地排放出来。
其主要生物毒性作用是基于多环芳烃的染料状态，可与染料状态的蛋白质作用从而对
生物系统造成毒性效应。
多环芳烃在燃煤生物毒性方面有三个重要的特性：(1) 它们有助于提高空气中煤尘的持久性，从而使其穿过细胞膜的能力得到极大的提高，抵抗体系的能力也提高了。
(2) 多环芳
烃具有毒性、致癌和其他引起生物不良反应的特性，会造成器官损伤，引发疾病的发生。
(3) 多环芳烃还可以通过氧化作用，在人类体内形成致癌物质，对健康危害更大。
多环芳烃在烟气中的赋存量具有很大的局部变异性，常常在严重污染的地区最高，而在清
洁的地方，PAHs的含量则很低。
由于烟气中的多环芳烃持久性低，因此产生的时间间隔短，要求我们开展连续的环境检测，来准确地评价其赋存量。
多环芳烃对环境的影响十分严重。
多环芳烃不仅污染大气，而且会以空气悬浮颗粒物和雨
水的形式下沉，净化大气环境，会直接伤害生物，从而影响生物长期繁殖能力。
因此，多
环芳烃对大气污染以及环境生态安全具有非常重要的意义。
综上所述，多环芳烃是一类比较毒性的有毒物质，在燃煤产物中已经成为环境污染的一个
重要组成部分，其存在量的变化将直接影响环境健康水平。
我们有责任要加强相关环境检测，加大相关保护力度，保护环境免受多环芳烃污染侵害。
多环芳烃是什么
多环芳烃是什么多环芳烃是一类化学物质，由若干个芳香环结构组成。
这些芳香环可以由碳和氢原子构成，但也可能含有其他元素，如氧、氮和硫。
多环芳烃（PAHs）是在自然界和人类活动中常见的物质，并被广泛用于许多工业过程中。
在环境中，多环芳烃通常作为有害的污染物存在。
多环芳烃的结构和性质使其有许多不同的应用。
例如，它们可以用作燃料添加剂、颜料和染料。
它们还可以用于制造药物、橡胶和塑料。
然而，多环芳烃也被认为是一种环境污染物，因为它们在燃烧和工业过程中释放到大气中，并可以通过大气沉降和水体沉积物进入环境。
多环芳烃的来源主要有两种：一种是天然的，例如在森林火灾和火山喷发中释放的烟雾中含有多环芳烃。
另一种来源是人工的，例如燃煤和石油的燃烧以及工业生产过程中产生的尾气和废物。
这些过程会释放大量的多环芳烃到空气中。
多环芳烃的毒性和环境影响仍在研究中得到深入了解。
一些多环芳烃被认为是致癌的，特别是对人类健康有潜在危害的。
长期暴露于多环芳烃可能导致肺癌、皮肤癌、肝癌和胃肠道癌等疾病。
此外，多环芳烃对生物多样性和生态系统的影响也是一个关注的问题。
它们可以累积在生物体内，影响它们的生长和繁殖能力。
为了减少多环芳烃的排放和环境影响，许多国家实施了严格的法规和标准。
例如，车辆尾气排放标准和工业废气排放控制。
此外，开展环境监测和建立污染物监测网络也是减少多环芳烃污染的重要措施。
通过监测和控制多环芳烃的排放，可以最大限度地减少其对人类健康和环境的影响。
除了减少多环芳烃的直接排放外，还可以通过生物修复和化学处理来减少其在环境中的浓度。
生物修复利用微生物和植物等生物体的活动来降解多环芳烃。
这些生物体可以通过代谢和降解作用将多环芳烃转化为无害物质。
化学处理则使用化学方法将多环芳烃转化为不太有害的物质。
总之，多环芳烃是一类广泛存在于环境中的化学物质。
它们具有不同的应用和来源，但也对人类健康和环境产生了负面影响。
通过执行严格的法规和标准，开展环境监测和采取控制措施，可以减少多环芳烃的排放和环境污染问题。
XXXX不同煤燃烧方式多环芳烃生成特性的研究
第24卷第3期 2004年6月动力工程POW ER EN G I N EER I N GV o l .24N o.3 June 2004 文章编号:100026761(2004)0320400206不同煤燃烧方式多环芳烃生成特性的研究倪明江, 尤孝方, 李晓东, 尹雪峰, 曹志勇, 严建华, 岑可法(浙江大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室,杭州310027)摘 要:研究比较了不同煤燃烧方式多环芳烃生成特性。
固定床煤燃烧多环芳烃生成随温度升高出现了先增加后减少的趋势,流化床煤燃烧多环芳烃生成随温度升高而增加。
流化床煤燃烧多环芳烃生成量要少于固定床燃烧方式,总量上低1～2个数量级。
固定床燃烧(管式炉等)PA H s 低温由热解生成,高温由前驱物生成。
流化床燃烧PA H s 低温由高环芳香性物质的热分解和缩聚反应生成,高温由小分子烃类的聚合。
图12表1参13关键词:环境工程;煤燃烧;固定床;流化床;多环芳烃中图分类号:T K 224 文献标识码:AS tudy of PAHs Fo r m a tion F rom D iffe re nt Kinds of C oa lC om bus tion P roce s sN I M ing 2j iang , YOU X iao 2f ang , L I X iao 2d ong , Y IN X ue 2f eng ,CA O Z h i 2y ong , YA N J ian 2hua , CEN K e 2f a(N ati onal Key L ab of M O E C lean Energy and Environm en tal Engineering ,Zhejiang U n iversity ,H angzhou 310027,Ch ina )Abs tra c t :PA H s fo rm ati on from tw o k inds of coal com bu sti on p rocess (fixed bed and flu idized bed )w asstudied .W ith increasing tem p eratu re du ring fixed bed coal com bu sti on ,PA H s concen trati on s increase up to a m ax i m um value and then decrease .T he am oun t of PA H s fo rm ati on from flu idized bed coal com bu sti on increases w ith tem p eratu re and to tal am oun t of PA H s concen trati on from flu idized bed coal com bu sti on is one o r tw o m agn itude level less than that from fixed bed .D u ring fixed bed com bu sti on ,p yro lysis is the m ain PA H s fo rm ati on p athw ay at low tem p eratu re and p recu rso r fo rm ati on at h igh tem p eratu re .D u ring flu idized bed com bu sti on ,decom po siti on and conden sati on reacti on s are the m ain PA H s fo rm ati on p athw ay at low tem p eratu re and po lym erizati on of s m all hydrocarbon s at h igh tem p eratu re .F igs 12,tab le 1and refs 13.Ke y w o rds :environm en tal engineering ;coal com bu sti on ;fixed bed ;flu idized bed ;PA H s收稿日期:2003210212基金项目:国家重点自然科学基金(N 59836210)、国家重点基础研究发展规划项目(G 1999022211)作者简介:倪明江(1949-),男,山东文登人,浙江大学教授。
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第9卷第4期2003年8月燃 烧 科 学 与 技 术Journal of Combustion Science and T echnology V ol.9N o.4Aug.2003流化床焚烧塑料垃圾多环芳烃的生成特性Ξ尤孝方,李晓东,严建华,倪明江,岑可法(浙江大学能源洁净利用与环境工程教育部重点实验室,杭州310027)摘 要:研究了典型塑料垃圾PVC 、PE 和PS 在流化床燃烧过程中多环芳烃的排放特性,分析了多环芳烃生成量随燃烧温度变化的情况.结果表明,PS 燃烧产生多环芳烃随温度呈现单峰变化,800℃时最高;PVC 则随温度呈指数减少的趋势;PE 变化较为复杂.从总量看,多环芳烃生成量大小顺序为PS >PVC >PE.关键词:塑料垃圾;流化床燃烧;多环芳烃;温度中图分类号:TK 229 文献标识码:A 文章编号:100628740(2003)0420376205PAH s Emissions from Fluidized B ed I ncineration of Three K inds of PlasticsY OU X iao 2fang ,LI X iao 2dong ,Y AN Jian 2hua ,NI Ming 2jiang ,CE N K e 2fa(K ey Laboratory of Clean Energy and Environmental Engineering of Ministryof Education ,Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China )Abstract :PAH (polycyclic aromatic hydrocarbon )formation from combustion of polyvinyl chloride ,polystyrene and polyethylene (PVC ,PS and PE )was studied in a laboratory 2scale fluidized bed (F B )experiment facility.The correlation between PAH emission and temperature was mainly analyzed.The results show that PAH emission of PS is the highest at the bed temperature of 800℃;PAH emission from PVC combustion decreases with increasing temperature ;there is no distinct relation between PAH emission and the temperature for combustion of PE.The PAH emission order of the three plastics concentration from F B combustion is PS >PVC >PE.K eyw ords :plastic waste ;fluidized bed combustion ;polycyclic aromatic hydrocarbon ;temperature 垃圾焚烧技术越来越多地为各国所采用,焚烧产生尾气中有毒物质的控制与排放是目前研究关注的热点,尤其是特殊有机污染物排放及其控制机理,如二口恶英(dioxins )和多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocar 2bons ,简称PAHs ).塑料在城市垃圾中质量分数可达8%,容积占20%以上,主要成分为聚乙烯(PE )、聚苯乙烯(PS )、聚丙烯(PP )和聚氯乙烯(PVC )等.美国每年PS 产生量有11万吨[1],台湾每年塑料垃圾产生量为17万吨[2].塑料类物质可用于绝缘、管材、容器制造、橡胶制品和汽车配件等用途.由于这些物质在自然填埋过程中不具有生物降解性,故采用热处理方法,最大限度实现垃圾减容,可以永久去除此类物质,并可能去除这些物质带来的毒性作用. 聚合体的燃烧经历了干燥、热解、热解产物的燃烧和传热传质等一系列复杂的交互反应过程.有研究表明,约有30%～50%燃烧产物是以颗粒固相形式存在[3].而PAHs 与燃烧产物碳黑(s oot )的生成有一定的关联,由Wang Jun 等的研究可知PS 、PE 和木材燃烧产生碳黑中的PAHs 的数量和碳黑生成量成正比[1]. 影响塑料类垃圾燃烧生成PAHs 的主要因素有燃料特性(如颗粒尺寸等)、燃烧参数(如燃烧温度、停留时间和空气量及燃烧方式等)以及添加剂等.Li Chun 2teh 等研究表明[2],C O 浓度能够作为塑料垃圾燃烧产Ξ收稿日期:2002211218. 基金项目:国家重点自然科学基金资助项目(59836210);国家重点基础研究发展规划资助项目(G 1999022211). 作者简介:尤孝方(1977— ),男,博士研究生,msw p @.生PAHs 的指示产物,相关系数达到了0.89,在家具木材的燃烧中也得到相似的结论[4],这对燃烧工况的组织与监视能够起到良好的导向作用. 温度对于塑料垃圾焚烧产生PAHs 的影响的研究目前开展得比较多.Wang Jun 等[1]研究了PS 粉末在两段燃烧方式中PAHs 的产生.第一段为电加热马弗炉,500～1000℃.第二段温度保持在1000℃.结果显示,第一段PS 的气化及燃烧产物是最终形成和排放PAHs 的主要部分.第一段燃烧产物在第二段高温条件下重新燃烧,PAHs 的生成受到了抑制.在第一段,随着温度的升高,PAHs 的生成量是增加的,产物中颗粒物质的生成量也是增加的,但不同环数PAHs 变化方式有所不同.其他大多数污染物在第二段1000℃条件下,因被氧化而去除.PS 在600℃热解是比较理想的,s oot 生成量最少. Durlak Susan K 和Biswas Pratim 研究了PS 颗粒在800～1200℃范围内PAHs 生成,燃烧方式为垂直管式炉燃烧[3].结果表明,随着燃烧温度的增加,气、固相中PAHs 总量和种类都呈下降的趋势,而此时生成颗粒的平均直径则随温度的增加而增加. H off 等研究发现低密度的PE 在280℃时的氧化降解产物主要是有机酸、醛和酮,没有检测到PAHs [8].Wheatley 等研究还表明750～1150℃范围内塑料焚烧产生PAHs 的变化还是较大的[5].PS 在加热至350℃以上时,通过断链、去芳香化而分解出单体、二聚物和三聚物.炉温为750℃时,16种PAHs 中生成最多的是萘、菲,还有一些基团取代烃,同时也检测到二苯并呋喃.PVC 在450℃能够进行芳香化反应,在更高的温度时,能够经过链交叉形成碳化残渣.炉温为750℃时,使用质谱分析,发现多种有机物的峰强度较高:有萘和菲,荧蒽和蒽次之,其后有苯并[a ]芘(BaP )和苯并[e ]芘(BeP ).PE 加热过程中并没有分解出单体,断链和链转移是主要反应.要使PAHs 生成量最少,理想的温度为1150℃. Wei Y uling 和Lee Jenho 研究了垂直热解炉、惰性和微氧化性气氛条件下,温度范围为600～800℃,PS热解时PAHs 的生成[6,7].结果表明,随着热解温度的升高,PAHs 的种类和数量都是增加的.在惰性气氛条件下,700℃时PAHs 有明显增长,增加了一个数量级;在微氧化性气氛时此情况出现在800℃.惰性气氛中产生的PAHs 量要高于氧化性气氛条件下的生成量.PS 无氧热解的较佳温度是600℃,产生PAHs 最少. 目前人们越来越多地运用流化床焚烧技术处理城市生活垃圾.流化床燃烧增加了床料与物料以及物料与空气之间的混合程度,氧气能够大量而快速到达物料表面,燃烧产生火焰的形式也有别于管式炉.因此,本文在小型三段电加热流化床实验台上,针对单组分塑料进行模拟,对垃圾焚烧过程中多环芳烃生成特性进行了研究.1 实验工况及测试分析方法1.1 实验装置 图1为焚烧实验装置,采用硅碳管三级加热,最高温度1100℃,可控硅控温,反应器尺寸为<60mm ×2000mm ;所用实验塑料PS 购自辽宁盘锦,PE 、PVC 购自杭州,粒径为1～2mm ,表1为3种塑料的基本特性.实验过程中,是以由下而上的顺序对第一段和第二段电加热.1—空气压缩器;2—调节阀门;3—流量计;4—布风板;5—电加热器本体;6—给料口;7—石英管反应器;8—控制面板图1 流化床试验装置图表1 塑料的基本特性物质名称英文名称化学式含碳量/0 0含氢量/0 0熔点/℃最低分解温度/℃Q ad /(M J ・kg -1)聚苯乙烯(PS )poly 2styrene[CH 2CH (C 6H 5)]n 91.327.56237.536442.27聚氯乙稀(PVC )polyvinyl chloride [CH 2CH (Cl )]n 48.58 5.7126023.00聚乙烯(PE )poly 2ethylene[CH 2CH 2]n85.3413.9411540445.30・773・2003年8月 尤孝方等:流化床焚烧塑料垃圾多环芳烃的生成特性1.2 采样及样品预处理 图2为尾部采样装置,烟气依次经过滤筒、冷凝器、吸附树脂(X AD 22)、硅胶桶、抽气泵和流量表. 实验开始时,先投入燃料,等燃烧稳定后开始抽气,到达规定燃烧时间后,先停止抽气后再停止给料,随后将滤筒和X AD 22取出,进行索式抽提20h ,溶剂为二氯甲烷.抽提液经旋转蒸发仪浓缩至5m L ,经色谱分离后送气相色谱仪分析.图2 采样装置示意1.3 测试分析方法 本实验采用Therm oQuest/Trace2000气相色谱仪,分析17种PAHs 物质(包括美国EPA 建议优先监测的16种),分别为萘、苊、二氢苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a ]蒽、屈、苯并[b ]荧蒽、苯并[k ]荧蒽、苯并[a ]芘、苯并[e ]芘、茚[1232c ,d ]并芘、二苯并[a ,h ]蒽、苯并[g ,h ,i ] .17种PAHs 混合标样(浓度为100±10μg/m L ,溶剂为甲苯,编号ES 24032)购自美国剑桥同位素实验室,采用外标法定量. 气相色谱对17种多环芳烃的检测灵敏度分别为:对萘、茚[1232c ,d ]并芘、二苯并[a ,h ]蒽和苯并[g ,h ,i ],灵敏度是50pg ;对苊、二氢苊、芴、菲、蒽、苯并[b ]荧蒽、苯并[k ]荧蒽、苯并[a ]芘和苯并[e ]芘,灵敏度是10pg ,对荧蒽、芘、苯并[a ]蒽和屈,灵敏度是5pg. 气相色谱测试条件:第一段初始温度70℃,升温速率3℃/min ,中间温度180℃;第二段升温速率10℃/min ,终温270℃,保留20min.载气He 的流量为1m L/min ,进样方式为spitless ,检测器是FI D ,检测器温度为280℃.H 2流量35m L/min ,空气流量350m L/min ,N 2流量50mL/min ,进样量为1μL.2 实验结果与讨论 为保证完全燃烧,3种塑料燃烧实验均采用两段加热.燃烧实验过程中,3种塑料PS 、PVC 和PE 的投料率分别为18g/h 、30g/h 和24g/h ,根据燃料量和燃烧所需的理论空气量,对PS 、PVC 和PE 分别采用0.8m 3/h 、1.0m 3/h 和1.5m 3/h 的空气流量.考虑到流化床燃烧温度一般在800℃以上,实验中温度选取也是在这个温度附近,没有选取很高和很低的温度做实验,为了保证实验精度,对部分工况进行了重复实验.2.1 PS 燃烧时多环芳烃的生成 由图3可见,PS 流化床燃烧多环芳烃的生成量随温度呈现了单峰变化,峰值出现在800℃左右.图4为不同环数PAHs 的分布.床温低于800℃时,随着温度的升高,多环芳烃生成量增加,此温度段内多环芳烃主要由热解产生.床温高于800℃时,随着温度的升高,多环芳烃的生成量是减少的,此温度段内主要是热分解产物的燃烧与合成,O 和OH 等氧化剂能大量产生,对多环芳烃的生成起了抑制作用,这与文献[3]中垂直管式炉PS 燃烧实验结果相似.床温为800℃时,中图3 PS 燃烧时PAH s 生成量随温度的变化图4 PS 燃烧产物中不同环数PAH s 分布・873・燃 烧 科 学 与 技 术 第9卷第4期低环物质分布较广且浓度较高,其他温度条件下,以3、4环物质为主.由于PS 本身具有苯环结构,较易生成结构相似的多环物质,所以生成总量是3种塑料垃圾中最高的.2.2 PVC 燃烧时多环芳烃的生成 图5为PVC 流化床燃烧多环芳烃生成量随温度的变化曲线.由图可知,随着温度的升高呈现了指数下降的关系.在床温为850℃时基本趋于平缓,当床温为750℃时,多环芳烃生成量与较高温度条件下生成量相比要高出两个数量级.可见,低温对于PVC 燃烧是不利的.图5 PVC 燃烧PAH s 生成量随温度的变化曲线 图6列出了800℃、850℃和900℃时不同环数PAHs 的分布.就单个PAHs 来讲,屈的含量最高,除800℃外,菲的生成量也较高.随着温度的升高,各环PAHs 基本是减少的.4环物质含量最高,5、6环物质含量较高,温度升高对其破坏作用比较明显.图6 PVC 燃烧产物中不同环数PAH s分布 从另一个方面来说,PVC 中含有氯成分,在高温时以氯化氢形式释放,部分分解为氯原子能促进产生O 和OH 等氧化剂的反应,从而为多环芳烃生成起了减少的作用. PVC 流化床燃烧,提高床温有利于减少多环芳烃的生成.2.3 PE 燃烧时多环芳烃的生成 图7为PE 流化床燃烧时PAHs 生成量随温度的变化.在实验温度范围内,床温为850℃时,PAHs 生成量最少,800℃最高,PE 燃烧时,PAHs 生成量随温度变化关系较为复杂,环数分布也是如此(见图8).单个PAHs 浓度出现了较为明显的两个单峰,为屈和菲,而高环物质则很少.这方面的原因有待进一步研究.图7 PE 燃烧PAH s 生成量随温度的变化曲线图8 PE 燃烧产物中不同环数PAH s 分布 图9～图11分别为PS 、PVC 和PE 燃烧产生PAHs的毒性当量(toxicity equivalency ,即TE Q )随温度的变化.PE 燃烧产生PAHs 的毒性指标相对较低,且图9 不同温度下PS 燃烧产生PAH s 的TEQ・973・2003年8月 尤孝方等:流化床焚烧塑料垃圾多环芳烃的生成特性图10 不同温度下PVC 燃烧产生PAH s 的TEQ图11 不同温度下PE 燃烧产生PAH s 的TEQ在各温度下变化不大,主要是毒性相对较大的高环物质生成量较低.PS 在800℃燃烧产生PAHs 毒性指标最高,而PVC 则是低温燃烧时最高. 垃圾中热值较高的物质燃烧时产生许多多环芳烃,这一研究对垃圾能量再利用和污染物控制都具有重要意义.多组分混合后燃烧,因其更接近于实际垃圾组分的燃烧,其多环芳烃的生成也有待于研究.3 结 论 1)3种塑料流化床燃烧产生的PAHs 总量,基本为PS >PVC >PE. 2)PS 燃烧时,PAHs 生成量随床温呈现单峰变化,800℃时最高;PVC 燃烧时,PAHs 生成量随床温的变化则是呈指数减少的趋势,在850℃时已趋于平缓;PE 燃烧时,PAHs 生成量随床温的变化较复杂. 3)按PAHs 毒性指标对比,PE 最低,且随温度变化不大,PVC 低温时毒性指标最高,而PS 在800℃时毒性指标最高.参考文献:[1] W ang Jun ,Levendis Y iannis A ,Richter Henning et al.P olycyclic aromatichydrocarbon and particulate emissions from tw o 2stage combustion of polystyrene :the effect of the primary furnace tem perature[J ].Environ SciTechnol ,2001,35:3541—3552.[2] Li Chunteh ,Zhuang Huankai ,Hsieh Liente et al.PAH emission from theincineration of three plastic wastes[J ].Environment International ,2001,27:61—67.[3] Durlak Susan K,Biswas Pratim.Characterization of polycyclic aromatichydrocarbon particulate and gaseous emissions from polystyrene combustion [J ].Environ Sci Technol ,1998,32:2301—2307.[4] K halfi A ,T rouve G,Delobel R et al.C orrelation of CO and PAH emissionsduring laboratory 2scale incineration of w ood waste furnitures[J ].J AnalAppl Pyrolysis ,2000,56:243—262.[5] Wheatley Lloyd ,Levendis Y iannis A ,V ouros Paul.Exporatory study on thecombustion and PAH emissions of selected municipal waste plastics [J ].Environ Sci Technol ,1993,27:2885—2895.[6] W ei Y u Ling ,Lee Jenho.M anganese sulfate effect on PAH formationpolystyrene pyrolysis[J ].The Sci o f the Total Environ ,1999,228:59—66.[7] W ei Y uling ,Lee Jenho.F ormation of priority PAHs from polystyrene pyrol 2ysis with addition of calcium oxide [J ].The Sci o f the Total Environ ,1998,212:173—181.[8] H off A ,Jacobbs on S.Therm o 2oxidative degradation of low 2density polyethy 2lene close to industrial processing conditions[J ].Applied Polymer Science ,1981,26:3409—3423.・083・燃 烧 科 学 与 技 术 第9卷第4期。