垃圾焚烧烟气二恶英的产生与控制

ISSN1672-9064
CN35-1272/TK
作者简介:赵博(1970~),1993年成都大学毕业,高级工程师,现任浙江德创环保科技股份有限公司总裁。

垃圾焚烧烟气二噁英的产生与控制
赵博
李浙飞周卫可
(浙江德创环保科技股份有限公司
浙江绍兴
312000)
摘要阐述垃圾焚烧烟气中二噁英主要生成途径,包括垃圾中固有的PCDD/Fs 、高温气相生成、从头合成以及前驱物合成。

介绍了垃圾焚烧烟气中控制二噁英的源头控制技术和末端控制技术。

关键词
垃圾焚烧
烟气
二噁英
生成
控制
中图分类号:X799
文献标识码:A
文章编号:1672-9064(2019)03-066-02
至2017年,我国城镇人口81347万人,常住人口城镇化率达到58.52%。

城镇化的发展在促进我国整体经济实力不断提升的同时也使得垃圾不断增加。

“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划提出:到2020年,直辖市、计划单列市和省会城市(建成区)生活垃圾无害化处理率达到100%,其他城市生活垃圾无害化处理率达到95%以上(新疆、西藏除外)。

同时城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理能力的比例达到50%以上,其中东部地区达到60%以上。

随着垃圾焚烧的普及,其伴随的社会问题也接踵而至,其中人们最为关注的是二噁英污染。

1二噁英危害及污染现状
二噁英(PCDD/Fs ),又作“二恶英”,英文名dioxin ,不是
某种物质,而是3大类(CDDs 、CDFs 和PCBs )共计约210种无色无味、剧毒的脂溶性物质的总称。

二噁英可以通过皮肤、呼吸道、消化道等途径进入人体,但通过食物特别是脂类,经消化道进入人体的量要占90%以上,它们蓄积于脂肪与肝脏,达到一定程度,便会造成许多不良影响。

二噁英对机体危害可归纳为3个方面:免疫功能降低、生殖和遗传功能改变、恶性肿瘤的易感性等。

Kulkarni 等[1]将当前环境中的二噁英来源划分为4大类,
分别为焚烧源、燃烧源、工业源及储备源,具体如图1所示,其中最主要排放源为焚烧源,包括生活垃圾焚烧、医疗垃圾焚烧、危险废物焚烧和污泥焚烧。

2014年,国家环保部出台了新的《生活垃圾焚烧污染控
制标准》(GB18485-2014),将垃圾焚烧厂的二噁英排放限值从1.0ng I-TEQ/m 3提高到0.1ng I-TEQ/m 3;同年修订的《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2014)也将危险废物焚烧二噁英的排放限值提高到0.1ng I-TEQ/m 3。

因此研究焚烧
烟气中的二噁英控制技术具有重要意义。

2垃圾焚烧二噁英生成途径
垃圾焚烧二噁英生成途径主要有以下4种[2]:①垃圾中
固有的PCDD/Fs 。

部分垃圾中本身含有二噁英类物质,经焚烧不能被完全破坏,从而导致焚烧后烟气或残渣中含有PCDD/Fs 。

②高温气相生成。

垃圾进入焚烧炉初期的干燥阶段,含碳氢成分的低沸点有机物挥发后与空气中的氧反应生成大量的水和二氧化碳,形成暂时缺氧的环境氛围,从而导致部分有机物同氯发生反应,进而生成PCDD/Fs 。

③从头合成。

这种合成
机理主要是反应中碳、氢、氧、氯等元素通过基元反应生成;飞灰中大分子碳同氯源在低温下经过飞灰中某些具有催化剂作用的成分发生反应生成PCDD/Fs 。

④前驱物合成。

燃料不完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化剂反应可生成多种有机气相前驱物,包括多氯苯酚、二苯醚、氯苯、多氯联苯等,再由这些前驱物经高温生成PCDD/Fs ,主要是由催化金属与其盐类或其金属氧化物等在飞灰上形成表面活性物质并吸附前驱物,通过催化剂的作用,前驱物发生缩合反应生成。

3垃圾焚烧二噁英控制技术
焚烧烟气二噁英控制技术可以分为源头控制技术和末
端控制技术2种。

源头控制技术,即从源头控制二噁英的生成,以实现减少二噁英最终排放的技术;末端控制技术,即将已生成的二噁英在焚烧系统末端进行控制的技术。

3.1
源头控制技术
源头控制技术通过抑制二噁英的生成达到减少排放的目的,主要包括了焚烧优化技术和二噁英生成抑制技术。

焚烧优化技术主要包括焚烧前控制和焚烧过程控制。

焚
烧前控制是在垃圾进入焚烧炉前进行预处理,采用物料分拣技术,分选出垃圾中铁、铜、镍等重金属含量高的物质,同时,减少垃圾中含氯有机物的量,可以有效降低焚烧炉中的氯含量和金属含量,减少燃烧过程中二噁英生成所需的物质条件,从而控制二噁英的生成。

焚烧过程控制一方面是采用低CO 燃烧技术,控制燃烧条件,调整好一、二次风的分配,使烟气混合搅拌和二次燃烧达到完全燃烧,保证垃圾充分燃烧,
减少不完全燃烧产物类前驱物的产生,使二噁英的前驱体合成过程得到控制[3];另一方面可以通过控制炉膛和二次燃烧温度,延长气体停留时间,合理控制助燃空气量以及注入位置,达到降低二噁英生成量的目的[4]。

二噁英生成抑制技术主要是通过在焚烧前预混区以及焚烧后尾部区喷加抑制剂,从而实现控制二噁英的生成。

常用的抑制剂主要有3类:含硫化合物(S 、SO 2、Na 2S 、NaS 2O 3、璜酸盐、璜胺类及硫铁矿等);含氮化合物(氨气、尿素、硫酸铵、肼及乙醇胺等);碱性化合物(CaO 、CaCO 3、Ca (OH )2、MgCO 3、MgO 、Mg (OH )2)等。

含硫、含氮以及碱性化合物主要是通过破坏二噁英生成所依赖的催化剂或者将烟气中的氯代化合物转化为氨类、氰化物等物质来抑制二噁英的生成,很多含硫和含氮抑制剂对二噁英生成的抑制效率可达到90%以上。

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(上接第65页)参考文献
1
GB 5749-2006,生活饮用水卫生标准[S ].
2
GB 5749-2006,生活饮用水卫生标准[S ].3
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陈锋,蔡少杰,李庆云,等.高效液相色谱法测定水中酸性除草剂灭草松和2,4-滴[J ].分析试验室,2008.27(增刊):286-288.
6薛罡,杨林,龚清杰,等.高效液相色谱法测定水中微囊藻毒素[J ].中国给水排水,2009.25(22):90-92.
7刘健明,莫婉湫,陈明.柱后衍生-高效液相色谱法测定水中呋喃丹和甲萘威[J ].理化检验:化学分册,2011,47(5):580-582.8张凌云,徐荣,刘波,卢益新.固相萃取-高效液相色谱法测定水中呋喃丹[J ].城镇供水,2008.04(1):59-61
9巢猛,陈明,刘建明.水中呋喃丹的固相萃取-高效液相色谱测定法[J ].环境与健康杂志,2008,25(2):153-154
10
GBT 27404-2008实验室质量控制规范食品理化检测[S ].
在焚烧环境中加入碱性吸附剂控制燃烧产生的酸性气体,尤其是HCl 浓度,也可以用来抑制二噁英的生成。

但是PCDD/Fs 的生成并不强烈依赖于HCl 浓度,因而其降低PCDD/Fs 排放的效果有限。

3.2末端控制技术
对焚烧后产生的烟气进行治理技术统称为末端控制技
术。

为了对焚烧后的产生的含有飞灰、NOx 和SO 2等污染物的烟气进行处理已达到排放标准,在焚烧系统的末端通常会配备一系列的烟气净化系统,该系统中的多种设备会对控制烟气中PCDD/Fs 的排放起到一定的作用,从而达到二噁英达标排放的目的。

这些设备主要包括了除尘设备,脱硫设备,脱硝设备,活性炭吸附设备,催化滤袋设备等。

除尘设备,包括布袋除尘器、静电除尘器等。

烟气中的飞灰通常可以吸附大量的PCDD/Fs ,而这些吸附着PCDD/Fs 的飞灰通过除尘器的作用被大量捕集,因此,通过提高除尘器的除尘效率,减少飞灰排放可以有效降低PCDD/Fs 的末端排放;脱硫设备,包括干法脱硫、半干法脱硫或者湿法脱硫等。

通过脱硫塔的脱硫作用可以将烟气中的部分PCDD/Fs 吸附洗涤下来,因此脱硫塔对于烟气中的PCDD/Fs 同样存在着一定的去除作用;脱硝设备,SCR 反应器中的催化剂在一定温度下可直接破坏PCDD/Fs 的分子结构,将其转化为H 2O 、CO 2和HCl 等小分子,减少其排放;活性炭吸附设备,通过在烟气中喷加活性炭或使用固定床活性炭对烟气中的PCDD/Fs 进行吸附固定;催化滤袋设备,这一设备结合了脱硝反应器和除尘器的优势,破坏气/固相PCDD/Fs 分子的同时又可捕集飞灰中的PCDD/Fs ,从而全面降低尾气中PCDD/Fs 的排放量。

在上述各种PCDD/Fs 末端控制措施中,目前工业上最常使用的是活性炭吸附技术,其应用方式主要有3种:移动床、固定床和携带流喷射结合布袋除尘。

活性炭吸附工艺技术简单,安装方便,且脱除效率也较高,但此工艺需消耗大量的活性炭,大大增加了尾气处理成本;另一方面活性炭吸附仅仅是将气相二噁英转移至固相吸附剂中,不能彻底去除,经过布袋捕集后的活性炭需要进行进一步处置,加重企业危废处理成本。

4结束语
随着我国城镇化水平的不断提高和城市人口数量的不
断增加,垃圾产生量也日益提高。

垃圾焚烧以其垃圾减容、减量效果显著的优势将逐渐成为我国最主流的垃圾处理方式。

解决垃圾焚烧二噁英污染的治理问题,对于垃圾焚烧的广泛应用具有重要的现实意义。

只有确保垃圾焚烧烟气中二噁英的达标排放,才能使垃圾焚烧实现经济、社会、环境效益和谐共赢。

参考文献
1
P.S.Kulkarni ,J.G.Crespo ,C.A.Afonso ,Dioxins sources and current re ⁃mediation technologies -a
review ,Environment
international ,34
(2008)139-153.2曹玉春,严建华,李晓东,等.垃圾焚烧炉中二噁英生成机理的研究进展[J ].3邓高峰,郭亮.垃圾焚烧中PCDD/Fs 的检测[J ].环境保护,2000(6):23-25.
4
KenJi Tagashira ,Isao Torii ,Kazuyuki Myouyou ,et bustion
characteristics and dioxin behavior of waste fired CFB [J ].Chemical Engineering Science.1999.54:5599-5607.
贵州电网公司计划在“十三五”期间投资500亿元进行电网改造升级,其中对农村电网改造的资金将超过250亿元。

以往贵州经济相对比较落后,特别是贫困地区用电更难,经济难以发展,“十三五”贵州决心改变农村用电难的状
况,配合国家的脱贫攻坚计划,加大改造农村电网,让农民都能用上电,让农村电力用电不再卡壳,让山美水美的贵州农村成为美丽的乡村。

贵州电网大力进行农村电网改造
计划指出:近年来我国清洁能源产业不断发展壮大,产业规模和技术水平跃上新台阶,为缓解能源资源约束和生态环境作出了突出的贡献,但近年来弃风、弃光、弃水等现象时有出现。

为此计划要求国家采取有力措施,力争到2020年确
保全国平均风电利用率达到国际先进水平(95%),光伏发电利用率高于95%,水能利用率高于95%,全国核电实现安全保障性消纳。

清洁能源消纳行动计划年发布。