城市生活垃圾焚烧产生的二恶英的防治措施

      近年来，随着人们生活水平的不断提高，生活垃圾的数量日渐增多。在我国，焚烧法作为一种有效的减容减量的垃圾处理手段，得到了日益广泛的运用。但垃圾在焚烧过程中会不可避免地产生二次污染，包括对环境危害极大的剧毒有机污染物二恶英（PCDD/Fs）。自从1977 年Ollie 等人在垃圾焚烧炉飞灰中检测到了二恶英开始[1]，对于垃圾焚烧炉中二恶英的形成和排放机理的研究在不断的开展和深入当中。对于垃圾焚烧过程中产生的有毒有机物二恶英的污染研究在国内还在起步阶段。本文将简述二恶英的危害、来源、形成机理，同时比较详细地比较和综述了二恶英在城市生活垃圾焚烧炉中燃烧过程之后的防治措施。

      1 PCDD/Fs 的毒性、危害及其来源

      1.1 PCDD/Fs 的毒性及危害

      本文主要讨论的是 PCDD/Fs，即多氯二苯并-对-二恶英（ polychlorinated dibenzo-p-dioxins ）和多氯二苯并呋喃（polychlorinated dibenzofurans），结构见图。

      PCDD/Fs 是一类毒性很强的三环芳香族有机化合物，由 2 个或1 个氧原子联接2 个被氯取代的苯环组成。PCDD/F 的毒性与氯原子取代的8 个位置有关， 2，3，7，8 四个共平面取代位置均有氯原子的PCDD/Fs 同系物异构体是有毒的。其中毒性最强的是2，3，7，8-四氯代二苯并-对-二恶英，对豚鼠的半数致死量（LD50）为1μg/kg 体重。

      PCDD/Fs 的化学稳定性极强。在环境中，PCDD/Fs 可通过食物链富积。1995 年，美国环境保护局公布的对 PCDD/Fs 的重新评价结果中指出，PCDD/Fs 不仅具有致癌性，还具有生殖毒性、内分泌毒性和免疫抑制作用，特别是其具有环境雌激素效应，可能造成男性雌性化。

      1.2 PCDD/Fs 的来源

      Nestrick 和Sheffield 等人的研究说明，森林和灌木起火是自然环境中PCDD/Fs 的一个重要来源。最近的调查显示美国每年森林火灾均产生二恶英0.2 kg I-TEQ 左右。

      化工生产过程也可以导致PCDD/Fs 的生成。五氯酚（PCP）及其钠盐的生产和使用是我国PCDD/Fs 的主要化学污染源。我国年产 PCP 及其钠盐（以钠盐为主）近万吨，据包志成等人的分析结果，我国工业五氯酚及其钠盐中都含有四至八氯取代的PCDDs 和PCDFs，特别是2,3,7,8-TCDD 和2,3,7,8-TCDF 含量较高。

      城市垃圾、工业化学废弃物、汽车燃料油以及家庭用煤和香烟的燃烧都会产生少量的PCDD/Fs。根据美国环保署 1994 年完成的评价报告，全美产生的PCDD/Fs 中来自垃圾焚烧的占3.5%，从日本对PCDD/Fs 排放量进行调查的结果来看，1990 年的PCDD/Fs 排放量为3940～8450 g(TEQ)，其中由垃圾焚烧排放出来的PCDD/Fs 为3100 ～ 7400 g(TEQ)，占PCDD/Fs 总排放量的80%～90%。2000 年欧洲的PCDD/Fs 排放量中，由生活垃圾焚烧排放出来的约为 412～506 g I-TEQ/y。

      2 PCDD/Fs 在城市生活垃圾焚烧炉（MSWI）中的形成机理

      针对 PCDD/Fs 从MSWI 中形成及排放机理的研究已有 20 多年，然而，对PCDD/Fs 的生成机理并未研究透彻。目前普遍接受的燃烧过程中PCDD/Fs 的排放来源有3 种主要机理：①燃料中本身含有的PCDD/Fs 在燃烧中未被破坏，存在于燃烧后的烟气中；②燃料不完全燃烧产生了一些与 PCDD/Fs 结构相似的环状前驱物（氯代芳香烃），这些前驱物通过分子的解构或重组生成 PCDD/Fs，即所谓的气相（均相）反应生成；③固体飞灰表面发生异相催化反应合成 PCDD/Fs，即飞灰中残碳、氧、氢、氯等在飞灰表面催化合成中间产物或PCDD/Fs，或气相中的前驱物在飞灰表面催化生成二恶英。

      3 PCDD/Fs 在城市生活垃圾焚烧炉（MSWI）中的防治措施

      根据 PCDD/Fs 在垃圾焚烧过程中形成的机理，其防治措施可分为燃烧前、燃烧中、燃烧后三类。为了在燃烧前尽可能降低PCDD/Fs 的生成几率，需要对原生垃圾进行分类、加工处理，尽可能减少垃圾中含氯有机物和重金属含量，将原生垃圾制成RDF 成品供垃圾焚烧厂使用。同时，选择合适的炉膛和炉排结构，改善垃圾焚烧炉内燃烧条件，提高垃圾焚烧厂锅炉的燃烧效率，减少不完全燃烧的前驱物和未燃尽碳，借此可以降低PCDD/Fs 在燃烧过程中的生成量。本文主要针对已生成的 PCDD/Fs 在燃烧区域后的排放控制，包括烟气、飞灰中PCDD/Fs 的脱除措施。

      3.1 从烟气中脱除PCDD/Fs

      (1) 采用布袋除尘器并结合活性炭吸附

      由于活性炭具有较大的比表面积，吸附能力很强，可以吸附PCDD/Fs。这种技术一般是在尾部烟道喷入活性炭，其工艺主要由吸收、解吸部分组成，有3 种形式：携流式(夹带式)、移动床和固定床。烟气进入含有活性炭的移动吸收塔，吸附PCDD/Fs，最后通过布袋除尘器的滤布时被脱除。有关实验表明，该种方法对PCDD/Fs 的脱除效率达到95% 以上。浙江大学陆胜勇博士根据循环流化床焚烧炉的有关运行参数，建立了夹带床和布袋滤层中的吸附效率模型，认为在循环流化床焚烧炉中飞灰充当吸附的主要载体，吸附效率与活性炭的特性相关性不大。

      该方法虽然可以达到较高的 PCDD/Fs 脱除率，但活性炭消耗量大，投资增加。由于PCDD/Fs 分子被强烈吸附在活性炭表面，需要采用新的吸附剂或再生工艺，以实现吸附 ——解吸循环操作。而且这种技术只是将烟气中的PCDD/Fs 转移到了固体残渣（如飞灰）中，对固体残渣还需进行处理。