二噁英在垃圾焚烧过程中的产生与控制

      焚烧法处理并利用其余热发电或供热是按“三化” 原则处理城市垃圾最有前途的方法, 但垃圾焚烧厂的兴建和长期运行带来二次污染问题, 尤其是焚烧过程中产生的二噁英的污染已引起全世界的关注。据统计, 在全球范围内, 由垃圾焚烧炉排放出的二噁英约占二噁英总排放量的10%～40%。我国政府制定二噁英排放的标准为1ngTEQ/m3 并于2003 年6 月1 日起在全国范围内实行, 而世界发达国家如日本、瑞士等国家二噁英排放标准为0.1ngTEQ/ m3。因此, 在垃圾焚烧过程中, 必须采取有效的措施严格控制二噁英的产生和排放。

      1 二噁英的结构性质和危害

      1.1 二噁英的结构性质

      二噁英(Dioxin) 是一种毒性极强的特殊有机化合物, 主要包括多氯代二苯并二噁英( PCDDs ) 和多氯代二苯并呋喃( PCDFs ) , 它们分别有75 种和135 种同族体。其中以2, 3, 7, 8 四氯二苯二噁英( TCDD) 毒性最大, 其毒性比氰化物大1000 倍, 比马钱子碱大500 倍, 是目前人类发现的毒性最强的物质, 毒性当量因子定为 1。

      二噁英具有亲脂性及化学稳定性, 700°C 以上才开始分解, 易在土壤和生物体内沉积, 在土壤中降解的半衰期为12 年, 在空气中光化学分解的半衰期为8.3 天, 在人体内的半衰期平均为7 年, 可以通过食物链中的脂质发生转移和生物富集。另外, 二噁英蒸气压很低, 在标准状态下低于7.2×10-6Pa , 在一般环境温度下不易从表面挥发。

      1.2 二噁英的危害

      二噁英主要污染空气、土壤和水体, 进而污染动物、植物和水生生物。人主要是通过空气、饮水、食物而受害。据调查, 人类90%以上的受害来自于膳食, 其中动物性食品是主要来源。二噁英能够导致严重的皮肤损伤性疾病, 具有强烈的致癌、致畸作用。1997 年世界卫生组织国际癌症研究中心将其列为一级致癌物, 同时它还具有生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性。如果人体短时间暴露于较高浓度的二噁英中, 就可能导致皮肤损伤, 如出现氯痤疮及皮肤黑斑, 还使肝功能产生病变。如果长期暴露则会对免疫系统、发育中的神经系统、内分泌系统和生殖功能造成损害。研究表明, 暴露于高浓度二噁英环境下的工人其癌症死亡率比普通人群高60 个百分点。部分国家规定的二噁英日允许摄入量( TDI) 如表1 所示。

      2 二噁英在垃圾焚烧过程中的产生

      一般认为, 有氯和金属元素存在条件下的有机物燃烧均会产生二噁英。通过分析发现, 城市生活垃圾中含有大量的有机氯化物( 如聚氯乙烯塑料、氯苯等) 和无机氯化物( 如氯化钠、氯化镁等) , 其中有机物的含量达到20%～50%, 这促使城市生活垃圾焚烧过程中产生的二噁英量最大, 其次为有毒有害废物焚烧。

      二噁英产生途径可归纳为两个方面: 一方面, 氯源 ( 如PVC、氯气、HCl 等) 、二噁英前驱物和反应催化剂 (Cu、Fe ) 的存在, 当炉膛温度低于850℃, 停留时间小于 2s 时, 部分有机物就会与分子氯或氯游离基反应生成二噁英; 另一方面, 垃圾燃烧过程中和焚烧结束时, 由于燃烧条件的变化导致二噁英的重新生成。如垃圾燃烧不充分时, 烟气中存在过多的未燃尽物质, 当遇到适量的过渡性金属, 特别是铜, 在300～500℃的低温环境下, 使高温燃烧分解的二噁英重新生成。