在我国，采⽤焚烧法处理城市固体垃圾，逐渐得到推⼴和应⽤。然⽽焚烧带来的⼆次污染物，如⼆噁英、细颗粒、重⾦属、HCl以及SOx、NOx等也随之引起了⼴泛关注。本⽂对垃圾焚烧过程中各种⼆次污染物的产⽣机理及其控制⽅法进⾏了综述。并且指出近期我国城市固体垃圾焚烧烟⽓污染物的重点控制对象应为颗粒物、HCl、SOx和NOx。 ⼀、⼆噁英的⽣成机理与控制⽅法
周薄1.1⼆噁英的结构
⼆噁英是毒性很强的⼀类三环芳⾹族有机化合物，有2个或1个氧原⼦联接多个被氯取代的苯环，分别称为多氯⼆苯并⼆(PCDDs)和多氯⼆苯并呋喃(PCDFs)。每个苯环上可以取代1)4个氯原⼦，共有75个PCDD异构体和135个PCDF异构体[1]。各种异构体的毒性有所差异，其中毒性最强的是2, 3, 7, 8-四氯⼆苯并⼆噁英(2, 3, 7, 8-TCDD)。常温常压下PCDD/Fs 均为固体，熔点较⾼，通常在300e左右，难溶于⽔，易溶于脂肪，所以PCDD/Fs容易在⽣物体内积累。对PCDD/Fs的暴露会引起⽪肤痤疮、头痛、失聪、忧郁、失眠等症状。即使在很微量的情况下，长期摄取时也会致癌和致畸。
1.2 垃圾焚烧⼆噁英的形成
薄膜电晕处理机
⼀般认为，有氯和⾦属存在条件下的有机物燃烧均会产⽣⼆噁英。统计发现，城市⽣活垃圾焚烧产⽣的⼆量最多，其次是有害废弃物焚烧和医院废弃物焚烧等。1990年,⽇本/⼆0类发⽣总量为3940~8405 g TEQ/Y，主要发⽣源如表1所⽰。表1 ⼆主要发⽣源和发⽣量
城市⽣活垃圾中含有20%~50%的有机物，这些有机物中⼤多含有碳、氢、氧3种元素。城市⽣活垃圾分析结果表明，垃圾中氯元素的来源分为两类:⼀类是有机氯化物如聚氯⼄烯塑料(PVC)、氯苯和氯酚等，主要分布在废塑料、废纸、废⽊料以及草⽊中；另⼀类是⽆机的氯化物如氯化钠、氯化镁等，主要分布在厨余、灰⼟等⽆机组分中。这些都是构成垃圾焚烧产⽣⼆噁英的最基本要素。⼀般认为，垃圾焚烧产⽣⼆噁英主要有以下两个途径:(1)炉内⽣成：在燃烧过程中，若缺氧燃烧，会⽣成⼆噁英的前驱物，这些前驱物与垃圾中的氯化物、O2、O离⼦进⾏复杂化学反应,⽣成⼆噁英类物质;(2)尾部再度合成：不完全燃烧反应所⽣成的⼆噁英的前驱物以及垃圾中未燃尽的环烃物质，在烟尘中的Cu、Ni、Fe等⾦属粒⼦催化作⽤下，与烟⽓中的氯化物和发⽣反应,⽣成⼆噁英类物质，催化反应温度在300℃左右时，易⽣成⼆噁英类物质。
1.3⼆噁英的污染控制⽅法
1.3.1 改进燃烧技术
采⽤/3T0(turbulence、temperature、time)技术,⼀般温度>850e，停留时间>2s，采⽤⼆次风，使燃烧物与空⽓充分搅拌混合，造成富氧燃烧状态，减少⼆前驱物的⽣成。⽇本某垃圾焚烧⼚采⽤/3T0技术，使焚烧炉出⼝PCDD/Fs的排放量从33.1
ng/m3下降到6.1 ng/m3，效果⼗分明显。也可采⽤分段燃烧,⼀段燃烧处于缺氧还原区，所产⽣的⼆噁英类物质在⼆次燃烧室内彻底氧化分解,⼆次燃烧室内温度较⾼，通常在1000e以上，有研究表明,⼆噁英去除率可达99.9999%。另外，有报道显⽰，采⽤流化床燃烧⽅式，由于能够很好地满⾜/3T0技术，可使⼆噁英排放量减少98%。
1.3.2 废⽓处理技术
在实现完全燃烧降低⼆噁英的前驱物合成后，下⾯要解决的是残存的前驱物重新合成和⽣成的⼆噁英捕集的问题。通常采⽤降低排烟温度，使⽓相中的⼆噁英转移到灰相中，然后使⽤布袋除尘器将⼆噁英除去。实验数据已证明，降低温度在抑制⼆噁英类物质的重新⽣成和提⾼吸附捕集效率两⽅⾯均很有效。控制袋式除尘器的⼊⼝温度在150e以下，由于合成⼆噁英类物质的催化反应温度为300e左右，因此其前驱物不可能在布袋式除尘器中催化合成⼆噁英物质。布袋除尘器在⼯作时，在滤布表⾯会形成颗粒层，废⽓中的⼆噁英类物质通过该层被吸附脱除，被吸附的⼆噁英类物质排⾄灰渣处理系统中。与袋式除尘器不同，若静电除尘器的⼊⼝温度在300℃左右，残存的前驱物重新合成⼆噁英。所
以现在⼀般要求采⽤布袋除尘器。该项技术已应⽤于实际设备，取得显著效果。当排烟中微⼩粒⼦较少时，该处理⽅法效果下降，这时可采⽤喷射中和酸性⽓体成分(HCl、SOx)的熟⽯灰或⽯灰浆，与布袋除尘系统联合使⽤，该系统去除⼆⼗分有效。也可在布袋除尘器前喷射活性炭粉末，它具有较⼤的⽐表⾯积，吸附能⼒较强，在排烟温度<220e，活性炭的添加量为飞灰量的5%~6%时，与布袋除尘器联合使⽤,⼆噁英的去除率在95%以上，采⽤喷射熟⽯灰或⽯灰浆和活性炭粉末去除HCl、SOx和⼆噁英⽐较适合我国国情。
研究表明，去除烟⽓中的⼆噁英可以使⽤能够同时使⼆和NOx分解的触媒，触媒材料为V2O5/TiO2。当烟⽓⼊⼝温度在200e左右时,⼆噁英去除率⾼达90%以上。最近的试验结果表明，在烟温410℃和670℃之间喷NH3、SO2、⼆甲胺、
200e左右时,⼆噁英去除率⾼达90%以上。最近的试验结果表明，在烟温410℃和670℃之间喷NH3、SO2、⼆甲胺、(CH3)NH和甲硫醇(CH3SH)等物质，颗粒相⼆噁英的去除率可达98%,⼆噁英总去除率达42%~78%。旋转连接
1.3.3 灰渣熔融处理技术
通过改进燃烧和废⽓处理技术，最⼤限度减少排⼊⼤⽓的⼆噁英类物质的量，被吸附的⼆噁英类物质随颗粒⼀起进⼊灰渣系统中，所以灰渣中的⼆噁英的量⽐⼤⽓中的⼆噁英的量多得多。熔融处理技术
是通常的灰渣处理技术，将灰渣送⼊温度为1200℃以上的熔化炉内熔化，灰渣中的⼆类物质在⾼温下，被迅速分解和燃烧。实验证明，通过灰渣熔融处理过
后,PCDD/PCDF的分解率达99.77%。因此，灰渣熔融处理技术是⼀种较为有效的灰渣处理⼿段。
⼆、 HCl的⽣成机理与控制⽅法
常温下,HCl为⽆⾊⽓体，有刺激性⽓味，极易溶于⽔⽽形成盐酸。HCl对⼈体的危害很⼤，对于植物,HCl会导致叶⼦褪绿，进⽽出现变黄、棕、红⾄⿊⾊的坏死现象。HCl对余热锅炉会造成过热器⾼温腐蚀和尾部受热⾯的低温腐蚀，例如深圳市垃圾焚烧炉过热器曾经只运⾏100 d就被HCl⾼温腐蚀损毁。
2.1 HCl的⽣成机理
⼀般认为垃圾焚烧炉烟⽓中HCl的来源有两个:
（1）垃圾中的有机氯，如PVC塑料、橡胶、⽪⾰等燃烧时分解⽣成HCl;
(2) 垃圾中的⽆机氯化物如NaCl(来⾃厨房垃圾)与其他物质反应⽣成HCl，化学反应为:
H2O+2NaCl+SO2+0.5O2yNa2SO4+2HCl{(1)
2NaCl +mSiO2+ H2O = 2HCl + Na2O#mSiO2(2)(其中m=2, 4)
H2O+MgCl2+SO2+0.5O2yMgSO4+2HCl{(3)
2.2 HCl的脱除⽅法
2.2.1 抑制燃烧时HCl的⽣成量
Courtemanche等研究发现，在850~1050e炉温范围内，向炉内喷⼊磨碎的氢氧化钙、氢氧化镁、醋酸钙、醋酸镁、醋酸镁钙、甲酸钙、丙酸钙和苯甲酸钙粉等吸收剂时，可以减少HCl的⽣成量,HCl的脱除率为98%。⽂献也介绍了向炉内喷氨减少HCl的⽅法。
2.2.2 采⽤HCl烟⽓处理装置
⼲式系统：烟⽓和吸收剂在吸收塔内反应脱除HCl。吸收剂采⽤Ca(OH)2。Ca(OH)2吸收剂在反应塔内脱除HCl的反应为:
Ca(OH)2+2HClyCaCl2+2H2O(4)
半⼲式系统:⽯灰浆在喷雾吸收反应塔内被雾化，雾滴与热烟⽓相接触，经过复杂的传热传质反应过程,
HCl被脱除，脱除率较⼲式系统⾼，但成本也相应提⾼。湿式系统：烟⽓先经过布袋除尘器或静电除尘器后再进⼊湿式洗涤塔，脱除HCl的反应同式(4)。该系统HCl脱除率最⾼，但成本也最⾼。烟⽓悬浮吸收系统(gas suspension absorber,GSA)是⽓态污染物净化设备，是以循环流化床技术为基础的烟⽓净化装置,⼴泛应⽤于垃圾焚烧炉⽓态污染物的控制。将未处理的焚烧烟⽓引⼊⽂丘⾥管，借助于⽂⽒管内的喷嘴使Ca(OH)2⼲粉和⽔或⽯灰浆雾化后喷注于烟⽓中，在⽓体⾼度紊流状态下，使⽓固混合达到均匀状态后进⼊循环流化床内。GSA内/固-⽓0⽐的平均范围约为0.5~1kg/m3,⼤量的吸收剂固体粒⼦在GSA内处于/流化0状态，与烟⽓中的酸性⽓体发⽣化学反应，净化后的烟⽓夹带着固体粒⼦进⼊旋风分离器，分离下来的吸收剂通过给料装置回送⾄反应塔(GSA)内，实现物料循环。该系统造价是湿式系统的60%。
三、细颗粒和重⾦属污染物的控制
垃圾破碎和燃烧过程中会产⽣⼤量的细颗粒，颗粒的粒径⼤⼩是决定其毒性作⽤的主要因素。实验表明,⼩于1.1Lm的颗粒
垃圾破碎和燃烧过程中会产⽣⼤量的细颗粒，颗粒的粒径⼤⼩是决定其毒性作⽤的主要因素。实验表明,⼩于1.1Lm的颗粒很容易进⼊肺泡，被吸附在细颗粒上的有害物质会被⼈体吸收到⾎液中，颗粒粒径愈⼩，致突变活性愈⾼。细颗粒中含重⾦属元素包括Hg、Pd、Cd、Cr、Cu、Ni、Zn、Mn等，在
这些污染物中含有为数可观的致癌、致突变、致畸化合物和若⼲有毒有害化学成分。对⼈体危害⼤的元素主要集中在⼩于3Lm的颗粒物中。所以，只要除掉烟⽓中的细颗粒，就能减少重⾦属的危害。
影视创意制作表2 GAS⽤于丹麦Kara 4号垃圾焚烧炉的测量结果
名称单位进⼝浓度出⼝浓度去除率(%)
HCl mg/m3(11%O2)/9/
f型钢SO2mg/m3(11%O2)/51/
HF mg/m3(11%O2)/0.2/
汞化物mg/m3(11%O2)0.1220.00794
⼆噁英ng-TEQ/m32.20.002499.1
国内外对垃圾焚烧重⾦属污染的控制研究⼤致可分焚烧前控制、焚烧过程中控制以及焚烧后控制三⽅⾯。
焚烧前控制: 将垃圾分类分拣，将重⾦属浓度含量较⾼的废旧电池及电器、杂质等从原⽣垃圾中分拣
出，可以⼤⼤减少垃圾焚烧产物中汞、铅和镉的含量。
焚烧过程中控制：主要是采⽤控制空⽓燃烧法(CAO)，即将垃圾在600~650e左右的⼀燃室热解、⽓化和固定碳燃烧，这样重⾦属不会升华,⽽保留在灰中。在⼆燃室中可燃⽓体在⾼温下燃尽，从⽽在燃烧过程中降低重⾦属的排放。
焚烧后控制：通常去除重⾦属污染的⽅法有:
(1)降温使重⾦属⾃然凝聚成核或冷凝成粒状物后被除尘设备捕集;
(2)喷射诸如活性炭等粉末，吸附重⾦属形成较⼤颗粒⽽被除尘设备捕集;
(3)催化转变，改变重⾦属种类，使饱和温度低的重⾦属元素形成饱和温度⾼的且较易凝结的氧化物或络合物，被除尘设备捕集;
(4)将尾⽓通过湿式洗涤塔，去除其中⽔溶性的重⾦属化合物。对于汞的吸附⽬前应⽤较多的⽅法就是向烟⽓中喷⼊特殊试剂，如向烟⽓中逆喷Na2S形成HgS，因其不溶，颗粒⼤⽽较易捕获，汞去除率达60%~90%。另外⼀种⽬前较为成熟、应⽤最多的控制技术是，向烟⽓中喷⼊粉末状活性炭，其吸附机理为:⽓体分⼦向炭基体扩散，由于分⼦间范德华⼒的作⽤,⽽将这些扩散来的分⼦保留在表⾯，其脱除汞的效率达90%。对于焚烧炉中底灰、除尘器中的飞灰、烟囱残留灰以及湿式洗涤后所产⽣的污
⽔中含有⼤量的重⾦属，会重新进⼊环境⽽造成⼆次污染。⽬前处理灰的⽅法主要有:⽔泥固化处理法、熔融固化处理法、药剂处理法及酸提出处理法等。
四、其他污染物(SOx、NOx)的⽣成与控制
SOx通常是由垃圾中含硫化物焚烧氧化时产⽣，另外,⼀些垃圾焚烧炉需要燃煤为辅助燃料以稳定燃烧，这也造成较多的SOx产⽣。SOx⼤部分是SO2，对⼤⽓污染危害较⼤。燃烧尾⽓中的这些有害⽓体通常采⽤碱性介质吸收法，最常⽤的吸收剂为消⽯灰，常⽤的⽅法有湿法、⼲法和半⼲法三种，如HCl烟⽓处理装置相同。NOx主要来⾃垃圾中的有机氮的氧化。⼀般NO在NOx中所占的⽐例为95%以上。⽬前，可采⽤多种措施来减少NOx的排放，这些措施主要分为两类:气浮转台
(1)燃烧控制，主要是分级燃烧和喷氨或尿素;
(2)燃烧后尾⽓处理措施，通常采⽤选择性催化还原法(SCR)、选择性⾮催化还原法(SNCR)以及氧化吸收法等多种形式。SCR法是在催化剂存在的条件下,NOx被还原剂(⼀般为氨)还原为对环境⽆害的N2的净化⽅法。由于催化剂的作⽤，该反应在不⾼于400e的条件下即可完成。SCR法除了具有脱硝功能外，对⼆和HCl也具有较⾼的脱除率。⽇本和欧洲⼀些国家的垃圾焚烧电站⼤多加装了SCR脱硝装置。著名的奥地利斯⽪提拉垃圾焚烧发电⼚加装了SCR脱硝装置后,⼆的脱除率>95%, HCl脱除率>98%,SOx脱除率>95%。
五、结论
垃圾焚烧产⽣的⼆次污染是⽬前国内外共同关注的问题，也是垃圾能源化利⽤的关键所在。本⽂综述了垃圾焚烧过程中各种污染物的形成机理，并且分别介绍了它们的控制⽅法。⽣活垃圾的成分决定了焚烧烟⽓中污染物的原始浓度，我国的⽣
种污染物的形成机理，并且分别介绍了它们的控制⽅法。⽣活垃圾的成分决定了焚烧烟⽓中污染物的原始浓度，我国的⽣活垃圾成分不同于国外，所以焚烧⼚的烟⽓净化⽅案应根据具体情况并参考国外技术来确定。近期内我国⽣活垃圾焚烧烟⽓污染物的重点控制对象应为颗粒物、HCl、SOx和NOx，并尽可能减少有机氯化物和重⾦属的排放。
编辑：君君.环评互联⽹
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议