垃圾焚烧烟气污染物的形成及其危害垃圾焚烧烟气污染物以气态或固态形式存在,一般分为四类:酸性气态污染物、不完全燃烧的产物、颗粒污染物和重金属污染物。1 酸性气体焚烧烟气中的酸性气体主要由SOX 、NOX 、HCl 、HF 组成,均来源于相应垃圾组分的燃烧。SOX 由含硫化合物焚烧时氧化所致,大部分为SO2 。NOX 包括NO、NO2 、N2O3等,主要由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高温氧化生成。HCl 来源于垃圾中的有机氯化物和无机氯化物: (1) 含氯有机物如PVC 塑料、橡胶、皮革等高温燃烧时分解生成HCl ; (2) 大量的无机氯化物NaCl、MgCl2 等与其它物质反应也会产生HCl ,如: H2O +2NaCl + SO2 + 0. 5O2 →Na2 SO4 + 2HCl ,这是垃圾焚烧炉烟气中HCl 的主要来源。HF 由含氟塑料燃烧产生。各类酸性气体中,以HCl 的生成量最多,危害最大。常温下,HCl 为无气体,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,能腐蚀皮肤和粘膜,致使声音嘶哑,鼻粘膜溃疡,眼 角膜混浊,咳嗽直至咯血,严重者出现肺水肿以至死亡。对于植物,HCl 会导致叶子褪绿,进而出现变黄、棕、红至黑的坏死现象。焚烧产生的酸性气体除污染环,还会对焚烧炉膛及其配套的热能回收锅炉造成过热器高温腐蚀和尾部受热面的低温腐蚀。如深圳市垃圾焚烧炉过热器曾经仅运行100 天就被HCl高温腐蚀损毁。
2 微量有机化合物
主要是垃圾中的氯、碳水化合物等在特殊温度场和特殊触媒作用下反应生成的微量有机化合物,如多环芳烃(PAHs) 、多氯联苯( PCBs) 、甲醛、二恶英( PCDD) 及呋喃(PCDF) 等。
联合国环境规划署于20 世纪末公布的报告《焚化炉与人类健康》中指出,垃圾焚烧是二恶英的最大来源。估计在全球范围内,由垃圾焚烧炉排放出的二恶英约占总排放量的10 %～40 %。垃圾本身可能含有微量成分的二恶英,但主要是焚烧过程中形成的。二恶英形成途径可以归纳为: (1) 携带着过渡金属元素和有机氯化合物的垃圾在焚烧炉内高温分解后,能够产生分子氯和氯游离基以及各种二恶英的前驱物,它们通过分子重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过程形成二恶英; (2) 由于燃烧不充分,烟气中存在过多的未燃烬物质,如残碳,并与适量的触媒物质,主要是过渡金属,特别是铜,在300～500 ℃的温度环境下,使高温燃烧中已经分解的二恶英重新生成。
二恶英、呋喃等有机化合物在常温下稳定,难溶于水,易溶于脂肪并在生物体内积累,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。其中2 ,3 ,7 ,8 -四氯二苯并二恶英是目前人类发现的最毒的物质,其毒性相当于的1000 倍以上。我国于2003 年6 月1 日起实施的《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485 - 2001) 规定二恶英的排放标准为1. 0ng - TEQPm3 。3 重金属垃圾焚烧烟气中的金属化合物一般由垃圾中所含的金属氧化物和盐类组成。这些金属来源于垃圾中的油漆、电池、灯管、化学溶剂、废油、油墨等,其中含有汞、镉、铅等微量有害元素。重金属在焚烧过程中不能被生成和破坏,它们将发生迁移和转化,最后几乎以相同的数量排入环境,最终通过大气、饮水、食物等渠道为人体所摄取而造成危害。在焚烧过程中,挥发态的重金属及其化合物随着烟气离开焚烧区域后将经历冷凝过程,形成直径很小的颗粒,这些富集了有毒金属的细小颗粒会被排放到大气中,亦会一直停留在灰烬及其它残余物内。垃圾焚烧排放粉尘中所含的重金属主要存在于可吸入颗粒物中,这些粉尘可溶于水和酸中。重金属不能被微生物分解且能在生物体内富集,或形成其它毒性更强的化合物,对人体的组织 器官产生致癌、致变作用。目前随着空气污染控制技术的不断改良,除汞外焚烧炉烟气中的重金属含量已大为降低。然而,现代化焚烧炉所排放的重金属数量,仍有可能在环境和人体中累积起来。并且烟气中重金属的含量降低将意味着更多的重金属进入灰烬中,当灰烬随意被弃置时仍会造成环境污染。
4 烟尘
主要是烟气中夹带的不可燃物质及燃烧产物。垃圾中可燃组分因燃烧不完全会形成黑烟,黑烟中含有大量的碳粒子,对人体危害大的重金属主要集中于小于3μm 的颗粒物中。据资料介绍,在20 世纪70 年代中期,芝加哥地区垃圾焚烧炉排放的粉尘中含铅量达6. 9 %左右,其中粉尘粒度小于2μm 的固体铅含量大于95 %。由于一般存在于烟气的化合物,均同时包含于焚烧炉的灰烬和其它残余物内,故飞灰及底灰均需妥善处理。
除尘工艺
垃圾焚烧厂的粉尘控制可以采用静电分离、过滤、离心沉降及湿法洗涤等几种形式。常见的设备有电除尘器、布袋除尘器、文丘里洗涤器等。文丘里除尘器的能耗高且存在后续的水处理问题, 所以此处仅对静电除尘器和布袋除尘器进行比较。
1 静电除尘器静电除尘器内含有一系列交错组合之电极及集尘板。带有粒状污染物的烟气沿水平方向通过集尘区段, 其中粒状物受电场感应而带负电, 由于电场引力的影响, 被渐渐移动至集尘板而收集之。采用振打方式在集尘板上产生震动以震落吸附在集尘板上的粒状物, 落入底部的飞灰收集入灰斗内。振打频率可视操作状况而调整, 以维持良好的集尘效率。由于在振打过程中可能是附着于集尘板之粒状物再次被气体带起, 除尘器通常采用多电场方式,以提高除尘效率。2 袋式除尘器袋式除尘器可除去粒状污染物及重金属。袋式除尘器通常包含多组密闭集尘单元, 其中包含多个由笼骨支撑的滤袋。烟气由袋式除尘器下半部进入, 然后由下向上流动, 当含尘烟气流经滤袋时,粒状污染物被滤布过滤, 并附着在滤布上。滤袋清灰方法通常有下列三种: 反吹清灰法、摇动清除法及脉冲喷射清除法。清除下来的粉尘掉落至灰斗并被运走。在袋式除尘器的设计上, 气布比是非常重要的因素, 对投资费用及去除效率有决定性的影响。袋式除尘器的缺点是滤袋材质脆弱; 对烟气高温、化学腐蚀、堵塞及破裂等问题甚为敏感。80年代后, 各国致力于滤料技术开发, 尤其是聚四氟乙烯薄膜滤料( PTFE)在袋式除尘器上 的开发应用,使袋式除尘器上述弊端得以极大改观。薄膜式过滤袋利用薄膜表面, 以均匀微细的孔径, 取代传统的一次尘饼, 去除粉尘的效率非常高。由于薄膜本身的低表面摩擦系数、疏水性及耐温、抗化学特性,使过滤材料拥有极佳的捕集效果。袋式除尘器目前已广泛应用于新建的城市垃圾焚烧厂及老厂改造上。
随着环保要求的日益严格, 电除尘器不仅不能满足脱除有机物(二恶英等) 、重金属的需要, 同时也不能满足粉尘排放的要求, 所以, 现在已基本不再采用电除尘器作为焚烧垃圾厂的粉尘处理装置。GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》中明确规定生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用布袋除尘器。
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