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城市生活垃圾焚燒過程中二次污染物的生成與控制

在我國,采用焚燒法處理城市固體垃圾,逐漸得到推廣和應用。然而焚燒帶來的二次污染物,如二噁英、細顆粒、重金屬、HCl以及SOx、NOx等也隨之引起了廣泛關注。本文對垃圾焚燒過程中各種二次污染物的產(chǎn)生機理及其控制方法進行了綜述。并且指出近期我國城市固體垃圾焚燒煙氣污染物的重點控制對象應為顆粒物、HCl、SOx和NOx。天禹智控研發(fā)的氣體在線監(jiān)測設備可實時在線監(jiān)測氣體成分濃度，對垃圾焚燒過程有著重要的意義。 一、二噁英的生成機理與控制方法 1.1二噁英的結(jié)構(gòu) 二噁英是毒性很強的一類三環(huán)芳香族有機化合物,有2個或1個氧原子聯(lián)接多個被氯取代的苯環(huán),分別稱為多氯二-并二(PCDDs)和多氯二-并呋喃(PCDFs)。每個苯環(huán)上可以取代1)4個氯原子,共有75個PCDD異構(gòu)體和135個PCDF異構(gòu)體[1]。各種異構(gòu)體的毒性有所差異,其中毒性*強的是2, 3, 7, 8-四氯二苯并二噁英(2, 3, 7, 8-TCDD)。常溫常壓下PCDD/Fs均為固體,熔點較高,通常在300e左右,難溶于水,易溶于脂肪,所以PCDD/Fs容易在生物體內(nèi)積累。對PCDD/Fs的暴露會引起皮膚*瘡、*痛、失聰、憂郁、*眠等癥狀。即使在很微量的情況下,長期攝取時也會致癌和致畸。 1.2 垃圾焚燒二噁英的形成 一般認為,有氯和金屬存在條件下的有機物燃燒均會產(chǎn)生二噁英。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),城市生活垃圾焚燒產(chǎn)生的二量*多,其次是有害廢棄物焚燒和醫(yī)院廢棄物焚燒等。1990年,日本/二0類發(fā)生總量為3940~8405 g TEQ/Y,主要發(fā)生源如表1所示。 表1 二主要發(fā)生源和發(fā)生量 發(fā)生源 發(fā)生量（g TEQ/Y） 城市垃圾焚燒 3100~7400 有害廢棄物焚燒 460 醫(yī)療廢棄物焚燒 80~240 帖冶煉 250 造紙廠漂白廢液焚燒 40 下水道污泥焚燒 5 城市生活垃圾中含有20%~50%的有機物,這些有機物中大多含有碳、氫、氧3種元素。城市生活垃圾分析結(jié)果表明,垃圾中氯元素的來源分為兩類:一類是有機氯化物如聚氯乙烯塑料(PVC)、氯*和氯酚等,主要分布在廢塑料、廢紙、廢木料以及草木中;另一類是無機的氯化物如氯化鈉、氯化鎂等,主要分布在廚余、灰土等無機組分中。這些都是構(gòu)成垃圾焚燒產(chǎn)生二噁英的*基本要素。一般認為,垃圾焚燒產(chǎn)生二噁英主要有以下兩個途徑:(1)爐內(nèi)生成:在燃燒過程中,若缺氧燃燒,會生成二噁英的前驅(qū)物,這些前驅(qū)物與垃圾中的氯化物、O2、O離子進行復雜化學反應,生成二噁英類物質(zhì);(2)尾部再度合成:不完全燃燒反應所生成的二噁英的前驅(qū)物以及垃圾中未燃盡的環(huán)烴物質(zhì),在煙塵中的Cu、Ni、Fe等金屬粒子催化作用下,與煙氣中的氯化物和發(fā)生反應,生成二噁英類物質(zhì),催化反應溫度在300℃左右時,易生成二噁英類物質(zhì)。 1.3二噁英的污染控制方法 1.3.1 改進燃燒技術 采用/3T0(turbulence、temperature、time)技術,一般溫度>850e,停留時間>2 s,采用二次風,使燃燒物與空氣充分攪拌混合,造成富氧燃燒狀態(tài),減少二前驅(qū)物的生成。日本某垃圾焚燒廠采用/3T0技術,使焚燒爐出口PCDD/Fs的排放量從33.1 ng/m3下降到6.1 ng/m3,效果十分明顯。也可采用分段燃燒,一段燃燒處于缺氧還原區(qū),所產(chǎn)生的二噁英類物質(zhì)在二次燃燒室內(nèi)徹底氧化分解,二次燃燒室內(nèi)溫度較高,通常在1000e以上,有研究表明,二噁英去除率可達99.9999%。另外,有報道顯示,采用流化床燃燒方式,由于能夠很好地滿足/3T0技術,可使二噁英排放量減少98%。 1.3.2 廢氣處理技術 在實現(xiàn)完全燃燒降低二噁英的前驅(qū)物合成后,下面要解決的是殘存的前驅(qū)物重新合成和生成的二噁英捕集的問題。通常采用降低排煙溫度,使氣相中的二噁英轉(zhuǎn)移到灰相中,然后使用布袋除塵器將二噁英除去。實驗數(shù)據(jù)已證*明,降低溫度在抑制二噁英類物質(zhì)的重新生成和提高吸附捕集效率兩方面均很有效。控制袋式除塵器的入口溫度在150e以下,由于合成二噁英類物質(zhì)的催化反應溫度為300e左右,因此其前驅(qū)物不可能在布袋式除塵器中催化合成二噁英物質(zhì)。布袋除塵器在工作時,在濾布表面會形成顆粒層,廢氣中的二噁英類物質(zhì)通過該層被吸附脫除,被吸附的二噁英類物質(zhì)排至灰渣處理系統(tǒng)中。與袋式除塵器不同,若靜電除塵器的入口溫度在300℃左右,殘存的前驅(qū)物重新合成二噁英。所以現(xiàn)在一般要求采用布袋除塵器。該項技術已應用于實際設備,取得顯著效果。當排煙中微小粒子較少時,該處理方法效果下降,這時可采用噴射中和酸性氣體成分(HCl、SOx)的熟石灰或石灰漿,與布袋除塵系統(tǒng)聯(lián)合使用,該系統(tǒng)去除二十分有效。也可在布袋除塵器前噴射活性炭粉末,它具有較大的比表面積,吸附能力較強,在排煙溫度

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