樊彥玲，祝文，鄧偉

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垃圾焚燒煙氣中二噁英類物質脫除技術研究

樊彥玲，祝文，鄧偉

（西安西礦環(huán)?？萍加邢薰荆兾?西安 710075）

介紹了垃圾焚燒過程中二噁英類物質的生成機理及其理化特性，提出了二噁英類物質的控制途徑，為垃圾焚燒煙氣中二噁英類物質脫除提供了理論依據和技術支持。

垃圾焚燒；二噁英；有機污染物；垃圾焚燒

1 概述

二噁英類物質是一種性質穩(wěn)定的持久性有機污染物，有“世紀之毒”之稱。由于我國垃圾分類意識和相關法律制度的缺失，國內垃圾焚燒企業(yè)二噁英類物質的排放比例可能會更高。二噁英類物質毒性嚴重，具有生物體內富集性，危害極大，如果不選用合適的防治措施，將對周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴重的污染。

2 垃圾焚燒煙氣中的二噁英類物質

2.1 二噁英類物質的生成

二噁英類物質完全由人類活動產生，主要來自垃圾焚燒行業(yè)、造紙業(yè)、含氯工業(yè)以及含鉛汽油的生產和使用等，其中垃圾焚燒過程產生的二噁英類物質占總排放量的10%～40%以上。有研究結果表明，僅少量二噁英類物質由原生垃圾攜帶而來，大部分來源于焚燒過程。一般認為有3種機理：①高溫合成。焚燒爐內局部空間形成短暫缺氧，此時部分有機物與氯化氫發(fā)生反應，合成PCDD/Fs。有研究結果顯示，塑料含氯量在2.7%以下時，二噁英類物質的生產量幾乎沒什么區(qū)別，但含氯量一旦大于3.9%時，生成量可迅速增加10倍以上。②低溫合成。由于不完全燃燒產生的大分子碳與飛灰中的有機或無機氯，在氧化條件和某些金屬的催化作用下，200～350 ℃范圍內即可合成微量的PCDD/Fs。③前驅物合成。二噁英類物質熱穩(wěn)定性好，在溫度大于500 ℃時才被降解，大于1 000 ℃時才被分解，焚燒爐內溫度小于850 ℃時因上一步生成的二噁英類物質得不到徹底分解，形成大分子碳和聚氯乙烯、聚氯亞乙烯、聚氯樹脂等二噁英類物質的前驅體，從而為低溫合成二噁英類物質提供了原料。

2.2 二噁英類物質的理化特性

二噁英類物質包括多氯代二苯并二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）2類物質，均含有2個氯代芳香環(huán)和1個氧雜環(huán)。二噁英類物質的蒸氣壓很低，25 ℃時僅為2.3×10-4Pa，熔點為305 ℃，在水中的溶解度僅為0.2 ng/L，熱穩(wěn)定性好，超過1 000 ℃才被分解破壞。二噁英類物質具有親脂性且難溶于水，毒性強且具有生物體內富集性，生物降解能力差。全國每年約有5 kg二噁英類物質被排放到環(huán)境中，其中2，3，7，8-四氯二苯并二噁英為人類已知毒性最強的污染物，1盎司（28.35 g）即可毒殺1 000 000人。二噁英類物質是混合物，國際上常把同類物折算成2，3，7，8-四氯二苯并二噁英的量來表示，稱為國際毒性當量TEQ，《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）規(guī)定，二噁英類物質的排放限制為0.1 ng-TEQ/Nm3。目前，二噁英類物質劇毒的檢測尚無法實現(xiàn)在線檢測，一般是將樣品送至實驗室離線檢測分析，檢測頻率為每年1或2次。

3 二噁英類物質的控制

3.1 入爐前垃圾分類

可將垃圾中含有的塑料、織物等成分進行有效分選，控制入爐的氯量；采用磁選或重選等方法將金屬、玻璃、磚塊等不燃物去除；廚余垃圾單獨送至生物堆肥，將成分簡單的高熱值垃圾送至焚燒爐，提高蒸汽量的同時減少有害物質的生成。

3.2 控制燃燒條件

在燃燒溫度大于850 ℃的條件下，煙氣含氧率保持在6%～8%，合理控制助燃空氣的風量、溫度和注入位置，加強爐內湍流度，延長焚燒煙氣在爐內的停留時間（大于2 s）可以有效降低爐內二噁英類物質的生成。另外，從焚燒爐出來的煙氣在短時間內急劇下降至150 ℃以下，可有效遏制二噁英類物質的再生成。參與二噁英類物質合成的氯源主要以Cl2或HCl的形式存在，通過加入堿性物質將焚燒中產生的Cl-提前固定下來?？梢允笴l-固定下來的主要有硫及硫化物、用于爐內脫硝的尿素等氮氧化物及石灰等堿性氧化物。其中，硫化物不僅可以固定Cl-，還能與爐內飛灰中催化二噁英生成的CuO等物質反應，降低飛灰的催化能力。有研究結果表明，加入白云石后，二噁英生成量可減少94%.

3.3 二噁英類物質傳統(tǒng)控制工藝

活性炭吸附法去除二噁英類物質。目前，國內垃圾焚燒企業(yè)絕大多數采用活性炭噴射吸附法+布袋除塵器+飛灰穩(wěn)定技術的組合工藝控制二噁英類物質的排放濃度，通常將活性炭粉噴射入煙道氣中，吸附了二噁英類物質的活性炭被布袋除塵器捕集后進入飛灰穩(wěn)定系統(tǒng)，凈化后煙氣從煙囪排放。有研究結果表明，活性炭的噴入量達到0.5 kg/t垃圾，二噁英類物質排放濃度可滿足0.1 ng-TEQ/Nm3的國家排放濃度限值要求。

3.4 二噁英類物質新控制工藝

3.4.1 電子束分解技術

采用加速器產生高能電子束作用于焚燒煙氣，絕大部分能量被煙氣中的O2、N2、H2O等成分吸收后產生活性粒子，進而破壞二噁英類物質的化學鍵，將其分解為小分子物質。該技術會大大增加投資和運行成本，目前尚未實現(xiàn)工業(yè)應用。

3.4.2 光催化技術

該技術主要利用了半導體材料，可以使二噁英類物質吸收光能后化學鍵斷裂的速度加快，進而將其分解去除。該過程的本質是TiO2在吸收光能后容易產生電子和空穴對，空穴易與二氧化鈦表面吸附的水和氫氧根反應生產強氧化性羥基。該羥基的反應足以破壞二噁英類物質中的各類化學鍵，使其最終分解為CO2、H2O和HCl等小分子物質。該技術目前尚停留在理論研究階段，還需要在光響應范圍、載體回收利用和光能利用率方面加大研究力度，推進工業(yè)化進程。

3.4.3 催化分解技術

二噁英類物質在SCR脫硝催化劑表面上被催化分解，其分解率可高達99.9%.二噁英類物質的分解要求SCR脫硝的運行溫度低于275 ℃，高于275 ℃的反應溫度會促使二噁英類物質的再生成；煙溫在275～300 ℃，二噁英類物質的分解速度依然大于生成速率，然而其脫除效率已經降低；煙溫高于300 ℃，且煙氣中存在碳氫化合物及HCl時，SCR出口的二噁英類物質濃度將大于SCR入口濃度。由于國內催化劑性能（尤其是低溫性能）還需進一步優(yōu)化，該技術目前尚未進入工業(yè)應用。

4 結束語

焚燒技術在解決城市生活垃圾污染問題上具有其他技術無可比擬的優(yōu)勢，能否有效解決垃圾焚燒技術帶來的二次污染問題是制約該技術發(fā)展的決定性因素之一?；钚蕴繃娚湮椒?布袋除塵器+飛灰穩(wěn)定技術的傳統(tǒng)組合工藝能有效控制二噁英類物質的排放濃度，但該技術只是將二噁英類物質吸附捕集并未分解，即沒有從根本上解決污染問題。而電子束分解技術、光催化技術和催化分解技術能將二噁英類物質降解為小分子，因此，我國尚需繼續(xù)研發(fā)二噁英類物質脫除新技術，為新技術的工業(yè)應用提供理論依據和技術支持。

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2095－6835（2018）21－0075－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.21.075

〔編輯：張思楠〕