湯 鈴,郭 靜,郭朋恒,李建暉,甘狄松,賈 敏,屈加豹,伯 鑫,7*

山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放清單及其環(huán)境影響

湯 鈴1,2,郭 靜1,郭朋恒3,李建暉4,甘狄松5,賈 敏1,屈加豹6,伯 鑫5,7*

(1.北京航空航天大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,北京 100191；2.中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院,北京 100190；3.云南高科環(huán)境保護科技有限公司,云南 昆明 650032；4.北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,北京 100029；5.北京化工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,北京 100029；6.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心,北京 100012；7.北京化工大學(xué)北化中國工業(yè)碳中和研究院,北京 100029)

基于2018年現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),以山東省為典型案例研究,綜合考慮現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模、爐型工藝及年垃圾焚燒量等因素,自下而上構(gòu)建山東省垃圾焚燒發(fā)電廠PCDD/Fs排放清單,并采用空氣質(zhì)量模型CALPUFF定量評估現(xiàn)狀及不同情景下垃圾焚燒PCDD/Fs排放及其環(huán)境影響.結(jié)果表明: PCDD/Fs排放因子范圍為24.68～290.90ng TEQ/t,平均值為75.11ng TEQ/t,年排放量為1.07g TEQ,排放因子、排放量均低于已有研究.從爐型維度分析: 爐排爐排放因子低于循環(huán)流化床,表明其PCDD/Fs排放控制水平較好;從空間分布維度分析:濰坊市,濟寧市和淄博市的垃圾焚燒量最大,其排放量與大氣模擬濃度也相對較高;從情景對比維度分析: 標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)、垃圾焚燒率提高的未來情景更符合山東省垃圾焚燒電廠的未來發(fā)展規(guī)劃要求,同時也可達到降低PCDD/Fs排放及其環(huán)境影響的目標(biāo);相比2018年基準(zhǔn)情景,該情景下的年排放量以及年均濃度貢獻將分別下降22.73%,24.19%.

垃圾焚燒；PCDD/Fs排放；排放清單；環(huán)境影響；排放因子

根據(jù)國家統(tǒng)計局最新數(shù)據(jù)顯示,截至2020年,我國生活垃圾焚燒產(chǎn)量達到2.35億t,日處理垃圾達到96.35萬t[1].垃圾焚燒處理方式因其具有節(jié)約土地、快速減少垃圾體量以及實現(xiàn)能源再生等優(yōu)點而被廣泛推崇[2-4].焚燒垃圾會產(chǎn)生二噁英(PCDD/Fs), 二噁英具有毒性高、穩(wěn)定性好、持續(xù)性久、難降解、易致癌等特點[5-9].已有研究表明,城市生活垃圾焚燒爐作為PCDD/Fs的主要排放源[10-11],大氣中約95%的PCDD/Fs來自城市生活垃圾的不完全燃燒[8].中國2014年修訂了生活垃圾焚燒排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18485-2014),進一步加嚴(yán)PCDD/Fs排放濃度限值到0.1ng TEQ/Nm3[12].山東省作為中國經(jīng)濟發(fā)達,人口眾多的東部沿海省份,其2020年垃圾焚燒量達到1476.73萬t,位居全國第三位,垃圾焚燒企業(yè)數(shù)量位居全國第一位[1].“十四五”規(guī)劃將進一步提高垃圾焚燒處理率到85%[13].因此,評估山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放及其環(huán)境影響具有十分重要的現(xiàn)實意義.

當(dāng)前國內(nèi)外開展關(guān)于垃圾焚燒行業(yè)大氣污染物的研究,主要集中在排放清單編制及其環(huán)境影響評估等方面[8,14-17].在清單編制方面,Tian等[8]和Zhou等[15]采用文獻調(diào)研的平均排放因子分別核算2003～2010年以及2015年中國垃圾焚燒行業(yè)二噁英排放水平;Fu等[16]同樣基于文獻調(diào)研的排放因子核算了2006～2017年的全國二噁英排放總量;陳露露等[18]基于2004年公布的二噁英總量推測了2016年各省的排放水平;楊艷艷等[19]基于現(xiàn)場實測法評估了2013年珠三角垃圾焚燒二噁英排放水平.相關(guān)研究普遍采用的排放因子大多數(shù)來源于2016年之前的文獻調(diào)研,難以反映新排放標(biāo)準(zhǔn)全面實施以及垃圾焚燒電廠管理水平大幅度提升所帶來的減排影響.此外,清單建立也是基于多種假設(shè)和間接參數(shù)(如理論設(shè)計處理規(guī)模、理論去除效率等)所計算的平均排放因子,難以反映排放個體的異質(zhì)性,排放量核算結(jié)果存在較大不確定性[20-23].在環(huán)境影響評估方面, Zhou等[15]利用基于數(shù)值計算的高斯煙羽模型模擬2015年中國垃圾焚燒電廠二噁英排放的環(huán)境影響;王超[24]和李敏[25]分別采用AERMOD、CALPUFF模型模擬了危廢焚燒廠PCDD/Fs排放的環(huán)境影響.相關(guān)垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放的大氣擴散模擬研究相對較少,更別提探究新標(biāo)準(zhǔn)實施對生活垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放的環(huán)境影響.

為了突破已有研究采用固定、過時、平均排放因子的局限,本研究采用2018年現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),計算基于企業(yè)維度的排放因子,并結(jié)合企業(yè)實際垃圾焚燒量,自下而上建立了山東省2018年生活垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放清單,以此評估新標(biāo)準(zhǔn)實施的有效性;同時,將山東省未來垃圾焚燒行業(yè)的管理政策、發(fā)展規(guī)劃納入到未來情景的排放預(yù)測之中,并利用CALPUFF大氣擴散模型分別評估了現(xiàn)狀情景及未來情景下山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放的環(huán)境影響.

1 研究方法

1.1 研究對象

圖1 2018年山東省垃圾焚燒廠空間分布

本研究基準(zhǔn)年為2018年,山東省垃圾焚燒企業(yè)分布如圖1所示.從企業(yè)分布來看,山東省垃圾焚燒企業(yè)數(shù)量為50家,居全國首位,主要分布在臨沂市,濰坊市和煙臺市,累計企業(yè)總數(shù)占到全省企業(yè)總數(shù)的34%.從垃圾焚燒規(guī)模來看,600～1200t/d的企業(yè)占比70%;從爐型技術(shù)來看,爐排爐占比為90%,其余為循環(huán)流化床;從活動水平來看,臨沂市年垃圾焚燒量最高,其次是濰坊市,煙臺市,青島市,累計焚燒量占到全省年垃圾焚燒總量的45%.

本研究所有企業(yè)位置信息來源排污許可、污染源連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)(continuous emissions monitoring systems, CEMS)、環(huán)境影響評價報告與環(huán)境影響評價驗收監(jiān)測報告等.為確保企業(yè)位置信息的準(zhǔn)確性,本研究采用百度地圖坐標(biāo)拾取技術(shù),結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、谷歌地球(Google Earth)位置識別以及人工目視檢驗,對企業(yè)經(jīng)緯度信息進行逐個校核.

1.2 清單編制方法

生活垃圾焚燒排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18485-2014)規(guī)定焚燒爐煙氣中PCDD/Fs濃度監(jiān)測應(yīng)每年至少監(jiān)測1次,其最終濃度為連續(xù)3次監(jiān)測值的算術(shù)平均值[12].根據(jù)環(huán)境影響評價竣工驗收報告,監(jiān)督性監(jiān)測(執(zhí)法監(jiān)測)報告、企業(yè)自主監(jiān)測報告中現(xiàn)場實測的煙氣PCDD/Fs濃度均值(該值可反映企業(yè)全年的PCDD/Fs排放水平),并結(jié)合環(huán)境統(tǒng)計中燃料類型,以及《第一次全國污染源普查工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》中各燃料類型理論煙氣量,按照式(1)計算PCDD/Fs排放因子;結(jié)合環(huán)境統(tǒng)計中的實際垃圾焚燒量以及自行調(diào)研的活動水平數(shù)據(jù),自下而上計算每個企業(yè)的PCDD/Fs年排放量,如公式(2).

1.3 數(shù)據(jù)質(zhì)控方法

本文結(jié)合傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)方法,并借鑒Tang等[20-22]和Bo等[23]數(shù)據(jù)質(zhì)控方法,對所收集的數(shù)據(jù)進行質(zhì)控分析,具體方法如下:

(1) 形成時間序列監(jiān)測數(shù)據(jù);對來源于竣工驗收、監(jiān)督性監(jiān)測或執(zhí)法監(jiān)測以及企業(yè)委托第三方監(jiān)測的同一焚燒爐PCDD/Fs濃度數(shù)據(jù),按照實地采樣監(jiān)測時間,整理形成PCDD/Fs監(jiān)測時間序列數(shù)據(jù);

(2) 剔除疑似異常數(shù)據(jù);根據(jù)統(tǒng)計學(xué)中平均值±2倍標(biāo)準(zhǔn)差方法,剔除不在此范圍內(nèi)的PCDD/Fs濃度數(shù)據(jù);

(3) 數(shù)據(jù)來源選用標(biāo)準(zhǔn);優(yōu)先使用監(jiān)督性監(jiān)測或執(zhí)法監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值作為清單核算的主要來源,其次采用企業(yè)竣工驗收監(jiān)測數(shù)據(jù);在監(jiān)督性監(jiān)測或執(zhí)法監(jiān)測數(shù)據(jù)、竣工驗收數(shù)據(jù)缺失時,采用企業(yè)委托第三方監(jiān)測數(shù)據(jù).

1.4 未來情景設(shè)置

結(jié)合生活垃圾焚燒行業(yè)“十四五”規(guī)劃以及部分省市(如海南[26],深圳[27])發(fā)布的最新排放標(biāo)準(zhǔn),以2018年為基準(zhǔn)情景,組合設(shè)置三種情景.情景1保持2018年活動水平不變,并加嚴(yán)排放限值到全省平均;情景2保持現(xiàn)狀排放水平不變,焚燒率提高到85%;情景3排放限值加嚴(yán)到全省平均,焚燒率提高到85%.

1.5 空氣質(zhì)量模型

CALPUFF空氣質(zhì)量模型為三維非穩(wěn)態(tài)拉格朗日擴散模式,可模擬從幾十米到幾百公里中等尺度范圍[28-30].目前已廣泛應(yīng)用于研究城市乃至區(qū)域尺度上污染物的擴散規(guī)律[31-37].

明代的纏枝紋包含了幾乎所有的纏枝紋飾，其中以無花果的枝葉作為表現(xiàn)主題，多以吉祥寓意為主。而這些纏枝技法都會根據(jù)花卉的名稱來命名，例如牡丹的纏枝紋叫作“纏枝牡丹紋”，有以蓮花、菊花等做的花頭稱作“纏枝四季花紋”，而有以人物或者走獸飛禽組成的稱作“人物鳥獸纏枝紋”。

本研究山東省2018年氣象數(shù)據(jù)為中尺度數(shù)據(jù)大氣模式WRF模擬提供的三維氣象場數(shù)據(jù);區(qū)域地形資料來自美國地質(zhì)勘探局,地形數(shù)據(jù)精度為90m,土地利用類型數(shù)據(jù)精度為30m[38].本研究建模考慮各垃圾焚燒爐的經(jīng)緯度及煙囪高度、出口溫度、煙氣流速、PCDD/Fs年排放量等信息,網(wǎng)格分辨率300m,東西向100個格點,南北向100個格點.本研究參考史夢雪等[39]采用PM10污染物代替PCDD/Fs進行模擬.由于PCDD/Fs是一種持久性有機污染物,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定[36],模擬暫不考慮PCDD/Fs的衰變與化學(xué)轉(zhuǎn)化機制[36].

1.6 不確定性分析

本研究使用蒙特卡羅模擬方法來計算排放清單計算的不確定性.蒙特卡羅模擬方法是通過產(chǎn)生隨機數(shù),表征相關(guān)運算參數(shù)(例如,活動水平和排放因子)的概率分布,并求解不同參數(shù)取值下對應(yīng)的排放量,獲取排放量的分布,從而確定其不確定性區(qū)間[40-42].目前,蒙特卡羅方法已成功被應(yīng)用于火電行業(yè)、鋼鐵行業(yè)以及水泥行業(yè)排放量不確定性分析中[20-22].本研究參考Tang等[20]和Bo等[23]所提出的方法,引入蒙特卡羅模擬進行不確定性分析,驗證排放清單的可靠性.首先,活動水平數(shù)據(jù)作為模型的重要輸入,在不確定性分析中需要考慮.因此,假設(shè)單位特定生產(chǎn)的概率服從正態(tài)分布,變異系數(shù)(CV)為5%[21,43].其次,采用統(tǒng)一排放系數(shù)的焚燒爐技術(shù)、垃圾組分、運行條件和設(shè)備運行參數(shù)也會產(chǎn)生不確定性.為保證PCDD/Fs檢測儀器的穩(wěn)定性,環(huán)境空氣和廢氣二噁英類的測定同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法(HJ77.2-2008)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儀器的穩(wěn)定性應(yīng)在±35%范圍內(nèi)[44].根據(jù)PCDD/Fs排放濃度和活動水平的各自分布生成隨機值,進行10,000次模擬,以2倍標(biāo)準(zhǔn)差估計排放量的不確定性范圍.

2 結(jié)果與討論

2.1 垃圾處理現(xiàn)狀

山東省生活垃圾的清運量從2002年的835.90萬t迅速增加到 2020年的1,673.94萬t,年增長率為3.93%(圖2).從增長趨勢來看,2005年到2014年,增速放緩(年增長率為0.02%),但從2014年以后呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢(9.74%),2019～2020年呈略微下降,一方面可能是由于新冠疫情影響,導(dǎo)致消費減少,影響生活垃圾清運量.另一方面,可能是由于《關(guān)于進一步推進生活垃圾分類工作的實施意見》要求濟南、青島、泰安等重點城市在2021年末基本建成生活垃圾分類處理系統(tǒng)[45],加大了垃圾回收的力度,導(dǎo)致生活垃圾清運量減少.此外,垃圾無害化處理量增長趨勢同清運量高度一致(=0.97,<0.01),從2002年的665.18萬t迅速增加到 2020年的1,673.94萬t,年增長率為5.26%(圖2).相應(yīng)地,垃圾無害化處理率從2002年79.58%增長到2020年100%,實現(xiàn)《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》所規(guī)定的“到2020年底全國各省市垃圾無害化處理率達到100%”目標(biāo)要求[46].

年份

圖3 山東省無害化處理時空演變趨勢(其中2006年部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失)

垃圾無害化處理方式主要包括填埋,焚燒和堆肥[47-49].從無害化處理能力來看,日無害化處理量從2002年的21241t增加到2020年的67636t,年增長率為6.65%(圖3).其中,填埋,焚燒以及堆肥年增長率分別為-0.85%,0.30%和26.20%.特別地,2020年垃圾焚燒無害化處理能力占比達到73.11%,填埋處理能力達到22.10%,堆肥處理能力僅達到4.79%.從無害化處理總量來看,無害化處理量從2002年的665.18 萬t增加到2020年的1673.94 萬t,年增長率為5.26%(圖3).其中,焚燒總量增長速度最快,年增長率達到30.90%,而填埋,堆肥處理量則有所下降,年增長率分別為-7.76%,-0.37%.從2013年開始,垃圾焚燒處理方式作為山東省主要的垃圾無害化處理方式,焚燒處理占比從2013年的43.47%增長到2020年的88.22%.其中,2018年焚燒量占比達到65.64%,已提前完成了《關(guān)于進一步加強城市生活垃圾焚燒處理工作的意見》所提到的“在2020年末山東省城市(含縣城)生活垃圾焚燒處理率要達到60%以上”目標(biāo)要求[50].同時,該意見也要求全省新上城市生活垃圾處理項目,一律選擇焚燒(發(fā)電)處理技術(shù).垃圾焚燒處理方式是山東省未來垃圾無害化處理方式的主流技術(shù)選擇.

2.2 排放因子分析

2018年山東省垃圾焚燒PCDD/Fs排放因子為24.68～290.90ng TEQ/t,5%～95%分位數(shù)為29.10～ 290.90ng TEQ/t,平均值為75.11ng TEQ/t(圖4).從爐型技術(shù)分析,爐排爐排放因子為51.13ng TEQ/t,低于循環(huán)流化床82.42%,該研究結(jié)果與已有研究發(fā)現(xiàn)是一致的[16].

本研究基于實測濃度計算的PCDD/Fs排放因子與現(xiàn)有文獻對比發(fā)現(xiàn),其排放因子基本上低于現(xiàn)有研究結(jié)果,具體如表1所示.由于2001～2014年垃圾焚燒PCDD/Fs排放標(biāo)準(zhǔn)不斷加嚴(yán)以及垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化技術(shù)規(guī)范政策的出臺,目前山東省垃圾焚燒電廠煙氣凈化系統(tǒng)基本均已安裝“脫酸(干法/半干法)+脫硝(SNCR/SCR)+活性炭噴射＋布袋除塵”等煙氣凈化設(shè)備,其中活性炭噴射以及布袋除塵去除二噁英效率高達99%以上[55].其次,在垃圾焚燒爐運行工況方面,生態(tài)環(huán)境部加強了對焚燒爐溫的監(jiān)管,特別是《生活垃圾焚燒監(jiān)控(監(jiān)測)聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)要求(施行)》、《生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用管理規(guī)定》等政策規(guī)定的出臺,這些規(guī)定明確提出嚴(yán)格控制焚燒爐爐膛內(nèi)熱電偶測量溫度的5分鐘均值達到850℃以上,煙氣停留時間2s以上.根據(jù)美國EPA相關(guān)研究結(jié)果顯示,PCDD/Fs在850℃以上的高溫下停留超過2s以上,即可分解99.99%.因此,高效的煙氣凈化措施并結(jié)合對焚燒爐運行工況的實時監(jiān)管,有利于垃圾焚燒電廠PCDD/Fs的穩(wěn)定達標(biāo)排放.

表1 排放因子對比分析(ng TEQ/t)

此外,垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)間PCDD/Fs排放水平的異質(zhì)性與垃圾焚燒技術(shù)、垃圾焚燒過程操作與控制等多種因素有關(guān)[56].首先,在焚燒技術(shù)方面,爐排爐和循環(huán)流化床是兩種主要的焚燒技術(shù).根據(jù)生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)公開平臺最新數(shù)據(jù)顯示,絕大多數(shù)企業(yè)選擇爐排爐技術(shù).通常,爐排爐采用層狀燃燒技術(shù),該種技術(shù)可將不經(jīng)分揀的垃圾直接通過進料斗進入傾斜向下的爐排(分為干燥區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)),經(jīng)干燥區(qū)的垃圾含水率大幅減少,垃圾熱值顯著提高,有效提高焚燒爐溫度到850℃以上,再通過高效煙氣凈化措施(例如: 活性炭+布袋除塵),可保證煙氣中PCDD/Fs的穩(wěn)定達標(biāo)排放.其次,焚燒操作過程與控制過程也會影響PCDD/Fs排放水平的差異,這些因素主要包括啟停工況、爐膛內(nèi)焚燒溫度、煙氣停留時間、煙氣湍流強度、過量空氣,一次風(fēng)與二次風(fēng)的分配、爐內(nèi)添加劑(例如含硫煤或脫氯劑)以及活性炭+布袋除塵設(shè)備等[57-58].具體地,對于焚燒操作過程中的啟停爐操作,啟停爐階段的爐溫較低,燃盡效果相對較差,有利于PCDD/Fs生成;啟停爐時的焚燒爐溫將經(jīng)歷高低溫間的轉(zhuǎn)換,200～ 500℃溫度區(qū)間是PCDD/Fs的最佳形成區(qū).Guo等發(fā)現(xiàn)在啟停爐階段,煙氣中PCDD/Fs濃度達到最高,特別是啟爐完成后的煙氣PCDD/Fs濃度是正常工況下的近3倍[59].

對于整個焚燒控制過程而言,在垃圾焚燒前階段,需加入煤或者其他助燃劑,而煤中的硫元素對PCDD/Fs生成具有抑制作用,這是由于硫與金屬、前驅(qū)物反應(yīng),降低金屬催化活性以及PCDD/Fs生成概率[60].在焚燒過程中,垃圾爐膛溫度、煙氣停留時間是否控制在850℃以上以及煙氣是否停留超過2s以上,將直接影響PCDD/Fs排放濃度水平[61];焚燒鍋爐的爐體設(shè)計中一次風(fēng)與二次風(fēng)的分配比例,將會影響煙氣的湍流度,進而影響PCDD/Fs生成速率[61];爐膛空氣供給量可保證垃圾的完全燃燒,但是過多的O2會促使HCl轉(zhuǎn)化為Cl2,催化PCDD/Fs的生成,一般適量的O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在7%～9%[61].在燃燒后,煙氣急冷技術(shù)的使用(如噴灑石灰乳)將會降低PCDD/Fs的生成.一般而言,經(jīng)過燃燒后的高溫PCDD/Fs煙氣在低溫區(qū)(250～450℃)可迅速再次合成,需通過煙氣急冷技術(shù)將煙氣溫度迅速冷卻至250℃以下,快速越過易產(chǎn)生PCDD/Fs的低溫區(qū),從而抑制PCDD/Fs再次合成[62].在煙氣凈化處理階段,活性炭孔徑大小、吸附能力、用量以及布袋除塵器的種類、材質(zhì)也會影響煙氣PCDD/Fs的去除效率[63].

圖4 山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放因子

2.3 排放量分析

2018年山東省生活垃圾焚燒PCDD/Fs排放量為1.07g TEQ,如圖5所示.其中,PCDD/Fs排放量最大的區(qū)域是濰坊市,濟寧市和淄博市,其總量分別為0.18、0.14和0.11g TEQ.PCDD/Fs排放量最小的區(qū)域是萊蕪市,德州市和日照市,排放量均低于0.01g TEQ.PCDD/Fs空間分布特征與垃圾焚燒量(=0.53,<0.01)、排放因子(=0.60,<0.01)的分布密切相關(guān),見式(2).此外,排放量與所在地區(qū)的人口數(shù)量呈顯著正相關(guān)(=0.52,<0.01),表明區(qū)域人口數(shù)量與垃圾焚燒電廠污染物排放之間存在一定的內(nèi)在關(guān)系.

本研究基于實測濃度核算的山東省生活垃圾焚燒PCDD/Fs年排放量低于已有采用固定、總體、平均排放因子的現(xiàn)有研究,如Zhou等[15],Fu等[16]分別核算2015,2017年山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放量(8.2g TEQ、2.1g TEQ).然而,本研究核算的排放量略高于Tian等[8](2010年為0.8g TEQ),主要是由于2010～2018年垃圾焚燒量增長(約31%),但排放因子下降了54.55%～96.07%,表明對生活垃圾焚燒電廠持續(xù)不斷的管控以及技術(shù)性進步、排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)等因素可能是排放因子水平下降的主要原因.

2.4 不同情景排放分析

三種未來情景下,山東省生活垃圾焚燒PCDD/ Fs排放量分別為0.64,1.38,0.83g TEQ,如圖6所示.其中,情景1(圖3a),情景3(圖3c)較現(xiàn)狀年排放分別下降40.19%,22.73%,而情景2(圖3b)相較于現(xiàn)狀排放量增長28.88%,主要是由于情景1治理措施升級導(dǎo)致排放因子下降(37.07%),情景2垃圾焚燒率提高導(dǎo)致活動水平上升(29.23%),情景3在排放因子的下降(37.07%)和活動水平的上升(29.23%)共同作用下導(dǎo)致總排放量下降,該情景更符合山東省未來垃圾焚燒行業(yè)發(fā)展規(guī)劃.山東省“十四五”規(guī)劃提出到2025年垃圾焚燒率將提高到85%;垃圾焚燒量提高的同時,需進一步升級污染治理設(shè)施,加強運行工況的監(jiān)管,方可達到PCDD/Fs減排的目標(biāo).從處理規(guī)模角度分析,更符合未來預(yù)期的情景3,其處理規(guī)模>2000t/d以及150～600t/d的垃圾焚燒廠PCDD/Fs排放量相比較于現(xiàn)狀情景僅增長15.39%,27.38%,可能是由于垃圾焚燒廠污染控制設(shè)備升級空間有限,減排潛力有限,垃圾焚燒量增長導(dǎo)致其排放增長.而600～1200t/d以及1200～2000t/d的垃圾焚燒廠PCDD/Fs排放量較現(xiàn)狀情景分別下降51.72%, 18.50%,盡管在垃圾焚燒量大幅提高的前提下,排放因子下降是其主要的驅(qū)動因素.從空間分布角度分析,淄博市、濱州市、濟寧市、棗莊市和濰坊市的減排潛力較大,分別減少PCDD/Fs排放量74.55%, 64.52%,64.52%,60.81%和41.28%.因此,為進一步控制垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放水平,減排措施應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域、不同處理規(guī)模企業(yè)的排放現(xiàn)狀差異進行分類、有針對性的實施,同時應(yīng)進一步促進垃圾焚燒污染治理設(shè)施的改造升級和污染減排重點的戰(zhàn)略調(diào)整.

圖5 山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放量

g TEQ; 注: 情景1(a);情景2(b);情景3(c)

2.5 環(huán)境影響評估

圖7為現(xiàn)狀情景以及未來情景下山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放年均濃度貢獻分布情況.總體上,現(xiàn)狀情景下垃圾焚燒電廠大氣污染物排放年均濃度貢獻與2018年排放清單分布(圖7a)較為一致,高值濃度主要集中在濰坊市、臨沂市、濟寧市、濱州市和淄博市.

與現(xiàn)狀情景相比(年均濃度1.05×10-11ng TEQ/m3),情景1(圖7b)對各市年均濃度呈總體下降趨勢,其年均濃度6.49×10-12ng TEQ/m3,年均貢獻下降38.19%;情景2(圖7c)對各市年均貢獻濃度比例總體呈上升趨勢,其年均濃度1.31×10-11ng TEQ/m3,年均貢獻上升24.76%;情景3(圖7d)對各市年均貢獻比例平均值總體呈下降趨勢,其年均濃度7.96×10-12ng TEQ/m3,年均貢獻下降24.19%,表明了盡管未來垃圾焚燒量提高,但可通過升級污染控制設(shè)備、加強垃圾焚燒排放監(jiān)管等措施來進一步降低垃圾焚燒電廠大氣污染排放的環(huán)境影響.

表2為各情景下PCDD/Fs排放對各城市的濃度貢獻.現(xiàn)狀情景下,垃圾焚燒企業(yè)對各城市的年均濃度貢獻比例為1.35%.與2018年現(xiàn)狀情景相比,情景1平均污染貢獻有所下降(38.01%),說明排放標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán),污染控制設(shè)備升級,垃圾焚燒電廠大氣污染控制力度加強,污染物排放水平下降;情景2平均污染貢獻上升(24.70%),說明在保持2018年排放現(xiàn)狀的前提下,提高垃圾焚燒率將導(dǎo)致活動水平、排放量的升高;情景3年均貢獻占比下降(24.03%),說明在標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)、垃圾焚燒率提高的情景下,未來年均排放貢獻下降,可能是由于污染控制設(shè)備升級導(dǎo)致的排放因子下降抵消了垃圾焚燒率提高所導(dǎo)致的排放總量升高.

圖7 不同情景下的PCDD/Fs大氣濃度

2018年現(xiàn)狀情景(a),情景1(b);情景2(c);情景3(d)

2.6 不確定性分析

本文通過采用蒙特卡羅方法對現(xiàn)場實測PCDD/Fs濃度,依照各自的概率分布,隨機生成數(shù)值,并進行10,000次模擬,本研究核算的山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放清單結(jié)果是相對穩(wěn)定的,其2倍標(biāo)準(zhǔn)差不確定性范圍為±7.6%,低于已有排放清單的不確定性范圍±24%[8].結(jié)果表明基于企業(yè)實測、自下而上的清單核算方法,大幅降低了生活垃圾焚燒PCDD/Fs排放清單的不確定性.

此外,本清單排放量核算的不確定性也有可能來源于垃圾類型[64]、焚燒技術(shù)[65]、焚燒工況[66]、運行條件[67]、煙氣凈化處理規(guī)范[68]以及焚燒設(shè)施操作管理[69]等微觀異質(zhì)因素,但由于數(shù)據(jù)的可獲得性,難以開展相關(guān)分析.未來將繼續(xù)豐富此類微觀基礎(chǔ)數(shù)據(jù),擴展PCDD/Fs排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,并開展垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)PCDD/Fs排放水平影響因素研究.

表2 垃圾焚燒廠PCDD/Fs排放對各城市的濃度貢獻(ng TEQ/m3)

從空間維度分析,現(xiàn)狀情景下山東省垃圾焚燒電廠污染濃度貢獻影響最高的城市是濱海市,濟寧市和東營市,年均貢獻占比分別達到2.85%,2.54%和1.52%,年均貢獻最小的城市是威海市,菏澤市和日照市,年均貢獻占比分別為0.84%,0.95%和0.94%.不同情景下,年均貢獻最高的城市是濱州市,濟寧市,臨沂市和東營市,年均濃度貢獻最小的城市依舊是威海市,菏澤市和日照市.

3 結(jié)論

3.1 2018年山東省生活垃圾焚燒電廠排放PCDD/ Fs排放因子為24.68～290.90ng TEQ/t,5%～95%分位數(shù)為29.10～290.90ng TEQ/t,平均值為75.11ng TEQ/t,低于現(xiàn)有研究,表明近年來山東省垃圾焚燒電廠大氣污染控制效果顯著.

3.2 基于現(xiàn)場實測濃度核算的年排放量為1.07g TEQ,遠低于已有研究.排放分布在空間上具有異質(zhì)性,高排放量區(qū)域主要集中在濰坊市,濟寧市和淄博市,其總量分別為0.18、0.14和0.11g TEQ,占全省總排放的68.22%,因此建議下一步重點管控,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局,加大搬遷或改造升級力度.

3.3 2018年山東省垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放影響區(qū)域主要集中在濰坊市、臨沂市、濟寧市、濱州市和淄博市,主要由于垃圾焚燒企業(yè)較為集中, PCDD/Fs排放量相對較大.情景3(標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)、垃圾焚燒率提高)更符合山東省垃圾焚燒電廠未來發(fā)展規(guī)劃要求,同時也可達到降低垃圾焚燒電廠PCDD/Fs排放及其環(huán)境影響的目標(biāo),其年排放量、年均濃度將分別下降22.73%,24.19%.

[1] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局,年度數(shù)據(jù)庫-生活垃圾清運量 [EB/OL]. https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01.

National Bureau of Statistics of China. Annual database – Municipal solid waste amount [EB/OL]. https://data.stats.gov.cn/easyquery. htm?cn=C01.

[2] Wienchol P, Szl?k A, Ditaranto M. Waste-to-energy technology integrated with carbon capture-challenges and opportunities [J]. Energy, 2020,198:117352.

[3] Guo Y, Glad T, Zhong Z, et al. Environmental life-cycle assessment of municipal solid waste incineration stocks in Chinese industrial parks [J]. Resources, Conservation and Recycling, 2018,139:387-395.

[4] Chen H, Li J, Li T, et al. Performance assessment of a novel medical-waste-to-energy design based on plasma gasification and integrated with a municipal solid waste incineration plant [J]. Energy, 2022,245:123156.

[5] Nzihou A, Themelis N J, Kemiha M, et al. Dioxin emissions from municipal solid waste incinerators (MSWIs) in France [J]. Waste Management, 2012,32(12):2273-2277.

[6] Tang H, Cui K, Xing J, et al. Part I: PM2.5and Polychlorinated Dibenzo--dioxins and Dibenzofurans (PCDD/Fs) in the Ambient Air of Southern China [J]. Aerosol and Air Quality Research, 2017, 17(6):1550-1569.

[7] 周志廣,田洪海,李 楠,等.小型焚燒設(shè)施煙氣中二噁英類的排放和控制 [J]. 環(huán)境污染與防治, 2007,(3):76-78.

Zhou Z G, Tian H H, L N, et al. Emission and control of PCDD/Fs in flue gas from small-scale incinerators [J].Environmental Pollution and Prevention, 2007,(3):76-78.

[8] Tian H, Gao J, Lu L, et al. Temporal trends and spatial variation characteristics of hazardous air pollutant emission inventory from municipal solid waste incineration in China [J]. Environmental Science & Technology, 2012,46(18):10364-10371.

[9] 李英華,楊朝旭,伯 鑫,等.生活垃圾焚燒廠周邊土壤中 PCDD/Fs及重金屬含量 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2020,40(2):726-735.

Li Y H, Yang Z X, Bo X, et al. PCDD/Fs levels and heavy metal characteristics in soils surrounding typical municipal waste incineration plants in the Chengdu area [J]. China Environmental Science, 2020,40(2):726-735.

[10] Liu H, Kong S, Liu Y, et al. Pollution control technologies of dioxins in municipal solid waste incinerator [J]. Procedia Environmental Sciences, 2012,16:661-668.

[11] Viel J F, Floret N, Deconinck E, et al. Increased risk of non-Hodgkin lymphoma and serum organochlorine concentrations among neighbors of a municipal solid waste incinerator [J]. Environment International, 2011,37(2):449-453.

[12] GB 18485-2014 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn) [S]. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2014.

GB 18485-2014 Standard for pollution control on the municipal solid waste incineration [S]. Beijing: China Environmental Science Press, 2014.

[13] 山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)發(fā)展第十四個五年規(guī)劃 (2021-2025年) [EB/OL]. http://zjt.shandong.gov.cn/ art/2021/6/18/art_102847_10293970.html.

Housing and Urban-Rural Development of Shandong Province. The 14th Five-Year Plan for Housing and Urban-Rural Development of Shandong Province (2021-2025)[EB/OL]. http://zjt.shandong.gov.cn/ art/2021/6/18/art_102847_10293970.html.

[14] Ni Y, Zhang H, Fan S, et al. Emissions of PCDD/Fs from municipal solid waste incinerators in China [J]. Chemosphere, 2009,75(9):1153- 1158.

[15] Zhou Q, Yang J, Liu M, et al. Toxicological risk by inhalation exposure of air pollution emitted from China’s municipal solid waste incineration [J]. Environmental Science & Technology, 2018,52(20): 11490-11499.

[16] Fu Z, Lin S, Tian H, et al. A comprehensive emission inventory of hazardous air pollutants from municipal solid waste incineration in China [J]. Science of the Total Environment, 2022,826:154212.

[17] Zhang B, Meng F, Shi C, et al. Modeling the atmospheric transport and deposition of polychlorinated dibenzo--dioxins and dibenzofurans in North America [J]. Atmospheric Environment, 2009,43(13):2204- 2212.

[18] 陳露露,黃 韜,陳凱杰,等.我國PCDD/Fs網(wǎng)格化大氣排放清單 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2020,41(2):510-519.

Chen L L, Huang T, Chen K J, et al. Gridded atmospheric emission inventory of PCDD /Fs in China [J]. Environmental Science, 2015, 2020,41(2):510-519.

[19] 楊艷艷,韓靜磊,青 憲,等.珠江三角洲典型行業(yè)排放廢氣中PCDD/Fs污染水平 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33(S1):186-190.

Yang Y Y, Han J L, Qing X, et al. PCDD/Fs pollutions in exhaust gases from typical industries of the Pearl River Delta [J]. China Environmental Science, 2013,33(S1):186-190.

[20] Tang L, Qu J, Mi Z, et al. Substantial emission reductions from Chinese power plants after the introduction of ultra-low emissions standards [J]. Nature Energy, 2019,4(11):929-938.

[21] Tang L, Xue X, Jia M, et al. Iron and steel industry emissions and contribution to the air quality in China [J]. Atmospheric Environment, 2020,237:117668.

[22] 湯 鈴,薛曉達,伯 鑫,等.中國水泥排放清單及分布特征 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2020,41(11):4776-4785.

Tang L, Xue X D, Bo X, et al. Contribution of emissions from cement to air quality in China [J]. Environmental Science, 2020,41(11):4776- 4785.

[23] Bo X, Jia M, Xue X, et al. Effect of strengthened standards on Chinese ironmaking and steelmaking emissions [J]. Nature Sustainability, 2021,4(9):811-820.

[24] 李 敏.危險廢棄物焚燒廠周邊介質(zhì)二噁英分布特性及環(huán)境影響模擬研究 [D]. 杭州:浙江大學(xué), 2018.

Li M. Simulation research on distribution and environmental impact of PCDD/Fs from hazardous waste incinerators [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2018.

[25] 王 超.危險廢物焚燒廠二惡英排放擴散沉降模擬方法的研究 [D]. 杭州:浙江大學(xué), 2018.

Wang C. Study on modeling method of the PCDD/Fs dispersion and deposition emitted from a hazardous waste incineration plant [D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2018.

[26] DB 46/484-2019 生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn) [S]. 海南省市場監(jiān)督管理局, 2019.

DB 46/484-2019 Standard for pollution control on the municipal solid waste incineration [S]. Hainan Market Supervision Administration, 2019.

[27] SZDB/Z 233-2017 生活垃圾處理設(shè)施運營規(guī)范 [S]. 深圳市市場監(jiān)督管理局, 2017.

SZDB/Z 233-2017 Operational standards for municipal solid waste treatment facilities [S]. Shenzhen Administration for Market Regulation, 2017.

[28] Chen Y, Meng Y, Cao H. Simulation of Spatial Distributions of Atmospheric Heavy Metals in Xinzhuang and Assessment of Their Health Risks [C]//7th Annual Meeting of Risk Analysis Council of China Association for Disaster Prevention (RAC-2016). Atlantis Press, 2016:464-469.

[29] 伯 鑫.CALPUFF模型技術(shù)方法與應(yīng)用 [M]. 北京:中國環(huán)境出版社, 2016:23-35.

Bo X. CALPUFF model technology method and application [M]. Bejing: China Environmental Science Press, 2016:23-35.

[30] 伯 鑫,楊朝旭,賈瑜玲,等.西南典型區(qū)域焚燒廠排放二噁英類污染物環(huán)境影響研究 [M]. 北京:中國環(huán)境出版社, 2020:35-50.

Bo X, Yang Z X, Jia Y L, et al. Study on environmental impact of dioxin-like pollutants emitted from typical incineration plants in Southwest China [M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2020:35-50.

[31] 闞 慧,伯 鑫,屈加豹,等.2015年海南省火電行業(yè)大氣環(huán)境影響研究 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2019,39(1):428-439.

Kan H, Bo X, Qu J B, et al.Air quality impacts of power plant emissions in Hainan Province, 2015 [J]. China Environmental Science, 2019,39(1):428-439.

[32] 伯 鑫,王 剛,溫 柔,等.京津冀地區(qū)火電企業(yè)的大氣污染影響 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2015,35(2):364-373.

Bo X, Wang G, Wen R, et al.Air pollution effect of the thermal power plants in Beijing-Tianjin-Hebei region [J]. China Environmental Science, 2015,35(2):364-373.

[33] 伯 鑫,吳忠祥,王 剛,等. CALPUFF模式的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用技術(shù)研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2014,37(S2):530-534.75.

Bo X, Wu Z X, Wang G, et al. Study on the standardized application of CALPUFF Model [J]. Environmental Science and Technology, 2014, 37(S2):530-534.75.

[34] 伯 鑫,丁 峰,徐 鶴,等.大氣擴散CALPUFF模型技術(shù)綜述 [J]. 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù), 2009,21(3):9-13,47.

Bo X, Ding F, Xu H, et al. Review of atmospheric diffusion spersion model CALPUFF technology [J]. Environmental Monitoring Management and Technology, 2009,21(3):9-13,47.

[35] 崔建升,雷團團,伯 鑫,等.海南省大氣污染源排放清單及環(huán)境影響研究 [J]. 環(huán)境污染與防治, 2020,42(6):651-659,665.

Cui J S, Lei T T, Bo X, et al. Studies on air pollutant emission inventory and environmental impact in Hainan Province[J]. Environmental Pollution and Prevention, 2020,42(6):651-659,665.

[36] 田 飛,伯 鑫,薛曉達,等.基于復(fù)雜地形-氣象場的二噁英污染物沉降研究 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2019,39(4):1678-1686.

Tian F, Bo X, Xue X D, et al. Study on settlement of dioxin pollutants under complex terrain-weather conditions [J]. China Environmental Science, 2019,39(4):1678-1686.

[37] 孫博飛,伯 鑫,張尚宣,等.鋼廠燒結(jié)機煙氣排放對土壤二噁英濃度的影響 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2017,37(11):4222-4229.

Sun B F, Bo X, Zhang S X, et al. Effect of exhaust gas from sintering machines on the concentration of dioxin in soil around a steel plant [J]. China Environmental Science, 2017,37(11):4222-4229.

[38] 王成鑫,楚英豪,阮建輝,等.AERMOD模型地表參數(shù)更新對模擬效果影響 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2022,42(5):2070-2077.

Wang C X, Chu Y H, Ruan J H, et al. Research on the influence of AERMOD model surface parameter update on simulation effect [J]. China Environmental Science, 2022,42(5):2070-2077.

[39] 史夢雪,伯 鑫,田 飛,等.基于不同空氣質(zhì)量模型的二噁英沉降效果研究 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2020,40(1):24-30.

Shi M X, Bo X, Tian F, et al. Study on deposition effects of dioxins based on different air quality models [J]. China Environmental Science, 2020,40(1):24-30.

[40] 趙金平,鐘英立,徐小靜,等.南方地區(qū)典型生物質(zhì)燃燒鍋爐二噁英排放污染特征 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2017,37(9):3473-3480.

Zhao J P, Zhong Y L, Xu X J, et al. Research on pollution characteristic of dioxin emitted from typical biomass combustion boiler in southern region [J]. China Environmental Science, 2017, 37(9):3473-3480.

[41] 魏 巍,王書肖,郝吉明.中國人為源VOC排放清單不確定性研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2011,32(2):305-312.

Wei W, Wang S X, Hao J M. Uncertainty analysis of emission inventory for volatile organic compounds from anthropogenic sources in China [J]. Environmental Science, 2011,32(2):305-312.

[42] 楊 益,姬亞芹,高玉宗,等.西寧市農(nóng)牧源氨排放清單及其分布特征 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2022,43(4):1844-1852.

Yang Y, Ji Y P, Gao Y Z, et al. Agricultural ammonia emission inventory and its distribution in Xining city [J]. Environmental Science, 2022,43(4):1844-1852.

[43] 張 凱,于周鎖,高 宏,等.蘭州盆地人為源大氣污染物網(wǎng)格化排放清單及其空間分布特征 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2017,37(4):1227-1242.

Zhang K, Yu Z S, Gao H, et al. Gridded emission inventories and spatial distribution characteristics of anthropogenic atmospheric pollutants in Lanzhou valley [J]. Journal of Environmental Sciences, 2017,37(4):1227-1242.

[44] HJ 77.2-2008 環(huán)境空氣和廢氣二英類的測定同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜法 [S].

HJ 77.2-2008 Ambient air and flue gas determination of polychlorinated dibenzo--dioxins (PCDDs) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) Isotope dilution HRGC-HRMS [S].

[45] 山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.印發(fā)《關(guān)于進一步推進生活垃圾分類工作的實施意見》的通知 [EB/OL]. http://zjt.shandong.gov.cn/art/ 2021/7/15/art_103756_10301860.html.

Housing and Urban-Rural Development of Shandong Province. Notice of the implementation opinions on further promoting the work of municipal solid waste classification [EB/OL]. http://zjt.shandong. gov.cn/art/2021/7/15/art_103756_10301860.html.

[46] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃 [EB/OL]. https://www.ndrc.gov.cn/ fggz/fzzlgh/gjjzxgh/201706/t20170615_1196798.html?code=&state=123.

National Development and Reform Commission.The 13th Five-Year Plan for national construction of harmless treatment facilities for municipal solid waste [EB/OL].https://www.ndrc.gov.cn/fggz/fzzlgh/ gjjzxgh/201706/t20170615_1196798.html?code=&state=123.

[47] Li Y, Zhao X, Li Y, et al. Waste incineration industry and development policies in China [J]. Waste Management, 2015,46:234-241.

[48] Tian H, Gao J, Hao J, et al. Atmospheric pollution problems and control proposals associated with solid waste management in China: a review [J]. Journal of Hazardous Materials, 2013,252:142-154.

[49] Xin-Gang Z, Gui-Wu J, Ang L, et al. Technology, cost, a performance of waste-to-energy incineration industry in China [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016,55:115-130.

[50] 山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳.關(guān)于進一步加強城市生活垃圾焚燒處理工作的意見的通知 [EB/OL]. http://zjt.shandong.gov.cn/art/2017/ 2/3/art_102847_7789833.html.

Housing and Urban-Rural Development of Shandong Province. Notice on opinions on further strengthening the incineration of municipal solid waste [EB/OL]. http://zjt.shandong.gov.cn/art/2017/ 2/3/art_102847_7789833.html.

[51] Hong J, Chen Y, Wang M, et al. Intensification of municipal solid waste disposal in China [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017,69:168-176.

[52] Zhu F, Li X, Lu J W, et al. Emission characteristics of PCDD/Fs in stack gas from municipal solid waste incineration plants in Northern China [J]. Chemosphere, 2018,200:23-29.

[53] Yan J H, Chen T, Li X D, et al. Evaluation of PCDD/Fs emission from fluidized bed incinerators co-firing MSW with coal in China [J]. Journal of Hazardous Materials, 2006,135(1-3):47-51.

[54] Jin Y, Liu H, Li X, et al. Health risk assessment of PCDD/F emissions from municipal solid waste incinerators (MSWIs) in China [J]. Environmental Technology, 2012,33(22):2539-2545.

[55] Wang Y H, Lin C, Chang-Chien G P. Characteristics of PCDD/Fs in a particles filtration device with activated carbon injection [J]. Aerosol and Air Quality Research, 2009,9(3):317-322.

[56] 雷 鳴,海 景,程 江,等.小型生活垃圾熱處理爐二惡英和重金屬的排放特征 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2017,37(10):3836-3844.

Lei M, Hai J, Cheng J, et al. Emission characteristics of dioxins and heavy metals from small-scale thermal treatment furnaces for disposing domestic solid waste [J]. China Environmental Science, 2017,37(10):3836-3844.

[57] Peng Y, Lu S, Li X, et al. Formation, measurement, and control of dioxins from the incineration of municipal solid wastes: recent advances and perspectives [J]. Energy & Fuels, 2020,34(11):13247- 13267.

[58] Yang L, Liu G, Shen J, et al. Environmental characteristics and formations of polybrominated dibenzo--dioxins and dibenzofurans [J]. Environment International, 2021,152:106450.

[59] Guo C J, Wang M S, Lin S L, et al. Emissions of PCDD/Fs and PCBs during the cold start-up of municipal solid waste incinerators [J]. Aerosol and Air Quality Research, 2014,14(6):1593-1604.

[60] Shen H M, Wang Y F, Chyang C S, et al. Effects of sulfur and calcium compounds on dioxin reduction in a fluidized bed combustor [J]. Aerosol and Air Quality Research, 2019,19(5):1079-1094.

[61] Li X, Ma Y, Zhang M, et al. Study on the relationship between waste classification, combustion condition and dioxin emission from waste incineration [J]. Waste Disposal & Sustainable Energy, 2019,1(2): 91-98.

[62] Liu H, Kong S, Liu Y, et al. Pollution control technologies of dioxins in municipal solid waste incinerator [J]. Procedia Environmental Sciences, 2012,16:661-668.

[63] Zhan M X, Liu Y W, Ye W W, et al. Modification of activated carbon using urea to enhance the adsorption of dioxins [J]. Environmental Research, 2022,204:112035.

[64] Li X, Ma Y, Zhang M, et al. Study on the relationship between waste classification, combustion condition and dioxin emission from waste incineration [J]. Waste Disposal & Sustainable Energy, 2019,1(2): 91-98.

[65] Lu S Y, Du Y, Yan J H, et al. Dioxins and their fingerprint in size-classified fly ash fractions from municipal solid waste incinerators in China—Mechanical grate and fluidized bed units [J]. Journal of the Air & Waste Management Association, 2012,62(6):717- 724.

[66] Ma C, Li B, Chen D, et al. An investigation of an oxygen-enriched combustion of municipal solid waste on flue gas emission and combustion performance at a 8MWth waste-to-energy plant [J]. Waste Management, 2019,96:47-56.

[67] Guo C J, Wang M S, Lin S L, et al. Emissions of PCDD/Fs and PCBs during the cold start-up of municipal solid waste incinerators [J]. Aerosol and Air Quality Research, 2014,14(6):1593-1604.

[68] Zhan M X, Liu Y W, Ye W W, et al. Modification of activated carbon using urea to enhance the adsorption of dioxins [J]. Environmental Research, 2022,204:112035.

[69] Zhou H, Meng A, Long Y, et al. A review of dioxin-related substances during municipal solid waste incineration [J]. Waste Management, 2015,36:106-118.

PCDD/Fs emission inventory and environmental impact of municipal solid waste incineration plants in Shandong Province.

TANG Ling1,2, GUO Jing1, GUO Peng-heng3, LI Jian-hui4, GAN Di-song5, JIA Min1, QU Jia-bao6, BO Xin5,7*

(1.School of Economics and Management, Beihang University, Beijing 100191, China；2.School of Economics and Management, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China；3.Yunnan Hi-Tech Environmental Protection Co., Ltd, Kunming 650032, China；4.College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China；5.Department of Environmental Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China；6.Appraisal Center for Environment and Engineering, Ministry of Ecology and Environment, Beijing 100012, China；7.BUCT Institute for Carbon-neutrality of Chinese Industries, Beijing 100029, China)., 2023,43(2)：735～747

Based on the field measured data in 2018, this study takes Shandong Province as a typical case study and comprehensively considers the production technology, production capacity, incinerator type and annual MSW incineration amount, to establish PCDD/Fs emission inventory of municipal solid waste (MSW) incineration power plants in Shandong Province using the bottom-up approach and introduce CALPUFF model to quantitatively evaluate environmental impacts caused by PCDD/Fs emissions under current and different scenarios. The results show that the range of PCDD/Fs emission factors was 24.68～290.90ng TEQ/t, with an average value of 75.11ng TEQ/t. The total emission was 1.07g TEQ in 2018. The estimated emission factors and total emissions were lower than existing studies. In terms of incinerator type, the emission factor of grate firing incinerators was lower than that of fluidized bed incinerators, indicating that it has a good control effect on PCDD/Fs emissions. In terms of spatial distribution, the largest MSW incineration amount was mainly concentrated in Weifang, Jining and Zibo city, and total emissions and atmospheric simulated concentrations were also relatively high. In terms of scenario comparison, the future scenario with stricter standards and improved MSW incineration rate was more in line with the requirements of the future development planning of the MSW incineration industry in Shandong Province, and can also achieve the goal of reducing the PCDD/Fs emissions and environmental impacts. Compared with the baseline scenario, the average annual concentration contribution in this scenario will be reduced by 22.73% and 24.19%, respectively.

municipal solid waste incineration；PCDD/Fs emissions；emission inventory；environmental impacts；emission factors

X705

A

1000-6923(2023)02-0735-13

湯 鈴(1983-),女,廣西桂林人,教授,博士,主要研究領(lǐng)域為能源經(jīng)濟與管理.發(fā)表論文80余篇.

2022-07-18

國家自然科學(xué)基金資助項目(72174125);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費資助(buctrc202133)

*責(zé)任作者, 教授, boxin@buct.edu.cn