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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(yīng)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(guān)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(yīng)為顆粒物、HCl、SOx和NOx。天禹智控研發(fā)的氣體在線監(jiān)測設(shè)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(fù)雜化學(xué)反應(yīng),生成二噁英類物質(zhì);(2)尾部再度合成:不完全燃燒反應(yīng)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(yīng),生成二噁英類物質(zhì),催化反應(yīng)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(shù) 采用/3T0(turbulence、temperature、time)技術(shù),一般溫度>850e,停留時間>2 s,采用二次風(fēng),使燃燒物與空氣充分?jǐn)嚢杌旌?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(shù),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(shù),可使二噁英排放量減少98%。 1.3.2 廢氣處理技術(shù) 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(yīng)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(shù)已應(yīng)用于實際設(shè)備,取得顯著效果。當(dāng)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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