生活垃圾焚燒廠中二惡英的產(chǎn)生和控制

　　 1. 前言

　　生活垃圾焚燒廠煙氣中的二惡英是近幾年來世界各國所普遍關心的問題，自1999年比利時發(fā)生動物飼料二惡英污染事件后，二惡英更是倍受世人所關注，一時成為全球范圍的熱點。經(jīng)過這一事件，二惡英在我國也是家喻戶曉，聞毒色變?？梢赃@樣說，在今天研究生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英的產(chǎn)生機理和控制措施，比以往任何時候都顯得必要和重要。要建設生活垃圾焚燒廠，我們就不能也無法回避二惡英。

　　2. 二惡英的結(jié)構(gòu)和特性

　　2.1 二惡英的分子結(jié)構(gòu)

　　二惡英(DIOXIN，簡稱為DXN)即Poly Chlorinated Dibenzo-P-Dioxins，略寫為PCDDs。簡單地說PCDDs是兩個苯核由兩個氧原子結(jié)合，而苯核中的一部分氫原子被氯原子取代后所產(chǎn)生，根據(jù)氯原子的數(shù)量和位置而異，共有75種物質(zhì)，其中毒性最大的為2,3,7,8—四氯二苯并二惡英TCDDs(2,3,7,8—TCDDs)，計有22種;另外，和PCDDs一起產(chǎn)生的二苯呋喃PCDFs，共有135種物質(zhì)。通常將上述兩類物質(zhì)統(tǒng)稱為二惡英(或稱戴奧辛)，所以二惡英不是一種物質(zhì)，而是多達210種物質(zhì)(異構(gòu)體)的統(tǒng)稱。

　　2.2 二惡英的特性

　　二惡英在標準狀態(tài)下呈固態(tài)，熔點約為303～305℃。二惡英極難解溶于水，在常溫情況下其溶解度在水中僅為7.2×10-6mg/L。而同樣在常溫情況下，其在二氯苯中的溶解度高達1400 mg/L，這說明二惡英很容易溶解于脂肪，所以它容易在生物體內(nèi)積累，并難以被排出。二惡英在705℃以下時是相當穩(wěn)定的，高于此溫度即開始分解。另外，二惡英的蒸汽壓很低，在標準狀態(tài)下低于1.33×10-8Pa，這么低的蒸汽壓說明二惡英在一般環(huán)境溫度下不易從表面揮發(fā)。這一特性加上熱穩(wěn)定性和在水中的低溶解度，是決定二惡英在環(huán)境中去向的重要特性。

　　3. 二惡英的毒性和評價

　　據(jù)報導，二惡英是目前發(fā)現(xiàn)的無意識合成的副產(chǎn)品中毒性最強的化合物，它的毒性相當于氰化鉀(KCN)的1000倍以上。同時它是一種對人體非常有害的物質(zhì)，即使在很微量的情況下，長期攝取時便可引起癌癥等頑癥，國際癌癥研究中心已將它列為人類一級致癌物。此外二惡英對人體還會引起皮膚痤瘡、頭痛、失聰、憂郁、失眠、新生兒畸形等癥，并可能具有長期效應，如導致染色體損傷、心力衰竭、內(nèi)分泌失調(diào)等。據(jù)有關報道，只要1盎斯(28.35克)二惡英，就能將100萬人置于死地。

　　但上述結(jié)論更多的是建立在定性分析和理論推測的基礎上的，因為根據(jù)國外有關報道，采用不同的方法對動物進行二惡英的毒性試驗時，所獲得的數(shù)據(jù)非常分散，變化范圍相當廣。其主要原因可能是二惡英的測量值極其微量(十億分之幾甚至萬億分之幾)，在不同的實驗條件下，其結(jié)果會產(chǎn)生重大差異。而研究二惡英對人體的影響，至今還沒有試驗數(shù)據(jù)，今后也不可能用人來作直接試驗。雖然，過去曾有過人體偶然接觸二惡英從而導致傷亡的記錄，但就此來確定二惡英對人體健康的影響是遠遠不夠的。

　　二惡英的毒性與異構(gòu)體結(jié)構(gòu)有很大關系，各異構(gòu)體濃度的綜合毒性評價方法一般以TCDDs為基準，利用TCDDs的毒性當量(TEQ)來表示各異構(gòu)體的毒性，稱之為毒性當量因子(TEF)，其它異構(gòu)體的毒性以相對毒性進行評價，其計量單位常采用ng-TEQ/Nm3，目前發(fā)達國家對二惡英的排放標準一般控制為0.1ng-TEQ/Nm3。

　　4. 二惡英的產(chǎn)生和排放

　　4.1 二惡英和垃圾焚燒廠

　　現(xiàn)在有一種觀點認為，二惡英是生活垃圾焚燒廠特有的公害問題，這是一種偏面的認識，其實二惡英是有機物與氯一起加熱就會產(chǎn)生的化合物，只要使用水的場所都有可能產(chǎn)生二惡英，它是一種普遍的化學現(xiàn)象。二惡英在空氣、土壤、水和食物中都能發(fā)現(xiàn)，火山爆發(fā)及森林火災是自然界中二惡英的主要來源。另外，除草劑、發(fā)電廠、木材燃燒、造紙業(yè)、水泥業(yè)、金屬冶煉、紙槳加氯漂白及垃圾焚燒處理均會釋放出二惡英。據(jù)有關報道，人體從生活垃圾焚燒廠排放煙氣中接觸二惡英的機率要比從其它途徑(如食物、空氣等)接觸二惡英的機率小。綜合有關資料，國外生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英的濃度范圍約為10-4～10-6mg/Nm3之間，對周圍環(huán)境空氣質(zhì)量的影響非常微小。實際上世界各國曾經(jīng)發(fā)生過的多次二惡英污染事件幾乎都與生活垃圾焚燒廠的煙氣排放無關，包括1999年發(fā)生在比利時引起世界范圍恐慌的動物飼料二惡英污染事件。

　　但這并不是說在生活垃圾焚燒廠的設計和運行時就可以不重視二惡英了，實際上從生活垃圾焚燒廠排放出來的二惡英往往都占各國二惡英排放總量的相當大的比重，但現(xiàn)有的統(tǒng)計資料表現(xiàn)出相當大的離散性。例如，根據(jù)美國環(huán)保署1994年完成的評估報告，全美產(chǎn)生的二惡英中來自垃圾焚燒廠的約占3.5%，這是所見資料中的下限;又如，據(jù)1990年日本的統(tǒng)計資料，日本二惡英的排放總量中來自垃圾焚燒廠的占80%以上，這是所見資料中的上限。綜合有關資料，在采用焚燒方法處理生活垃圾比例較高的國家中，由生活垃圾焚燒廠排放出來的二惡英約占該國二惡英排放總量的10%～40%，絕對是污染大戶。這就是世界各國對生活垃圾焚燒廠排放出來的二惡英予以極大關注的原因所在。也充分說明了在建設生活垃圾焚燒廠或者在生活垃圾焚燒廠的運行管理中，要注意改善生活垃圾的燃燒條件，嚴格控制二惡英產(chǎn)生的重要性和必要性。

　　4.2 垃圾焚燒廠中二惡英的生成途徑

　　生活垃圾在焚燒過程中，二惡英的生成機理相當復雜，至今為止國內(nèi)外的研究成果還不足以完全說明問題，已知的生成途徑可能有：

　　4.2.1生活垃圾中本身含有微量的二惡英，由于二惡英具有熱穩(wěn)定性，盡管大部分在高溫燃燒時得以分解，但仍會有一部分在燃燒以后排放出來;

　　4.2.2在燃燒過程中由含氯前體物生成二惡英，前體物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等，在燃燒中前體物分子通過重排、自由基縮合、脫氯或其他分子反應等過程會生成二惡英，這部分二惡英在高溫燃燒條件下大部分也會被分解

　　4.2.3當因燃燒不充分而在煙氣中產(chǎn)生過多的未燃燼物質(zhì)，并遇適量的觸媒物質(zhì)(主要為重金屬，特別是銅等)及300～500℃的溫度環(huán)境，那么在高溫燃燒中已經(jīng)分解的二惡英將會重新生成。

　　5. 二惡英的控制對策和措施

　　5.1 二惡英的控制對策

　　1996年6月，日本厚生省成立了《垃圾處理過程中二惡英削減對策研討委員會》，并以最近的二惡英削減技術(shù)為基礎，把二惡英削減對策分為“緊急對策”和“永久對策”兩部分進行了研究，以全面推動削減二惡英為目標，1997年1 月23日日本政府重新編寫了《關于垃圾處理過程中的防治二惡英產(chǎn)生等問題的指南》(通常稱之為“新指南”)。 所謂“緊急對策”是利用最新的技術(shù)，把二惡英濃度水平削減到最低水平。具體講，即使是在最容易受到垃圾焚燒廠影響的最大落地濃度地點上也要采取措施，使其TDI(人日容許攝入量)不要超過10pg/kg.d(TEQ)值，而且規(guī)定需要采取緊急對策的判斷標準為80 pg/Nm3(TEQ)。即若某一垃圾焚燒廠不能達到80 pg/Nm3(TEQ)以下的排放濃度，則應立即采取削減措施。即使排放濃度沒有超過這一標準的垃圾焚燒廠也要繼續(xù)實行永久對策，努力控制二惡英的排放量。在“新指南”中的“永久對策”規(guī)定，新建完全連續(xù)運行焚燒爐的二惡英排放濃度標準定為0.1 ng/Nm3(TEQ)。

　　5.2 二惡英的控制措施

　　國內(nèi)外的研究和實踐均表明，減少生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英濃度的主要方法是采取有效措施控制二惡英的生成。這些控制措施主要包括：

　　5.2.1選用合適的爐膛和爐排結(jié)構(gòu)，使垃圾在焚燒爐得以充分燃燒，而衡量垃圾是否充分燃燒的重要指標之一是煙氣中CO的濃度，CO的濃度越低說明燃燒越充分，煙氣中CO濃度比較理想的指標是低于60 mg/Nm3;

　　5.2.2控制爐膛及二次燃燒室內(nèi)，或在進入余熱鍋爐前煙道內(nèi)的的煙氣溫度不低于850℃，煙氣在爐膛及二次燃燒室內(nèi)的停留時間不小于2S，O2濃度不少于6%，并合理控制助燃空氣的風量、溫度和注入位置，也稱“三T”控制法;

　　5.2.3縮短煙氣在處理和排放過程中處于300～500℃溫度域的時間，控制余熱鍋爐的排煙溫度不超過250℃左右;

　　5.2.4選用新型袋式除塵器，控制除塵器入口處的煙氣溫度低于200℃，并在進入袋式除塵器的煙道上設置活性碳等反應劑的噴射裝置，進一步吸附二惡英;

　　5.2.5 在生活垃圾焚燒廠中設置先進、完善和可靠的全套自動控制系統(tǒng)，使焚燒和凈化工藝得以良好執(zhí)行;

　　5.2.6通過分類收集或預分揀控制生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質(zhì)進入垃圾焚燒廠;

　　5.2.7由于二惡英可以在飛灰上被吸附或生成，所以對飛灰應用專門容器收集后作為有毒有害物質(zhì)送安全填埋場進行無害化處置，有條件時可以對飛灰進行低溫(300～400℃)加熱脫氯處理，或熔融固化處理后再送安全填埋場處置，以有效地減少飛灰中二惡英的排放。

　　6. 結(jié)語

　　綜上所述，生活垃圾焚燒廠煙氣中的二惡英是客觀存在的，但對此產(chǎn)生盲目的恐慌則是完全沒有必要的。由于我國生活垃圾中含氯化合物和重金屬含量相對較少，只要生活垃圾在焚燒爐中能達到完全燃燒，保證煙氣在較高的燃燒溫度下有較長的停留時間，并在煙氣的排放過程中盡量避開300～500℃溫度域，加上其它噴射活性碳、設置袋式除塵器等輔助措施配合，生活垃圾焚燒廠中二惡英的排放濃度是可以有效控制的，一般不會超過環(huán)保標準。