垃圾焚燒廠二惡英達(dá)標(biāo)排放探討
前言
國務(wù)院“關(guān)于印發(fā)《節(jié)能減排綜合性工作方案》（國發(fā)[2007]15號）的通知”中的第十五條提出，“充分回收垃圾中的廢舊資源，鼓勵垃圾焚燒發(fā)電和供熱、填埋氣體發(fā)電，積極推進(jìn)城鄉(xiāng)垃圾無害化處理，實(shí)現(xiàn)垃圾減量化、資源化和無害化”。新政策大大促進(jìn)了我國固體廢物焚燒處理技術(shù)的發(fā)展。
垃圾焚燒爐發(fā)展的實(shí)踐表明，對比垃圾處置的各種方式，焚燒處理占地面積小，減量化明顯，無害化最徹底，資源化（發(fā)電、供熱等）潛力巨大，因而在國內(nèi)外的發(fā)展較快。
焚燒作為一種處理垃圾的專用技術(shù)，已經(jīng)成為許多發(fā)達(dá)國家和地區(qū)處理城市生活垃圾的主要方式。據(jù)不完全統(tǒng)計，2006年全世界約有各種類型的垃圾焚燒廠2100 余座（其中有1000多座帶發(fā)電裝置），年焚燒生活垃圾總量達(dá)1.65億噸，特別是日本，垃圾焚燒比例已高達(dá) 75%以上。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，垃圾焚燒設(shè)備經(jīng)過全球環(huán)保界不斷地研制創(chuàng)新，現(xiàn)已發(fā)展成為運(yùn)用高科技手段，機(jī)電光氣一體化的新焚燒設(shè)備。同時，為確保人民健康，各國政府都制定了嚴(yán)格的焚燒爐煙氣排放國家標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用高科技技術(shù)確保垃圾焚燒廠的二惡英達(dá)標(biāo)排放。
1 焚燒可明顯降低原生垃圾中的二惡英含量
德國學(xué)者研究表明，生活垃圾中本身含有約為50ng/kg 的二惡英。由于二惡英具有熱穩(wěn)定性，約有32.37ng/kg （占64.7%）的二惡英在高溫燃燒時得以分解，但仍會有 17.63ng/kg左右（約為35.3%）的二惡英在燃燒以后排放出來。排放出來的二惡英，在煙氣中的含量約為0.48ng/kg，占原始值的0.96%；在爐渣中的含量約為1.75ng/kg，占原始值的3.5%；在飛灰中的含量約為15.40ng/kg，占原始值的30.8%。
日本酒井伸一等也進(jìn)行了類似的研究，研究結(jié)論為，生活垃圾本身的二惡英含量為1.4～50.2ng/kg，如果按照煙氣中二惡英的排放允許濃度為0.1ngTEQ/Nm3來設(shè)計生活垃圾焚燒廠，那么生活垃圾在焚燒后排放的二英僅為2.9ng/kg，也就是說絕大部分的二惡英在焚燒過程中得以分解。
德國和日本專業(yè)技術(shù)人員的研究一致認(rèn)為，垃圾通過焚燒處理，其含有的二惡英在高溫燃燒時大部分都可分解掉，焚燒技術(shù)可明顯降低焚燒前原生垃圾中的二惡英總量。因而可以認(rèn)為：垃圾焚燒廠是二惡英的分解器。
2 二惡英排放的檢測控制
2.1 高新技術(shù)分析檢測二惡英排放
環(huán)境中二惡英的污染評價和控制，都離不開準(zhǔn)確可靠的分析方法。二惡英的分析測定被視為現(xiàn)代有機(jī)分析的難點(diǎn)，它要求超微量多組分定量分析，分析儀器多采用氣象色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS）。
測定環(huán)境中二惡英含量必須具備以下技術(shù)：能從樣品中提取出10～15ng/kg量級二惡英、從初步的粗提物中分離并去除其它有機(jī)物、分離出與二惡英性質(zhì)接近的其它氯代芳香族有機(jī)物、高效分離二惡英異構(gòu)體、可靠定性和準(zhǔn)確定量以及安全防毒的實(shí)驗(yàn)條件等。
對分析過程的要求也是非常嚴(yán)格：樣品采集的代表性，化學(xué)前處理的選擇性、特異性和回收率，測定的靈敏度、分離度、準(zhǔn)確性、重復(fù)性及可靠性等方面都有較高的要求，并且要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)和實(shí)驗(yàn)室之間的質(zhì)量控制和保證。
美國、日本和歐洲均已制定了環(huán)境中二惡英的排放標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)，而且針對不同基質(zhì)或?qū)ο螅▉碓矗┑臉悠酚胁煌亩河?biāo)準(zhǔn)分析方法，這主要是因?yàn)榛|(zhì)不同的二惡英樣品其前處理方法有很大的不同。例如美國已經(jīng)頒布的標(biāo)準(zhǔn)方法就包括了排氣、空氣、廢水、食品、生物樣品等各種基質(zhì)二惡英樣品的分析。
我國的國家環(huán)境分析測試中心及環(huán)保部國家二惡英重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室編制和使用的焚燒設(shè)施二惡英監(jiān)測分析方法等效于日本JISK0311-1999標(biāo)準(zhǔn)，采用同位素稀釋技術(shù)分析廢氣樣品中四至八氯代二苯并二惡英（PCDDs）和二苯并呋喃（PCDFs）。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JISK0311-1999）是建立在歐洲和美國現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，并結(jié)合了日本研究經(jīng)驗(yàn)編制而成的，具有更嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施和良好的可操作性。
為加強(qiáng)對二惡英類的監(jiān)測控制，我國在原有國家環(huán)境分析測試中心及中國科學(xué)院水生生物研究所二惡英檢測實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，從2003年起擬再建7個二惡英監(jiān)測中心。現(xiàn)已建成華南（國家環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究院）、華東（浙江。、華北（遼寧省）和西南（重慶市）4個二惡英監(jiān)測中心。正在籌建的有國家二惡英監(jiān)測中心（總站）、華中（湖北。┖臀鞅保兾魇。3 個二惡英監(jiān)測中心。
2.2 國內(nèi)外關(guān)于二惡英排放的控制
針對城市生活垃圾焚燒爐煙囪排氣中二惡英的排放，各國政府都制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。其中部分國家城市生活垃圾焚燒爐煙囪排氣中二惡英的排放標(biāo)準(zhǔn)見表1；我國城市生活垃圾焚燒爐、醫(yī)療廢物焚燒爐和危險廢物焚燒爐二惡英排放控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。
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3 科學(xué)焚燒，確保二惡英達(dá)標(biāo)排放
3.1 垃圾焚燒處置中降低二惡英的措施
3.1.1 原生垃圾前處理
對原生垃圾進(jìn)行前處理，可通過垃圾的前期分類，除去或減少其中的含氯物質(zhì)和重金屬，特別是銅和低熔點(diǎn)的重金屬，從待焚燒的垃圾來源上減少二惡英生成的誘因。如將重金屬濃度含量較高的廢舊電池及電器分揀出來，即可減少催化二惡英生成的重金屬含量；將塑料、廢棄輪胎從垃圾中分揀出來并采用分解或熱解的方法處理，可減少垃圾中的有機(jī)氯含量，也有利于減少二英的產(chǎn)生。
3.1.2 徹底焚毀垃圾
垃圾在焚燒爐內(nèi)得以徹底焚毀是減少二惡英類生成的主要控制措施之一。垃圾徹底焚毀也稱“3T”控制法，即，保證焚燒爐內(nèi)足夠高的溫度（Temperature）、煙氣在燃燒室內(nèi)停留足夠的時間（Time）、燃燒過程中適當(dāng)?shù)耐牧鳎═urbuLence）！渡罾贌廴究刂茦(biāo)準(zhǔn)》（GWKB3—2000）對焚燒爐技術(shù)性能指標(biāo)提出了嚴(yán)格的要求。規(guī)定焚燒爐內(nèi)溫度≥850℃時，煙氣需在爐內(nèi)停留≥2s的時間；焚燒爐內(nèi)溫度≥1000℃時，煙氣需在爐內(nèi)停留≥1s的時間，焚燒爐出口煙氣中氧含量要達(dá)到6%～12%。
流化床焚燒爐將高硫煤與垃圾混合燃燒，利用煤中的硫來抑制二惡英形成，在垃圾焚燒過程中添加脫酚劑實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)低溫脫氯，將大部分氣相中的氯轉(zhuǎn)移到固相殘?jiān)，從而可減少二惡英的爐內(nèi)再生成和爐后再合成。爐內(nèi)加鈣脫酚的效果與碳酸鈣質(zhì)量、鈣氯比以及反應(yīng)溫度相關(guān)。
3.1.3 在排氣系統(tǒng)收集、去除二惡英
（1）在低溫狀態(tài)下提高除塵器捕集二惡英的效率。降低除塵器入口側(cè)的排氣溫度至250℃以下。煙氣急冷可以抑制二惡英的再合成。
（2）噴霧狀活性炭粉末吸附法；钚蕴吭诔貢r，對二惡英等平面構(gòu)造的芳香族碳?xì)浠衔镉形叫裕龎m前噴霧狀活性炭粉末，能夠去除二惡英。
（3）用催化劑分解二惡英。作為去除二惡英的方法，除吸附處理之外，還有使用催化劑分解二惡英的方法。資料顯示，Skimobaira在其所設(shè)計的設(shè)備中將含有二惡英的焚燒爐飛灰在低于250℃的環(huán)境里，與半導(dǎo)體物催化劑拌勻，在紫外線照射下，二惡英被分解掉且不會重新生成。
（4）用納米管清除二惡英。美國密執(zhí)安大學(xué)化學(xué)工程系的一項(xiàng)研究表明，多壁碳納米管清除二惡英的效率較高。原因是：圍繞管軸的碳原子呈六方晶系排列，使二惡英的苯環(huán)與納米管表面強(qiáng)烈反應(yīng)，所需納米管可以從甲烷和廉價的鐵鎳催化劑中制備。
（5）在袋式除塵器中通過粉塵層可過濾含塵氣體，從而減少垃圾焚燒后飛灰中的二惡英類物質(zhì)的濃度。中德環(huán)保科技股份公司應(yīng)用活性碳纖維氈與布袋除塵器組合方式的發(fā)明專利能有效去除煙氣中的飛灰和氣相二惡英類。采用活性碳纖維氈吸附二惡英具有去除率高、維護(hù)方便等特點(diǎn)。
3.2 科技進(jìn)步促進(jìn)垃圾焚燒二惡英排放總量逐步下降大量實(shí)例從理論和實(shí)踐上都證明了垃圾焚燒二惡英的排放可以控制達(dá)標(biāo)，也為焚燒法處置垃圾提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。
德國垃圾焚燒廠二惡英排放量從1970年的250μg/t下降至1996年的0.5μg/t（見下圖）。
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2005年9月，德國環(huán)境部（BWU）在一份報告中指出，“盡管1985年以來，生活垃圾焚燒規(guī)模增加1倍，但由于執(zhí)行了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，生活垃圾焚燒已不再是大氣中二惡英、重金屬和煙塵等污染物的顯著排放源。在德國所有的66個生活垃圾焚燒廠中，由于按照法規(guī)要求配置了袋式除塵器，二惡英年排放量由400g下降到不足0.5g，降至約千分之一。”比較其他工業(yè)排放，該報告中指出，“生活垃圾焚燒污染物排放下降最顯著，在 1990年德國生活垃圾焚燒二惡英年排放量約占全部二英年排放量的1/3，而到2000年，這一比例下降到不足百分之一。”
根據(jù)美國環(huán)境署（EPA）2004年統(tǒng)計，美國生活垃圾焚燒發(fā)電廠的二惡英年排放量從1987年的1000g下降到到 2002年的12g，而2002年露天焚燒庭院垃圾所排放的二英當(dāng)量總計要超過600g （NickoLas J. ThemeLis 2004），是生活垃圾焚燒廠排放量的50倍。
據(jù)日本環(huán)境省專家是澤裕二2 0 0 8 年的研究報告，1997年日本二惡英的年排放量約為8000g，其中生活垃圾焚燒產(chǎn)生的二惡英約5000g，占62.5%；經(jīng)過努力，2004年日本二惡英的年排放量下降為350g，其中生活垃圾焚燒產(chǎn)生量僅為64g，占18.3%，7年間二惡英排放總量和生活垃圾焚燒二惡英排放量都大大下降。
奧地利環(huán)保部門2000年的一份資料表明，生活垃圾焚燒廠的二惡英排放濃度僅為燃煤爐的1/84，吸煙的1/14、汽車尾氣的1/10、木材燃燒的1/6、石油燃燒的 1/4，也低于煤氣、天然氣等氣體燃料燃燒室排放的二英濃度。
我國已投產(chǎn)的生活垃圾焚燒廠均委托國家批準(zhǔn)的專業(yè)監(jiān)測單位對二惡英的排放進(jìn)行了檢測。從監(jiān)測結(jié)果看，采用引進(jìn)設(shè)備或引進(jìn)技術(shù)的生活垃圾焚燒廠全部能達(dá)到二惡英的排放濃度≤0.1ngTEQ/m3的國際標(biāo)準(zhǔn)（我國的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為1.0ngTEQ/m3）。如：上海江橋焚燒廠二英的排放濃度為0.038ngTEQ/m3、上海御橋焚燒廠二惡英的排放濃度為0.018ngTEQ/m3、天津雙港焚燒廠二惡英的排放濃度為0.038ngTEQ/m3、廣州李坑焚燒廠二惡英的排放濃度為0.056ng TEQ/m3、深圳南山焚燒廠二惡英的排放濃度為0.031ngTEQ/m3、中山中心組團(tuán)焚燒廠二惡英的排放濃度為0.049ngTEQ/m3、豐泉醫(yī)療焚燒爐二惡英的排放濃度為0.011ngTEQ/m3、諸暨豐泉里浦生活垃圾焚燒廠二英的排放濃度為0.078ngTEQ/m3。
據(jù)瑞典和德國發(fā)布的職業(yè)安全調(diào)查報告，生活垃圾焚燒廠職工與其他人群相比，血液中的二惡英含量沒有明顯差異。
日本厚生勞動省每年公布二惡英類物質(zhì)對健康影響的調(diào)查結(jié)果，對在生活垃圾焚燒廠就職工作人員抽樣進(jìn)行常年跟蹤調(diào)查，將職工血液中的二惡英濃度與大阪市和琦玉縣一般市民的抽樣調(diào)查結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，生活垃圾焚燒廠工作人員與一般市民血液中的二英濃度無顯著差異。
4 結(jié)語
在科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)下，我國垃圾焚燒發(fā)展歷程體現(xiàn)了引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新、自主化的理念和實(shí)踐，并獲得實(shí)效。結(jié)合國情取得了低熱值、含水量和灰分較高的垃圾焚燒處理成果，為焚燒技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展開辟了道路。
應(yīng)用機(jī)電光氣一體化高新技術(shù)和設(shè)備建設(shè)垃圾焚燒廠，確保垃圾焚燒廠二惡英能達(dá)標(biāo)排放。按照《“十一五”全國城市生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》的安排，“十一五”期間，全國將建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電設(shè)備設(shè)施82個（其中東部地區(qū)56個），總處理能力將達(dá)到 66,600t/d，實(shí)現(xiàn)變廢為寶將會有力促進(jìn)我國循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
陳澤峰，汪建國. 世界垃圾焚燒100年[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2009.
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