北京市生活垃圾焚燒現狀及二惡英排放減排建議
摘要：垃圾焚燒有望成為北京市生活垃圾主要的處置方式，分析了北京市生活垃圾焚燒現狀和生活垃圾焚燒廠二惡英排放情況，并對垃圾焚燒產生的二惡英總量提出科學可行的減排建議。
1 北京市生活垃圾焚燒現狀與發展趨勢
北京市生活垃圾焚燒行業近幾年發展迅速，由生活垃圾年焚燒量和焚燒比例(見圖1)可以看出，北京市生活垃圾年焚燒量由2008年的1.26×10 t增加到2014年的1.56×10 t，增加了12.4倍;焚燒比例由2008年的1.87%增加到2014年的21.36%，增加了11.4倍。到2016年，北京市生活垃圾年焚燒量預計將達到3.00×10 t。焚燒比例將達到40%。伴隨著北京城市化進程的加快、生活垃圾產生量的逐年增加和生活垃圾熱值的提高，焚燒技術將成為北京市生活垃圾首選的處置方式。
北京現已運行的生活垃圾焚燒廠有3座，包括高安屯、魯家山、順義生活垃圾焚燒廠。2016年投產運行的有3座，包括高安屯二期、海淀焚燒廠、南宮焚燒廠。開始建設的有阿蘇衛生活垃圾焚燒廠。未來5～10a，北京市生活垃圾焚燒處理技術將達到發達國家水平。北京市垃圾焚燒廠都采用了機械爐排爐焚燒技術，其特點是進料垃圾前處理過程簡單。而且北京市大部分垃圾焚燒廠具有發電能力，可為北京市民提供用電。北京市生活垃圾焚燒廠的基礎參數指標如表1所示。
2 北京市生活垃圾焚燒二惡英排放水平
目前成熟的垃圾焚燒煙氣凈化技術主要有干法加布袋除塵器、半干法加布袋除塵器和濕法3種，其中半干法加布袋除塵器技術經濟性和污染物去除效果都較好，是目前垃圾焚燒煙氣凈化應用最廣的技術。北京市生活垃圾焚燒廠采用“半干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵+SCR脫硝”的煙氣組合處理工藝，去除生活垃圾焚燒過程中產生的二惡英。表2給出了北京市2座大型垃圾焚燒廠煙氣中二惡英濃度數值和年排放量數值。煙氣中二惡英排放量與濃度的關系可用公式(1)和(2)表示。
生活垃圾焚燒產生的飛灰中也含有二惡英，與煙氣相比，飛灰中二惡英的檢測數據更少。研究表明，機械爐排爐焚燒飛灰中二惡英含量約為流化床焚燒爐的10倍，達到了6.7ng—TEQ/g。北京市生活垃圾焚燒每年要產生數萬噸的飛灰，飛灰中二惡英的總量高，應當加以控制。
3 生活垃圾焚燒二惡英污染減排建議
3.1 焚燒前控制
研究證實，含氯有機物是形成二惡英的主要前驅體，含銅和含鐵的物質在二惡英的生成中起著催化作用，因此在垃圾焚燒之前應當對垃圾進行前處理，避免含氯有機物和過渡金屬進行混合焚燒，利于減少后續焚燒處理過程中二惡英形成。
3.2 焚燒中控制
1)添加抑制劑。在焚燒爐中添加氨、硫、尿素或其他抑制劑(抑制或減緩化學反應)，可以抑制焚燒過程中二惡英的形成，二惡英生成量可降低90%。氨水和尿素是堿性物質，能夠與形成二惡英的中間體酚類物質發生中和反應，阻滯了Ulman反應的發生，進而減少二惡英的生成。硫的存在可以消耗體系中存在的氯，阻止芳香取代反應的發生。同時硫可以與飛灰中的Cu發生反應，使CuO變成CuSO4，降低飛灰的催化活性。
2)控制反應溫度。二惡英在垃圾焚燒過程中可以通過2種途徑產生，一種是通過前驅體合成，即含氯的有機物前驅體或是不含氯的有機物前驅體與氯源，在500～800℃發生反應，生成二惡英;另一種是通過“de novo合成(從頭合成)”，即含氯、氫、氧的物質，首先吸附在飛灰顆粒表面，在催化劑的作用下，在300oC發生反應生成二惡英。
根據生活垃圾焚燒標準，一般垃圾焚燒爐的設計要求是保證煙氣在850℃及以上溫度停留時間大于2 s，在實際焚燒過程中，可適當提高焚燒溫度及停留時間，消除產生二惡英的反應條件。研究證實，在垃圾焚燒過程中，可以設置一個溫度特別高的區域(1 200℃以上)，且保證有效的停留時間，生活垃圾焚燒過程中幾乎不產生二惡英前驅體，大大降低了后期的重新合成幾率，抑制二惡英的生成。同時研究還發現，在溫度高于1 200oC時，通過de novo合成反應生成的二惡英也會被迅速的分解掉，分解率可以達到99%以上。
3.3 焚燒后控制
1)煙氣中二惡英的脫除。煙氣中二惡英控制常采用的方法有活性炭吸附、選擇性催化分解、堿性物質吸附等。
活性炭吸附是利用活性炭較大的比表面積吸附二惡英類物質，該種方法對二惡英的脫除效率能夠達到95%以上。但是此方法活性炭消耗大，而且還需要對殘渣進行處理。
選擇性催化氧化一般用于燃煤發電廠脫NOx，但也用在城市生活垃圾焚燒廠脫除二惡英。研究表明，采用TiO2一V2O5一WO3催化劑在選擇性催化還原裝置中研究焚燒煙氣二惡英物質的分解，結果表明，近90%的二惡英實現了分解轉化。選擇性催化氧化面臨的最大問題是催化劑中毒，開發能夠滿足在煙氣這種復雜條件下尚能工作的催化劑還需要進一步的研究。
堿性物質吸附處理煙氣中的二惡英也比較常用，常采用的方法是兩階段式洗滌塔，在第1階段噴入石灰石，消除HC1、HF等酸性氣體，抑制二惡英的生成。第2階段再噴入蘇打、碳和專用添加劑來破壞形成的二惡英物質，但堿性物質吸附的方法尚不成熟。
2)飛灰中二惡英的脫除。熱處理技術是比較常用的灰渣處理技術。將灰渣送人溫度為1200℃以上的熔融爐內熔化，飛灰中的二惡英在高溫下，被迅速的分解和燃燒。通過熔融處理后，一般二惡英的分解率能達99%以上。
研究表明，飛灰中添加金屬氧化物抑制劑可以降低二惡英的排放，實驗中將飛灰和各抑制劑混合后在280℃保持2h，具體效果見表3。這些物質對二惡英的抑制效果都達到了99%以上。
4 結論
隨著北京城市生活垃圾產生量逐年增加，焚燒優勢逐漸凸顯，焚燒會成為生活垃圾處理的首選方式，2016年焚燒比例將會達到40%。北京市垃圾焚燒廠都采用爐排爐焚燒技術。生活垃圾焚燒排放大量的煙氣和飛灰，二惡英排放總量多，應當采取措施加以控制。減少生活垃圾焚燒二惡英的排放總量，焚燒前做好細致的前處理工作，進一步改善焚燒爐的焚燒條件，控制反應溫度和時間，添加反應抑制劑，對反應后產生的煙氣和飛灰應當進行凈化處理。
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