生活垃圾焚燒發電廠的環境風險評價
摘要:垃圾焚燒技術兼具環境效益和經濟效益，環境風險評價的結論是該類項目選址的關鍵問題之一。在分析中國城市生活垃圾排放現狀和生活垃圾焚燒項目環境風險的基礎上，分析了二惡英風險事故的環境影響及環境防護距離的計算方法與傳統衛生防護距離的差異，并以秦皇島生活垃圾焚燒發電廠為實例進行了計算。結果表明:在不同工況下人體經呼吸每日最大攝入二惡英的量均遠小于允許攝入量參考標準值，環境防護距離確定方法更為科學和人性化，有利于消除公眾對此類建設項目的誤解。
關鍵詞:生活垃圾焚燒,環境風險評價,環境防護距離,二惡英
0 引言
城市垃圾的無害化處理是城市發展需要面臨的一個嚴重問題，中國城市生活垃圾清運量從1982 年的31. 25 × 106 t 增長到2004 年的155. 09 × 106 t，增長了近5 倍［1］，城市垃圾的增長速度有的已經高達20%［2］。
目前，中國的生活垃圾處理方式以填埋為主［2］，該方式投資和運行費用相對較低，但減容效果差，占用大量的寶貴土地資源，同時會造成地下水和土質污染，填埋沼氣和滲濾液收集和處理難度也較大。垃圾焚燒發電技術可以對垃圾進行無害化、減量化處理，同時又可以利用垃圾焚燒的余熱發電，實現廢棄資源的綜合利用，兼具環境效益和經濟效益。國內部分興建垃圾焚燒廠，現已建成投產的代表性項目有廣東珠海、浙江寧波、上海御橋、蘇州蘇能、天津雙港、無錫惠聯、溫州永強等［3］，預計在未來的15 年內，全國垃圾焚燒處理量將占總處理量的5% ～ 15%［4］。
生活垃圾的焚燒處理不可避免的會帶來二次污染問題，尤其是焚燒煙氣中的二惡英以及垃圾堆存產生的惡臭氣體，因此該類項目的選址一直是判斷該項目是否可行的關鍵問題。目前，垃圾焚燒發電項目的選址主要依據是環發［2008］82 號《關于加強生物質發電項目環境影響評價管理工作的通知》的相關要求。
本文以秦皇島生活垃圾焚燒發電廠作為實例，研究生活垃圾焚燒發電廠的環境風險評價方法。
秦皇島生活垃圾焚燒發電廠設計焚燒垃圾量 1 000 t / d，建設2 臺處理能力500 t / d的機械爐排垃圾焚燒爐，配套2 × 9MW 凝汽式發電機組。該工程煙氣凈化設計采用“SNCR 脫硝+ 半干法脫酸+ 活性炭吸附+ 布袋除塵器”的組合工藝，焚燒煙氣凈化后經 80m 煙囪排放，其中二惡英排放濃度達到歐盟2000 / 76 /EC 標準規定的0. 1 ngTEQ /m3 ;垃圾倉保持負壓狀態，垃圾倉和滲濾液處理站產生的惡臭氣體均送入焚燒爐作為助燃空氣，焚燒爐停爐檢修時，臭氣經由設置在垃圾倉上部的活性炭吸附式除臭裝置凈化后由排風機排放到大氣中。該工程的惡臭污染源和環境風險源在聯合主廠房內。根據該工程的總平面布置，距離聯合主廠房最近的環境敏感目標為SE 方向 420 m 的萃文中學和W 方向680 m 的柳村。
1 環境風險分析
垃圾焚燒發電項目運行過程所使用的主要設施與設備包括垃圾倉、垃圾焚燒爐、煙氣凈化系統等，所使用到的輔助材料主要有消石灰和活性炭，燃料為生活垃圾和少量輕柴油，垃圾處理過程中產生的污染物主要為煙塵、SO2、HCl、NOx、重金屬、二惡英類、垃圾滲濾液和焚燒飛灰等。
1. 1 設備危險性分析
焚燒過程中潛在危險性。垃圾焚燒爐出現故障，導致爐膛內溫度無法達到850 ℃或煙氣在爐內停留時間不到2 s，會造成二惡英污染物的排放量增大。飛灰運輸事故潛在危險性。飛灰運輸罐車事故，嚴重的導致貯罐破裂，飛灰進入沿途水體、土壤等，使事故沿途環境受到污染。
火災、爆炸事故潛在危險性。包括工藝、設計因素、設備因素、管理因素、環境災害因素所引發的火災和爆炸事故。
1. 2 物質危險性
生活垃圾焚燒發電廠處理的垃圾是非特殊垃圾，燃料不屬于有毒有害物質。運行過程中所使用的輔助材料為固態、粉狀物質，在環境中穩定存在。點火燃料為0 號輕柴油，屬于易燃品，用量與儲存量均很小。焚燒過程中產生的二惡英和焚燒飛灰為主要風險物質。
生活垃圾焚燒發電項目的焚燒飛灰均可通過固化穩定、高溫熔融等技術實現無害化處理，只要在運輸過程中加強管理，發生環境風險事故的可能性很小;而火災、爆炸事故更多的屬于安全科學的范疇。鑒于垃圾焚燒發電項目的公眾關注重點，本文以下主要針對焚燒煙氣的二惡英風險事故進行重點研究。
2 二惡英排放事故風險分析
2. 1 非正常排放事故
垃圾焚燒發電項目運行過程中的突發設備故障可能會造成煙氣二惡英排放量的短時間增大甚至超標排放。參考中國科學院大連化學物理研究所現代分析中心對某垃圾焚燒發電廠布袋除塵器前后二惡英濃度檢測結果，布袋前二惡英最大濃度為4. 956 ng TEQ /m3 ，布袋后二惡英最大濃度為0. 066 ng TEQ / m3 ，本文同時參考目前我國垃圾焚燒發電廠的實際運行情況設計了正常排放工況與非正常排放工況，以了解不同工況下二惡英攝入量的達標情況。
正常工況，煙氣中二惡英排放濃度為0. 1 ng TEQ /m3。
非正常工況:1) 布袋除塵器發生少量布袋破損，煙氣中二惡英排放濃度短時增大至1 ng TEQ /m3 ，該故障基本可在1 h內完成修復并轉入正常工況;2) 二惡英凈化系統完全失效，煙氣中二惡英排放濃度增大至6 ng TEQ /m3 ，預計在6 h內完成調試修復轉入正常工況，如不能修復則停機處理。
關于二惡英的環境質量標準和人體攝入參考標準，我國尚無相應的規定，根據環發［2008］82 號的規定，經呼吸進入人體的二惡英攝入量的評價標準參考世界衛生組織(WHO) 二惡英人體每日可耐受攝入量 4 pg TEQ / kg，經呼吸進入人體的允許攝入量按每日可耐受攝入量的10% 計，人體體重按照平均60 kg進行估算，成人每天經呼吸進入人體的空氣約為12 ～ 15 m3 ，取上限15 m3。
根據不同工況的出現時間和最大落地濃度出現的氣象條件，預測出不同工況下人體經呼吸每日最大二惡英攝入量，結果見表1。
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由表1 的計算結果可知:在正常工況和不同的非正常工況下人體經呼吸每日最大攝入二惡英的量均遠小于允許攝入量參考標準值。
2. 2 焚燒爐爆炸極端事故
模擬在極端風險狀況下，發生突發設備或操作事故，造成運行時發生焚燒爐全部爆炸，致使未經高溫破壞的二惡英隨煙氣瞬時從爐膛溢出。鍋爐發生爆炸后，二惡英隨煙氣擴散至外界，煙氣中二惡英濃度為6 ng TEQ /m3 ，一臺焚燒爐爆炸時溢出氣量約為 1 650 m3 ，由此推算2 臺焚燒爐同時爆炸事故下二惡英的排放量約為19 800 ng TEQ。
不考慮爆炸過程中煙團的膨脹，2 臺鍋爐同時爆炸瞬間煙團的體積約為3 300 m3。以靜小風0. 5 m / s， D 類穩定度條件下預測煙團中心的移動速度并確定相應的擴散參數。
2. 2. 1 計算模式
對有毒有害物質在大氣中的擴散，采用環境風險評價技術導則推薦的多煙團模式進行計算，見式(1) :
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2. 2. 2 預測結果
在不利氣象條件下，根據鍋爐爆炸后經歷時間及落地濃度計算出鍋爐爆炸下人體二惡英類每日最大攝入量，結果見表2。
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由表2 可以看出，在0. 5 m / s的小風速條件下，煙團沿下風向軸線移動并不斷膨脹，爆炸歷時400 s后，鍋爐爆炸點下風向160 m處的人體攝入量貢獻值為 19. 62 pg TEQ，與現狀監測背景值疊加后可滿足 24 pg TEQ / d 的要求。
3 環境防護距離
3. 1 衛生防護距離與環境防護距離
3. 1. 1 衛生防護距離的概念
根據我國現行的環境標準，衛生防護距離主要是針對不通過排氣筒或通過15 m高度以下排氣筒的有害氣體無組織排放，對衛生防護距離的定義為:產生有害因素的部門( 車間或工段) 的邊界至居住區邊界的最小距離。
在目前的環境影響評價工作中，除油漆、碳素、制膠、水泥等特殊工業企業以國標的形式規定的最低衛生防護距離限制外，其他各類工業項目均按照GB /T 3840 － 91《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》中規定的公式計算相應的衛生防護距離計算。
3. 1. 2 環境防護距離的內涵
環發［2008］82 號首先出現了環境防護距離的提法，規定根據惡臭污染物無組織排放源強計算的結果并適當考慮環境風險評價結論提出合理的環境防護距離，且新改擴建項目環境防護距離不得小于300 m。
與傳統衛生防護距離概念不同的是，環境防護距離除了考慮有害氣體的無組織排放，同時又增加參考了環境風險評價相關結論，特別適合垃圾焚燒發電這種兼具有惡臭污染物無組織排放和一定二惡英類環境風險的建設項目，有利于完善環境影響評價結論，進一步消除周邊公眾對此類建設項目的誤解。
3. 2 衛生防護距離的確定
在非正常工況下，本項目NH3 和H2 S 的預測排放量為0. 79 kg / h 和0. 02 kg / h。根據GB /T3840 － 91 中提供的公式進行計算，NH3 的衛生防護距離不少于 265 m，H2 S 的衛生防護距離不少于167 m。根據GB / T3840 － 91 要求以100 m為級差向上取整，本項目衛生防護距離為焚燒主廠房外300 m。
3. 3 環境防護距離的確定
存儲垃圾的垃圾倉是產生惡臭氣體的主要產生源，惡臭物質的主要污染物為NH3 和H2 S。正常工況時惡臭氣體均送入焚燒爐作為助燃空氣不外排，焚燒爐停爐檢修時臭氣經由設置在垃圾倉上部的活性炭吸附式除臭裝置凈化后排放到大氣中。采用長期氣象條件，逐日、逐次計算惡臭類污染物的最大落地濃度出現距離或最大達標距離。計算結果表明:惡臭類污染物NH3 和H2 S 各方向上的最大落地濃度均不高于TJ36 － 79《工業企業設計衛生標準》中的居住區大氣中有害物質的最高容許濃度限值，最大落地濃度的出現距離在垃圾倉周圍60 m 范圍內。
在極端環境風險事故下，人體經呼吸日二惡英攝入量最大達標距離160 m，為此，取最大距離為 160 m。根據新改擴建項目環境防護距離不得小于 300 m的規定，本項目以平面布置為準，在惡臭污染源和主要風險源焚燒主廠房外設置300 m的環境防護距離，在防護距離范圍內嚴禁新建居民聚居區、學校、醫院等敏感點，距離本項目最近的萃文中學和柳村均處于環境防護距離之外。
3. 4 比較分析
單純從計算結果來看，傳統方法衛生防護距離的實際計算結果大于環境防護距離的計算結果，但國家明確規定環境防護距離不得小于300 m，具體到該項目，兩種計算方法確定的防護距離均為焚燒主廠房外300 m。
但從衛生防護距離和環境防護距離各自計算方法的內涵來看，環境防護距離對于惡臭類污染物逐日、逐次的計算最大落地濃度所出現的距離，并增加了對環境風險事故的考慮，具體體現在風險事故狀況下人體二惡英攝入達標的距離，使得環境防護距離的劃定結果更為人性化，更有利于消除公眾由于不了解而對此類建設項目的恐懼。
4 結論
1) 垃圾焚燒發電項目主要風險事故包括焚燒過程中的非正常運行、飛灰運輸遺撒和火災、爆炸等，主要的環境風險物質為煙氣中的二惡英和焚燒飛灰。
2) 本文的實證計算結果表明，在不同工況下人體經呼吸每日最大攝入二惡英的量均遠小于允許攝入量參考標準值，且衛生防護距離與環境防護距離兩種方法確定的防護距離是一致的。
3) 環境防護距離的計算充分考慮了垃圾焚燒項目的惡臭類污染物和環境風險事故的影響，使得該類環境影響評價結論更加科學、人性，有利于消除公眾對此類建設項目的誤解。
參考文獻
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［2］ 張憲生，沈吉敏，厲偉，等. 城市生活垃圾處理處置現狀分析［J］. 安全與環境學報，2003，3(4) : 60-64.
［3 ］ 時璟麗，張成. 垃圾焚燒發電技術在我國的應用及發展趨勢［J］. 可再生能源，2005(2) : 63-66.
［4］ 孫冬，王玉才，謝春梅. 垃圾焚燒煙氣中污染物對人體健康風險評價［J］. 環境衛生工程，2004，12(3) : 144-147.
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