走进二噁英:探索垃圾焚烧与二噁英的“难分难舍”
发布时间:2016-09-20

  关于垃圾焚烧与二噁英,媒体和公众存在许多错误的认识。虽然二噁英的危害客观存在,其毒性之强也绝不能轻视,但如把垃圾焚烧排放的痕量二噁英等同于“防毒”,二噁英的毒性看做是氰化物的1000倍,这些都是错误的认知。只有在充分认识两者关系的基础上,才能对二噁英进行预防和控制。

  二噁英类物质为“何物”

  二噁英类物质是多氯代二苯并-对-二噁英(简称PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(简称PCDFs)的总称(图1),是氯代三环芳香化合物。与之类似的还有12种多氯联苯(简称PCBs)同类物,现在也被世界卫生组织WHO和日本等国纳入了二噁英类的范畴,上述3种化合物都属于12种受斯德哥尔摩公约控制的持久性有机污染物(简称POPs)。

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图1 二噁英类分子结构图

  二噁英是一种对环境具有持久性污染力的化学物质,包括210种化合物。由于二噁英的生物富集作用非常强,而人体没有分解二噁英的能力,因此在逐级富集之后人体受危害程度最大。二噁英化学稳定性强,自然界的微生物和水解作用对二噁英分子结构影响较小,因此,环境中的二噁英类很难自然降解消除。

  二噁英类物质源自于“何处”?

  联合国环境规划署(简称UNEP)编制了二噁英和呋喃排放识别和量化标准工具包,共列出了10大类主要源类别,分别为①废弃物焚烧;②钢铁和其它金属生产;③发电和供热;④矿物产品生产;⑤交通;⑥非受控燃烧过程;⑦生产和使用化学品以及消费品;⑧其他来源;⑨废弃物处理;⑩潜在热点。

  环境中的二噁英类物质主要来源于人类生产活动释放的副产物,据美国环保局的报告,90%以上的二噁英类物质是由人类活动引起的,另外则是由于森林火灾、火山喷发等一些自然过程产生的。历史上含氯有机化学品的生产是二噁英类的重要来源。通过对美国湖泊底泥和英国的土壤、植被的研究发现,二噁英的含量在20世纪30-40年代才开始快速上升,而这段时间正对应于全球氯化工业迅猛发展的时期。

  同时,废弃物焚烧、钢铁生产以及有色金属冶炼等也被发现是二噁英的重要排放源。据了解,1977年Olive等人在荷兰阿姆斯特丹市废弃物焚烧炉排放的飞灰和烟道气中检出了二噁英类物质,此后的研究表明废弃物焚烧是许多国家环境中二噁英的主要排放源。15个发达国家的排放清单显示,1995年垃圾焚烧占到二噁英排放量的50%。

  垃圾焚烧与二噁英之间是“何缘”?

  (1)垃圾焚烧与二噁英的“怪论点”

  随着我国社会经济的不断发展,城市生活垃圾日益增多,人均日产量为1.2kg左右,并且以每年7%的速度递增,2014年全国城市垃圾清运量为1.79亿吨。焚烧法作为一种有效的减容减量的垃圾处理手段,得到了日益广泛的运用。据2014年中国环境状况公报显示,全国生活垃圾焚烧处理设施无害化处理能力为18.5万吨/日,占总处理能力的35.0%。然而,垃圾焚烧容易带来了二次污染,其中危害最严重的就是二噁英污染。

  现在有一种观点认为,二噁英是生活垃圾焚烧厂特有的公害问题,这是一种狭隘的认识。

  目前随着燃烧技术的发展以及排放标准的加严,垃圾焚烧后的二噁英排放量逐渐减少,并已得到控制。2005年德国发布一份研究报告表明,1990年德国二噁英排放总量约为1200g,其中由垃圾焚烧产生的二噁英约为400g,占1/3; 2000年德国二噁英排放量已减至低于 70g,其中由垃圾焚烧产生的不足0.5g,占不到1/100。

  根据美国环保局统计,美国生活垃圾焚烧厂排放二噁英已从1987年的1000g下降至2002年的12g,其成效的取得主要得益于在清洁空气法的强制作用下,实施了最大可行控制技术标准,对生活垃圾焚烧、杀虫剂生产、造纸氯漂白和再生铜生产为主的几个行业进行控制;而2004年美国庭院垃圾露天焚烧产生的二噁英排放量达600g。

  1997年全日本的二噁英排放量约为8000g,其中垃圾焚烧占了98%,到2004年全日本二噁英排放量仅为350g。德国、美国及日本的经验表明,随着技术进步与控制,垃圾焚烧已不是二噁英排放的主要产生源。

  同时,二噁英是有机物与氯一起加热就会产生的化合物,是一种普遍的化学现象。在空气、土壤、水和食物中都能发现二噁英的存在,火山爆发以及森林火灾更是自然界二噁英的主要来源。据有关报道,人类生活垃圾焚烧厂烟气中二噁英的浓度范围约为10-4-10-6mg/m3之间,对周围环境空气质量的影响非常微小。纵观二噁英污染史就会发现,世界各国曾发生多次的二噁英污染事件几乎都与生活垃圾焚烧厂的烟气排放无关,包括1999年发生在比利时引起世界范围恐慌的动物饲料二噁英污染事件。

  (2)二噁英在焚烧过程中的形成之路

  焚烧过程中二噁英生成主要通过三种途径,即高温生成、从头合成和前驱物合成。

  ①高温生成,二噁英的高温生成主要是垃圾炉膛高温区(500~800℃)生成的氯苯和氯酚等氯代前驱物通过自由基缩合、脱氯等反应过程生成二噁英。

  ②从头合成,从头合成反应是指碳、氢、氧以及氯等元素通过基元反应生成二噁英,或者由化学结构不相近的不含氯元素的有机物与氯源发生反应生成,飞灰残碳的氧化反应的副反应。

  ③前驱物合成,二噁英类前驱物可以是氯苯、氯酚等化学结构与二噁英类相似的物质,也可以是分子结构与二噁英类不相似的不含氯有机物。上述前驱物在350℃左右下最易合成二噁英类。

  总的来说,二噁英在焚烧炉中的形成条件主要有:适宜的温度,200~500℃;前驱体物质,主要是含苯环的有机物;氯的存在;铜、铁等金属催化剂。

  二噁英在垃圾焚烧中“何控”?

  在生活垃圾焚烧过程中,要消除二噁英,必须采取如下措施:

  ①限制污染源,对焚烧后易产生二噁英的废物进行回收利用, 限制焚烧垃圾量,进行垃圾分类处理。通过预分拣的方法来减少生活垃圾中氯和重金属含量高的物质进入垃圾焚烧系统,对含氯化合物垃圾则可采用填埋的方式。

  ②选用符合国家标准《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)(该标准规定了焚烧炉基本技术性能指标)的焚烧炉。焚烧处理系统主要有四个子系统:前处理和进料系统、焚烧系统、助燃供风系统和烟气处理系统。其他还包括炉渣以及废水的处理、锅炉的供水以及余热的回收利用系统。其中最核心的是焚烧系统,即垃圾焚烧锅炉。

  目前主要的垃圾焚烧锅炉有机械炉排炉、流化床焚烧炉和回转式焚烧炉,流化床焚烧炉由于掺煤燃烧,温度控制较好,在二噁英控制方面比机械炉排炉更好。其次,要提高炉膛温度,一般来说二噁英在高于850℃的情况下在2s内可完全分解。所以,尽量要确保锅炉焚烧温度稳定在850℃以上,且燃烧要连续进行。

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  ③采用先进的垃圾气化熔融焚烧技术,淘汰落后的垃圾焚烧技术和设备。该技术可以更高效地回收生活垃圾中的资源、能源,同时能满足更严格的垃圾焚烧污染排放标准,力图使这类二次污染物排放值降至最低;熔融后的熔渣是一种一种优良的建筑材料,不仅提高了资源利用率,而且减轻了填埋处置场的负担。

  ④采用先进的烟气净化处理工艺。活性炭喷射、布袋除尘器以及二噁英催化降解技术是去除烟气中二噁英类物质的有效途径,我国大型生活垃圾焚烧烟气净化系统基本上采用“半干法脱酸+活性炭喷射吸附二噁英+布袋除尘器除尘”的烟气组合处理工艺。

  垃圾焚烧作为“十三五”规划中一个重中之重的内容,垃圾焚烧与二噁英“难分难舍”的状态将依旧存在,小编希望通过总结和普及一些科学研究成果和事实,让普民众能更好的认识垃圾焚烧和二噁英,从身边做起,尽量使用低污染及可回收再利用材质的物品,做好垃圾资源回收分类,你get到了吗?

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