城市生活垃圾焚燒處理方法目前已成為各國處理廢棄物最主要的和最有效的技術(shù)之一。但是，焚燒過程中不可避免地會產(chǎn)生大量的污染物，如顆粒物、酸性氣體、重金屬以及二噁英。這些污染物對人體健康存在著極大的危害，而尤以二噁英的毒害最大，去除難度也最高，因此世界各國的許多專業(yè)人士正不斷地在尋找消除二噁英的行之有效的方法。本文將重點(diǎn)介紹在城市生活垃圾焚燒發(fā)電工程中二噁英的主要控制、減排方法和措施。

在大力倡導(dǎo)“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的今天，伴隨著自然資源再利用的口號，現(xiàn)代化的城市生活垃圾焚燒發(fā)電工程不斷新建。垃圾焚燒工程不但因處置收益及環(huán)保發(fā)電上網(wǎng)優(yōu)價政策的鼓勵而成為目前許多投資者新的投資方向，而且也是涉及市政建設(shè)及城市環(huán)衛(wèi)事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)。眾所周知，焚燒會產(chǎn)生諸如SOx,NOx,CO,CO2,亞微粉塵甚至二噁英(PCDDs)及呋喃(PCDFs)等對環(huán)境對人體極其有害的物質(zhì)。如何有效地控制這些物質(zhì)的排放，已成為建設(shè)一個現(xiàn)代化垃圾焚燒發(fā)電廠所首先要考慮的問題，也成為許多政府部門在BOT招標(biāo)中考量的重要方面。

二噁英的生成來自于自然界與人工。目前的研究表明，二噁英大部分來源于人工工程的產(chǎn)物。焚燒被認(rèn)為是二噁英的主要制造源。中國已于2004年加入”斯德哥爾摩”協(xié)定（Stockholm Convention），將根據(jù)協(xié)定致力于二噁英類持久性有機(jī)污染物POPｓ的減排。

一、二噁英的理化特點(diǎn)

目前通常我們所稱的二噁英實(shí)為二噁英類化合物的統(tǒng)稱，包括二噁英族(PCDDs)及呋喃(PCDFs)。二噁英類物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)為三環(huán)芳香族含氯碳?xì)溲趸衔铮灿邪藗€位置能與氯原子結(jié)合。因氯原子數(shù)及位置不同，PCDDs共有75種同源物，與此對應(yīng)PCDFs則有135種之多。這些同源物質(zhì)的化學(xué)物理及毒性不盡相同。由2,3,7,8- 四氯二噁英毒性最強(qiáng)，因此最受關(guān)注，其余則通常以計算之后的毒性當(dāng)量(International Toxic Equivalants, I-TEQ)來表示。2,3,7,8- 四氯二噁英的毒性當(dāng)量系數(shù)TEF(Toxicity Equivalency Factor,)定義為1，其他衍生物的毒性為其相對值，一般隨氯取代基的增加，毒性減小。

二噁英具有親脂性，進(jìn)入人體后易在脂肪中進(jìn)行累積，進(jìn)而對人體產(chǎn)生毒害。這種被稱為歷史上最毒的合成毒之一的物質(zhì)，不但會致癌，而且也會造成人體生殖異常，免役異常及荷爾蒙異常。其理化特性表現(xiàn)為高熔點(diǎn)與高沸點(diǎn)。水中溶解性不大，室溫下為固體，隨氯取代基之增加(一氯~八氯)，分子量(218.5~400)以及溶、沸點(diǎn)(114.3ºC ~332ºC)隨之上升，而水溶性(318g/L,25ºC~0.0004g/L,20ºC)則隨之降低,揮發(fā)性也越低。

二、在生活垃圾焚燒工程中二噁英的形成機(jī)理

在原生垃圾中存有大量氯基物質(zhì)，俗稱其二噁英是超標(biāo)存在的。焚燒爐入爐垃圾二噁英含量一般為5~57ng TEQ/kg。的當(dāng)焚燒溫度在550ºC ~700 ºC時迅速(0.1~0.2s)會產(chǎn)生大量的二噁英。大型生活垃圾焚燒工程的研究結(jié)果表明，25%的PCDDs和90%的PCDFs在焚燒的高溫?zé)煔?43ºC ~487ºC生成，當(dāng)焚燒煙氣達(dá)到850ºC以上超過2秒時，聚合物的反應(yīng)速度遠(yuǎn)小于二噁英的分解速度，其分解率可達(dá)98%以上。

二噁英的煙氣從高溫降到低溫在250ºC ~500ºC之間時會再合成，其合成機(jī)理主要是”de-novo”機(jī)理和前驅(qū)物(Precursors)催化生成PCDDs。PCDDs主要合成途徑有ullmann縮合反應(yīng)、自由基反應(yīng)、鄰苯二酚反應(yīng)及取代反應(yīng)四種。而PCDFs的合成途徑則有多氯聯(lián)苯氧化、多氯酚的聚合反應(yīng)及多氯酚與多氯苯的反應(yīng)等三種。

De-novo合成反應(yīng)物質(zhì)主要為巨分子的碳結(jié)構(gòu)，包括活性碳，焦碳，生煤灰，飛灰，殘留碳等，這些物質(zhì)經(jīng)反應(yīng)催化形成PCDDs，高峰溫度在300ºC左右。前驅(qū)物的異相催化反應(yīng)為較小的有機(jī)分子，包括丙稀，甲苯，氯苯，氯酸等。低溫催化反應(yīng)的前驅(qū)物可以是氯酚，氫苯等化學(xué)結(jié)構(gòu)與二噁英類似的物質(zhì)也可以是分子結(jié)構(gòu)不相似的不含氯有機(jī)物，如脂肪族化合物，芳香族化合物，乙炔和丙稀。

De-novo所需的氯主要是由Deacon Process反應(yīng)在Cu 2+等的催化下從HCL轉(zhuǎn)化而來。飛灰表面的金屬或金屬氧化物在de-novo時表現(xiàn)出強(qiáng)催化性的主要物質(zhì)有氯化銅、氯化鐵、氧化鎳、氧化鋁等。研究表明，前驅(qū)物濃度，氯的濃度，溫度，催化劑，含氧量及含硫量對生活垃圾焚燒過程中的二噁英的生成及排放有重要影響。

三、二噁英的減排及控制技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市生活環(huán)保要求變得越來越迫切，控制及減排二噁英成為必需。二噁英的減排及控制技術(shù)主要是從降低前驅(qū)物的形成及處理己生成的二噁英入手。其處理技術(shù)可分為前處理，過程控制減排技術(shù)與尾氣處理技術(shù)三大類。

1、 前處理技術(shù)減排二噁英

該種技術(shù)是在垃圾進(jìn)爐前控制其二噁英生成的必要元素。理論上講這是最佳冶本的科學(xué)方法，但在工程實(shí)踐中受到設(shè)備等方面的限制，實(shí)現(xiàn)較為困難。

2、 過程控制技術(shù)減排二噁英

該技術(shù)減排二噁英的主要方法是針對燃燒條件的控制，避開PCDDs/PCDFs再合成的峰值溫度區(qū)域250ºC ~500ºC，減少前驅(qū)物及二噁英的合成。

完全燃燒

保持垃圾燃繞在850ºC以上，煙氣停留時間大于2秒,實(shí)現(xiàn)”3T+E”工作原則。

1T:燃燒溫度(Temperature),2T:停留時間(Time),3T:紊流度(Turbulence),E: 過氧控制(Excess)。

氧量控制

在300 ºC的環(huán)境中二噁英的濃度主要取決于氧含量的多少。缺氧的環(huán)境中二噁英的濃度在下降。沒有氧氣則沒有二噁英生成，過氧環(huán)境中二噁英的濃度大大增加。一般工程中控制氧量在8%以下。（研究表明減少50 % 的氧氣就可以減少30 % 的二噁英的再次形成）。

添加抑制PCDDs/PCDFs生成劑

研究表明，S可以通過形成硫磺酸，鹽酸前驅(qū)物或含S化合物而抑制PCDDs/PCDFs的形成。德國，美國等國家進(jìn)行了針對性研究，國內(nèi)浙江大學(xué)已率先開展煤的添加對抑制二噁英的機(jī)理研究，并在流化床焚燒爐上成功進(jìn)行工程實(shí)踐。在爐排技術(shù)上目前還沒有應(yīng)用該技術(shù)，因煤粉可能會進(jìn)入活動爐排間隙造成并加劇爐排機(jī)械摩損。

驟冷

以避開峰區(qū)(250ºC -400ºC)。通過煙氣的高流速、鍋爐的大小以及與猝熄反應(yīng)器的直接連合(很快地冷卻)可以將煙氣在重新形成的溫度范圍內(nèi)（250ºC-450ºC）的停留時間降到最短。

完全除酸

去除PCDD/PCDFs之前驅(qū)物。

避免粉塵

粉塵是催化劑的載體。通過合理的鍋爐設(shè)計可以在煙氣溫度達(dá)到450ºC之前大量減少煙氣中的粉塵含量。

3、 尾氣處理技術(shù)減排二噁英

二噁英末端控制因其具有“Police Filter”功能而廣泛采用。包括Remedia®催化過程系統(tǒng)，選擇性催化分解法(Selective Catalytic Reaction, SCR)，固定床活性碳法及活性碳噴注法。

（1）催化過濾Remedia ® 技術(shù)介紹

美國戈爾公司1998年首創(chuàng)Remedia®工藝，用催化濾袋解決垃圾焚燒中的二噁英控制，成為一種新的技術(shù)（見圖1）。這種辦法與傳統(tǒng)的PAC（活性碳粉末吸附）法相比較具有以下特點(diǎn)：

①氣態(tài)的二噁英被徹底分解而不是被吸附在固體顆粒表面通過轉(zhuǎn)移仍然存在；

②系統(tǒng)不再需要化學(xué)物質(zhì)（活性碳）及喂料裝置；

③新技術(shù)實(shí)施非常簡單，不需要改造已有機(jī)械設(shè)備；

④減少了二噁英再合成的潛在可能；

⑤系統(tǒng)集成了極高粉塵捕集率，低過濾壓降，長機(jī)械壽命等戈爾ePTFE薄膜濾袋的優(yōu)勢。

圖1    Remedia®  技術(shù)的系統(tǒng)流程

這種系統(tǒng)實(shí)際上是集成了兩種技術(shù)：“催化過濾”技術(shù)與“表面過濾”技術(shù)。系統(tǒng)由ePTFE薄膜與催化底布所組成。底布是一種針刺結(jié)構(gòu)，纖維是由膨體聚四氟乙稀復(fù)合催化劑所組成。這種覆膜的催化氈材料能夠把PCDD/F在一個低溫狀態(tài)（180ºC~  260ºC）通過催化反應(yīng)來進(jìn)行徹底摧毀，即在催化介質(zhì)表面二噁英被分解成CO2，H2O和HCL。（見圖2）

圖2   傳統(tǒng)減排二噁英的方法與Remedia®  技術(shù)

這種濾袋表面仍然有ePTFE的膜來捕集亞微粉塵，這種膜就是Gore-Tex®薄膜，能阻擋任何細(xì)微的顆粒穿透到底布中。就這樣，表面的薄膜承擔(dān)了阻擋任何吸附了PCDD/F的顆粒的功能，氣態(tài)的 PCDD/F穿過薄膜進(jìn)入催化氈料被有效分解，其原理圖如下:（見圖3）

圖3   表面過濾與催化過濾原理

（2）選擇性催化反應(yīng)技術(shù)（SCR）

脫氯反應(yīng)的觸酶如Ti-V系催化系統(tǒng)，能使苯環(huán)裂解。催化PCDD/PCDFs的機(jī)理是在170ºC ~300°C之間。利用催化劑活性床的位置，在氧化存在的狀態(tài)下，在一定的反應(yīng)溫度內(nèi)（170ºC ~300°C），由催化劑表面的活性位置與二噁英進(jìn)行接觸性氧化反應(yīng)。

一般SCR設(shè)備裝設(shè)在控制流程的末端布袋除塵的后面，構(gòu)造成蜂巢式。此時布袋收塵器需使用膜技術(shù)（如Gore-Tex®）可以避免催化劑被粉塵阻塞。一般SCR對含PCDD/PCDFs的反應(yīng)溫度在200°C~350°C。典型的SCR流程圖如圖4：

圖4   SCR流程圖

（3）FCB吸附技術(shù)

設(shè)備中設(shè)置固定床活性碳吸附裝置。該種方法由于設(shè)備投資成本較高，而且若床內(nèi)設(shè)計不好會導(dǎo)致溫度過高，活性碳有摩擦起火的可能，目前國內(nèi)還未見應(yīng)用 。

（4）活性碳噴注（ACI）吸附技術(shù)

在煙道氣流進(jìn)入布袋前注入活性碳以吸附PCDD/PCDFs,將氣相二噁英轉(zhuǎn)化為固相，再以薄膜濾袋去除。研究表明，PCDD/PCDFs主要附著在PM05等亞微粉塵上，唯有薄膜過濾技術(shù)能全部阻擋。理論上只要注入足夠的活性碳，效率可達(dá)90%以上。盡管此方法成為國內(nèi)業(yè)界最常用的方法，但活性碳只是將PCDD/PCDFs吸附而并未分解破壞，甚至也會伴隨de novo合成反應(yīng)，后續(xù)還必須針對高濃度富含PCDD/PCDFs作后續(xù)處理，且活性碳的耗量也相當(dāng)可觀（理論上200mg/Nm3）。當(dāng)活性碳停止噴射時，二噁英就會超標(biāo)，排放控制不嚴(yán)格。同時，因二噁英檢排有記憶效應(yīng)（Memory Factor）,恢復(fù)噴射活性碳后在一定時間段內(nèi)，二噁英檢測仍然會可能超標(biāo)。盡管歐美等一些國家已有二噁英在線設(shè)備面世，但因其昂貴的費(fèi)用同時也只是間接測試同源物，目前在國內(nèi)還沒有應(yīng)用，常因無法實(shí)時在線檢測二噁英，造成控制不嚴(yán)。這種傳統(tǒng)的二噁英減排方法在環(huán)保工程中面臨挑戰(zhàn)。

四、幾種尾氣處理技術(shù)的比較

焚燒被普遍認(rèn)為是產(chǎn)生二噁英的根源，因其毒性強(qiáng)，危害大而必須嚴(yán)格減排。目前所常用的尾氣處理減排技術(shù)中，最新發(fā)展的成果為催化過濾技術(shù)Remedia®，幾種方法的技術(shù)比較如表1：

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”