時間:2016-09-20 11:10
來源:中宜環科環保產業研究
作者:吳璽
關于垃圾焚燒與二噁英,媒體和公眾存在許多錯誤的認識。雖然二噁英的危害客觀存在,其毒性之強也絕不能輕視,但如把垃圾焚燒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,這些都是錯誤的認知。只有在充分認識兩者關系的基礎上,才能對二噁英進行預防和控制。
二噁英類物質為“何物”
二噁英類物質是多氯代二苯并-對-二噁英(簡稱PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(簡稱PCDFs)的總稱(圖1),是氯代三環芳香化合物。與之類似的還有12種多氯聯苯(簡稱PCBs)同類物,現在也被世界衛生組織WHO和日本等國納入了二噁英類的范疇,上述3種化合物都屬于12種受斯德哥爾摩公約控制的持久性有機污染物(簡稱POPs)。
圖1 二噁英類分子結構圖
二噁英是一種對環境具有持久性污染力的化學物質,包括210種化合物。由于二噁英的生物富集作用非常強,而人體沒有分解二噁英的能力,因此在逐級富集之后人體受危害程度最大。二噁英化學穩定性強,自然界的微生物和水解作用對二噁英分子結構影響較小,因此,環境中的二噁英類很難自然降解消除。
二噁英類物質源自于“何處”?
聯合國環境規劃署(簡稱UNEP)編制了二噁英和呋喃排放識別和量化標準工具包,共列出了10大類主要源類別,分別為①廢棄物焚燒;②鋼鐵和其它金屬生產;③發電和供熱;④礦物產品生產;⑤交通;⑥非受控燃燒過程;⑦生產和使用化學品以及消費品;⑧其他來源;⑨廢棄物處理;⑩潛在熱點。
環境中的二噁英類物質主要來源于人類生產活動釋放的副產物,據美國環保局的報告,90%以上的二噁英類物質是由人類活動引起的,另外則是由于森林火災、火山噴發等一些自然過程產生的。歷史上含氯有機化學品的生產是二噁英類的重要來源。通過對美國湖泊底泥和英國的土壤、植被的研究發現,二噁英的含量在20世紀30-40年代才開始快速上升,而這段時間正對應于全球氯化工業迅猛發展的時期。
同時,廢棄物焚燒、鋼鐵生產以及有色金屬冶煉等也被發現是二噁英的重要排放源。據了解,1977年Olive等人在荷蘭阿姆斯特丹市廢棄物焚燒爐排放的飛灰和煙道氣中檢出了二噁英類物質,此后的研究表明廢棄物焚燒是許多國家環境中二噁英的主要排放源。15個發達國家的排放清單顯示,1995年垃圾焚燒占到二噁英排放量的50%。
垃圾焚燒與二噁英之間是“何緣”?
(1)垃圾焚燒與二噁英的“怪論點”
隨著我國社會經濟的不斷發展,城市生活垃圾日益增多,人均日產量為1.2kg左右,并且以每年7%的速度遞增,2014年全國城市垃圾清運量為1.79億噸。焚燒法作為一種有效的減容減量的垃圾處理手段,得到了日益廣泛的運用。據2014年中國環境狀況公報顯示,全國生活垃圾焚燒處理設施無害化處理能力為18.5萬噸/日,占總處理能力的35.0%。然而,垃圾焚燒容易帶來了二次污染,其中危害最嚴重的就是二噁英污染。
現在有一種觀點認為,二噁英是生活垃圾焚燒廠特有的公害問題,這是一種狹隘的認識。
目前隨著燃燒技術的發展以及排放標準的加嚴,垃圾焚燒后的二噁英排放量逐漸減少,并已得到控制。2005年德國發布一份研究報告表明,1990年德國二噁英排放總量約為1200g,其中由垃圾焚燒產生的二噁英約為400g,占1/3; 2000年德國二噁英排放量已減至低于 70g,其中由垃圾焚燒產生的不足0.5g,占不到1/100。
根據美國環保局統計,美國生活垃圾焚燒廠排放二噁英已從1987年的1000g下降至2002年的12g,其成效的取得主要得益于在清潔空氣法的強制作用下,實施了最大可行控制技術標準,對生活垃圾焚燒、殺蟲劑生產、造紙氯漂白和再生銅生產為主的幾個行業進行控制;而2004年美國庭院垃圾露天焚燒產生的二噁英排放量達600g。
1997年全日本的二噁英排放量約為8000g,其中垃圾焚燒占了98%,到2004年全日本二噁英排放量僅為350g。德國、美國及日本的經驗表明,隨著技術進步與控制,垃圾焚燒已不是二噁英排放的主要產生源。
同時,二噁英是有機物與氯一起加熱就會產生的化合物,是一種普遍的化學現象。在空氣、土壤、水和食物中都能發現二噁英的存在,火山爆發以及森林火災更是自然界二噁英的主要來源。據有關報道,人類生活垃圾焚燒廠煙氣中二噁英的濃度范圍約為10-4-10-6mg/m3之間,對周圍環境空氣質量的影響非常微小。縱觀二噁英污染史就會發現,世界各國曾發生多次的二噁英污染事件幾乎都與生活垃圾焚燒廠的煙氣排放無關,包括1999年發生在比利時引起世界范圍恐慌的動物飼料二噁英污染事件。
(2)二噁英在焚燒過程中的形成之路
焚燒過程中二噁英生成主要通過三種途徑,即高溫生成、從頭合成和前驅物合成。
①高溫生成,二噁英的高溫生成主要是垃圾爐膛高溫區(500~800℃)生成的氯苯和氯酚等氯代前驅物通過自由基縮合、脫氯等反應過程生成二噁英。
②從頭合成,從頭合成反應是指碳、氫、氧以及氯等元素通過基元反應生成二噁英,或者由化學結構不相近的不含氯元素的有機物與氯源發生反應生成,飛灰殘碳的氧化反應的副反應。
③前驅物合成,二噁英類前驅物可以是氯苯、氯酚等化學結構與二噁英類相似的物質,也可以是分子結構與二噁英類不相似的不含氯有機物。上述前驅物在350℃左右下最易合成二噁英類。
總的來說,二噁英在焚燒爐中的形成條件主要有:適宜的溫度,200~500℃;前驅體物質,主要是含苯環的有機物;氯的存在;銅、鐵等金屬催化劑。
二噁英在垃圾焚燒中“何控”?
在生活垃圾焚燒過程中,要消除二噁英,必須采取如下措施:
①限制污染源,對焚燒后易產生二噁英的廢物進行回收利用, 限制焚燒垃圾量,進行垃圾分類處理。通過預分揀的方法來減少生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質進入垃圾焚燒系統,對含氯化合物垃圾則可采用填埋的方式。
②選用符合國家標準《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485-2001)(該標準規定了焚燒爐基本技術性能指標)的焚燒爐。焚燒處理系統主要有四個子系統:前處理和進料系統、焚燒系統、助燃供風系統和煙氣處理系統。其他還包括爐渣以及廢水的處理、鍋爐的供水以及余熱的回收利用系統。其中最核心的是焚燒系統,即垃圾焚燒鍋爐。
目前主要的垃圾焚燒鍋爐有機械爐排爐、流化床焚燒爐和回轉式焚燒爐,流化床焚燒爐由于摻煤燃燒,溫度控制較好,在二噁英控制方面比機械爐排爐更好。其次,要提高爐膛溫度,一般來說二噁英在高于850℃的情況下在2s內可完全分解。所以,盡量要確保鍋爐焚燒溫度穩定在850℃以上,且燃燒要連續進行。
③采用先進的垃圾氣化熔融焚燒技術,淘汰落后的垃圾焚燒技術和設備。該技術可以更高效地回收生活垃圾中的資源、能源,同時能滿足更嚴格的垃圾焚燒污染排放標準,力圖使這類二次污染物排放值降至最低;熔融后的熔渣是一種一種優良的建筑材料,不僅提高了資源利用率,而且減輕了填埋處置場的負擔。
④采用先進的煙氣凈化處理工藝。活性炭噴射、布袋除塵器以及二噁英催化降解技術是去除煙氣中二噁英類物質的有效途徑,我國大型生活垃圾焚燒煙氣凈化系統基本上采用“半干法脫酸+活性炭噴射吸附二噁英+布袋除塵器除塵”的煙氣組合處理工藝。
垃圾焚燒作為“十三五”規劃中一個重中之重的內容,垃圾焚燒與二噁英“難分難舍”的狀態將依舊存在,小編希望通過總結和普及一些科學研究成果和事實,讓普民眾能更好的認識垃圾焚燒和二噁英,從身邊做起,盡量使用低污染及可回收再利用材質的物品,做好垃圾資源回收分類,你get到了嗎?
編輯:李丹
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