北京市生活垃圾焚燒現(xiàn)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(xiàn)狀和生活垃圾焚燒廠二惡英排放情況，并對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生的二惡英總量提出科學(xué)可行的減排建議。
1 北京市生活垃圾焚燒現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
北京市生活垃圾焚燒行業(yè)近幾年發(fā)展迅速，由生活垃圾年焚燒量和焚燒比例(見(jiàn)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(yù)計(jì)將達(dá)到3.00×10 t。焚燒比例將達(dá)到40%。伴隨著北京城市化進(jìn)程的加快、生活垃圾產(chǎn)生量的逐年增加和生活垃圾熱值的提高，焚燒技術(shù)將成為北京市生活垃圾首選的處置方式。
北京現(xiàn)已運(yùn)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(chǎn)運(yùn)行的有3座，包括高安屯二期、海淀焚燒廠、南宮焚燒廠。開(kāi)始建設(shè)的有阿蘇衛(wèi)生活垃圾焚燒廠。未來(lái)5～10a，北京市生活垃圾焚燒處理技術(shù)將達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平。北京市垃圾焚燒廠都采用了機(jī)械爐排爐焚燒技術(shù)，其特點(diǎn)是進(jìn)料垃圾前處理過(guò)程簡(jiǎn)單。而且北京市大部分垃圾焚燒廠具有發(fā)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(chǔ)參數(shù)指標(biāo)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(shù)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(shù)經(jīng)濟(jì)性和污染物去除效果都較好，是目前垃圾焚燒煙氣凈化應(yīng)用最廣的技術(shù)。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(guò)程中產(chǎn)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(shù)值和年排放量數(shù)值。煙氣中二惡英排放量與濃度的關(guān)系可用公式(1)和(2)表示。
生活垃圾焚燒產(chǎn)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(cè)數(shù)據(jù)更少。研究表明，機(jī)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(dá)到了6.7ng—TEQ/g。北京市生活垃圾焚燒每年要產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)噸的飛灰，飛灰中二惡英的總量高，應(yīng)當(dāng)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(shí)，含氯有機(jī)物是形成二惡英的主要前驅(qū)體，含銅和含鐵的物質(zhì)在二惡英的生成中起著催化作用，因此在垃圾焚燒之前應(yīng)當(dāng)對(duì)垃圾進(jìn)行前處理，避免含氯有機(jī)物和過(guò)渡金屬進(jìn)行混合焚燒，利于減少后續(xù)焚燒處理過(guò)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(xué)反應(yīng))，可以抑制焚燒過(guò)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(zhì)，能夠與形成二惡英的中間體酚類(lèi)物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，阻滯了Ulman反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)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(yīng)的發(fā)生。同時(shí)硫可以與飛灰中的Cu發(fā)生反應(yīng)，使CuO變成CuSO4，降低飛灰的催化活性。
2)控制反應(yīng)溫度。二惡英在垃圾焚燒過(guò)程中可以通過(guò)2種途徑產(chǎn)生，一種是通過(guò)前驅(qū)體合成，即含氯的有機(jī)物前驅(qū)體或是不含氯的有機(jī)物前驅(qū)體與氯源，在500～800℃發(fā)生反應(yīng)，生成二惡英;另一種是通過(guò)“de novo合成(從頭合成)”，即含氯、氫、氧的物質(zhì)，首先吸附在飛灰顆粒表面，在催化劑的作用下，在300oC發(fā)生反應(yīng)生成二惡英。
根據(jù)生活垃圾焚燒標(biāo)準(zhǔn)，一般垃圾焚燒爐的設(shè)計(jì)要求是保證煙氣在850℃及以上溫度停留時(shí)間大于2 s，在實(shí)際焚燒過(guò)程中，可適當(dāng)提高焚燒溫度及停留時(shí)間，消除產(chǎn)生二惡英的反應(yīng)條件。研究證實(shí)，在垃圾焚燒過(guò)程中，可以設(shè)置一個(gè)溫度特別高的區(qū)域(1 200℃以上)，且保證有效的停留時(shí)間，生活垃圾焚燒過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生二惡英前驅(qū)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(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，在溫度高于1 200oC時(shí)，通過(guò)de novo合成反應(yīng)生成的二惡英也會(huì)被迅速的分解掉，分解率可以達(dá)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(zhì)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(lèi)物質(zhì)，該種方法對(duì)二惡英的脫除效率能夠達(dá)到95%以上。但是此方法活性炭消耗大，而且還需要對(duì)殘?jiān)M(jìn)行處理。
選擇性催化氧化一般用于燃煤發(fā)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(zhì)的分解，結(jié)果表明，近90%的二惡英實(shí)現(xiàn)了分解轉(zhuǎn)化。選擇性催化氧化面臨的最大問(wèn)題是催化劑中毒，開(kāi)發(fā)能夠滿足在煙氣這種復(fù)雜條件下尚能工作的催化劑還需要進(jìn)一步的研究。
堿性物質(zhì)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(lái)破壞形成的二惡英物質(zhì)，但堿性物質(zhì)吸附的方法尚不成熟。
2)飛灰中二惡英的脫除。熱處理技術(shù)是比較常用的灰渣處理技術(shù)。將灰渣送人溫度為1200℃以上的熔融爐內(nèi)熔化，飛灰中的二惡英在高溫下，被迅速的分解和燃燒。通過(guò)熔融處理后，一般二惡英的分解率能達(dá)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(shí)驗(yàn)中將飛灰和各抑制劑混合后在280℃保持2h，具體效果見(jiàn)表3。這些物質(zhì)對(duì)二惡英的抑制效果都達(dá)到了99%以上。
4 結(jié)論
隨著北京城市生活垃圾產(chǎn)生量逐年增加，焚燒優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，焚燒會(huì)成為生活垃圾處理的首選方式，2016年焚燒比例將會(huì)達(dá)到40%。北京市垃圾焚燒廠都采用爐排爐焚燒技術(shù)。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(yīng)當(dāng)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(xì)致的前處理工作，進(jìn)一步改善焚燒爐的焚燒條件，控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，添加反應(yīng)抑制劑，對(duì)反應(yīng)后產(chǎn)生的煙氣和飛灰應(yīng)當(dāng)進(jìn)行凈化處理。
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