生活垃圾焚燒發(fā)電廠的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)
摘要:垃圾焚燒技術(shù)兼具環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的結(jié)論是該類項(xiàng)目選址的關(guān)鍵問題之一。在分析中國城市生活垃圾排放現(xiàn)狀和生活垃圾焚燒項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，分析了二惡英風(fēng)險(xiǎn)事故的環(huán)境影響及環(huán)境防護(hù)距離的計(jì)算方法與傳統(tǒng)衛(wèi)生防護(hù)距離的差異，并以秦皇島生活垃圾焚燒發(fā)電廠為實(shí)例進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明:在不同工況下人體經(jīng)呼吸每日最大攝入二惡英的量均遠(yuǎn)小于允許攝入量參考標(biāo)準(zhǔn)值，環(huán)境防護(hù)距離確定方法更為科學(xué)和人性化，有利于消除公眾對此類建設(shè)項(xiàng)目的誤解。
關(guān)鍵詞:生活垃圾焚燒,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),環(huán)境防護(hù)距離,二惡英
0 引言
城市垃圾的無害化處理是城市發(fā)展需要面臨的一個(gè)嚴(yán)重問題，中國城市生活垃圾清運(yùn)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(jīng)高達(dá)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(yùn)行費(fèi)用相對較低，但減容效果差，占用大量的寶貴土地資源，同時(shí)會造成地下水和土質(zhì)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(fā)電技術(shù)可以對垃圾進(jìn)行無害化、減量化處理，同時(shí)又可以利用垃圾焚燒的余熱發(fā)電，實(shí)現(xiàn)廢棄資源的綜合利用，兼具環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)部分興建垃圾焚燒廠，現(xiàn)已建成投產(chǎn)的代表性項(xiàng)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(lián)、溫州永強(qiáng)等［3］，預(yù)計(jì)在未來的15 年內(nèi)，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(chǎn)生的惡臭氣體，因此該類項(xiàng)目的選址一直是判斷該項(xiàng)目是否可行的關(guān)鍵問題。目前，垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的選址主要依據(jù)是環(huán)發(fā)［2008］82 號《關(guān)于加強(qiáng)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)管理工作的通知》的相關(guān)要求。
本文以秦皇島生活垃圾焚燒發(fā)電廠作為實(shí)例，研究生活垃圾焚燒發(fā)電廠的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法。
秦皇島生活垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)焚燒垃圾量 1 000 t / d，建設(shè)2 臺處理能力500 t / d的機(jī)械爐排垃圾焚燒爐，配套2 × 9MW 凝汽式發(fā)電機(jī)組。該工程煙氣凈化設(shè)計(jì)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(jīng) 80m 煙囪排放，其中二惡英排放濃度達(dá)到歐盟2000 / 76 /EC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0. 1 ngTEQ /m3 ;垃圾倉保持負(fù)壓狀態(tài)，垃圾倉和滲濾液處理站產(chǎn)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(shí)，臭氣經(jīng)由設(shè)置在垃圾倉上部的活性炭吸附式除臭裝置凈化后由排風(fēng)機(jī)排放到大氣中。該工程的惡臭污染源和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源在聯(lián)合主廠房內(nèi)。根據(jù)該工程的總平面布置，距離聯(lián)合主廠房最近的環(huán)境敏感目標(biāo)為SE 方向 420 m 的萃文中學(xué)和W 方向680 m 的柳村。
1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析
垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)行過程所使用的主要設(shè)施與設(shè)備包括垃圾倉、垃圾焚燒爐、煙氣凈化系統(tǒng)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(chǎn)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(shè)備危險(xiǎn)性分析
焚燒過程中潛在危險(xiǎn)性。垃圾焚燒爐出現(xiàn)故障，導(dǎo)致爐膛內(nèi)溫度無法達(dá)到850 ℃或煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間不到2 s，會造成二惡英污染物的排放量增大。飛灰運(yùn)輸事故潛在危險(xiǎn)性。飛灰運(yùn)輸罐車事故，嚴(yán)重的導(dǎo)致貯罐破裂，飛灰進(jìn)入沿途水體、土壤等，使事故沿途環(huán)境受到污染。
火災(zāi)、爆炸事故潛在危險(xiǎn)性。包括工藝、設(shè)計(jì)因素、設(shè)備因素、管理因素、環(huán)境災(zāi)害因素所引發(fā)的火災(zāi)和爆炸事故。
1. 2 物質(zhì)危險(xiǎn)性
生活垃圾焚燒發(fā)電廠處理的垃圾是非特殊垃圾，燃料不屬于有毒有害物質(zhì)。運(yùn)行過程中所使用的輔助材料為固態(tài)、粉狀物質(zhì)，在環(huán)境中穩(wěn)定存在。點(diǎn)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(chǎn)生的二惡英和焚燒飛灰為主要風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)。
生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的焚燒飛灰均可通過固化穩(wěn)定、高溫熔融等技術(shù)實(shí)現(xiàn)無害化處理，只要在運(yùn)輸過程中加強(qiáng)管理，發(fā)生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故的可能性很小;而火災(zāi)、爆炸事故更多的屬于安全科學(xué)的范疇。鑒于垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的公眾關(guān)注重點(diǎn)，本文以下主要針對焚燒煙氣的二惡英風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行重點(diǎn)研究。
2 二惡英排放事故風(fēng)險(xiǎn)分析
2. 1 非正常排放事故
垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)行過程中的突發(fā)設(shè)備故障可能會造成煙氣二惡英排放量的短時(shí)間增大甚至超標(biāo)排放。參考中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所現(xiàn)代分析中心對某垃圾焚燒發(fā)電廠布袋除塵器前后二惡英濃度檢測結(jié)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(shí)參考目前我國垃圾焚燒發(fā)電廠的實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)計(jì)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(dá)標(biāo)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(fā)生少量布袋破損，煙氣中二惡英排放濃度短時(shí)增大至1 ng TEQ /m3 ，該故障基本可在1 h內(nèi)完成修復(fù)并轉(zhuǎn)入正常工況;2) 二惡英凈化系統(tǒng)完全失效，煙氣中二惡英排放濃度增大至6 ng TEQ /m3 ，預(yù)計(jì)在6 h內(nèi)完成調(diào)試修復(fù)轉(zhuǎn)入正常工況，如不能修復(fù)則停機(jī)處理。
關(guān)于二惡英的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和人體攝入?yún)⒖紭?biāo)準(zhǔn)，我國尚無相應(yīng)的規(guī)定，根據(jù)環(huán)發(fā)［2008］82 號的規(guī)定，經(jīng)呼吸進(jìn)入人體的二惡英攝入量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考世界衛(wèi)生組織(WHO) 二惡英人體每日可耐受攝入量 4 pg TEQ / kg，經(jīng)呼吸進(jìn)入人體的允許攝入量按每日可耐受攝入量的10% 計(jì)，人體體重按照平均60 kg進(jìn)行估算，成人每天經(jīng)呼吸進(jìn)入人體的空氣約為12 ～ 15 m3 ，取上限15 m3。
根據(jù)不同工況的出現(xiàn)時(shí)間和最大落地濃度出現(xiàn)的氣象條件，預(yù)測出不同工況下人體經(jīng)呼吸每日最大二惡英攝入量，結(jié)果見表1。
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由表1 的計(jì)算結(jié)果可知:在正常工況和不同的非正常工況下人體經(jīng)呼吸每日最大攝入二惡英的量均遠(yuǎn)小于允許攝入量參考標(biāo)準(zhǔn)值。
2. 2 焚燒爐爆炸極端事故
模擬在極端風(fēng)險(xiǎn)狀況下，發(fā)生突發(fā)設(shè)備或操作事故，造成運(yùn)行時(shí)發(fā)生焚燒爐全部爆炸，致使未經(jīng)高溫破壞的二惡英隨煙氣瞬時(shí)從爐膛溢出。鍋爐發(fā)生爆炸后，二惡英隨煙氣擴(kuò)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(shí)溢出氣量約為 1 650 m3 ，由此推算2 臺焚燒爐同時(shí)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(tuán)的膨脹，2 臺鍋爐同時(shí)爆炸瞬間煙團(tuán)的體積約為3 300 m3。以靜小風(fēng)0. 5 m / s， D 類穩(wěn)定度條件下預(yù)測煙團(tuán)中心的移動(dòng)速度并確定相應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)。
2. 2. 1 計(jì)算模式
對有毒有害物質(zhì)在大氣中的擴(kuò)散，采用環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則推薦的多煙團(tuán)模式進(jìn)行計(jì)算，見式(1) :
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2. 2. 2 預(yù)測結(jié)果
在不利氣象條件下，根據(jù)鍋爐爆炸后經(jīng)歷時(shí)間及落地濃度計(jì)算出鍋爐爆炸下人體二惡英類每日最大攝入量，結(jié)果見表2。
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由表2 可以看出，在0. 5 m / s的小風(fēng)速條件下，煙團(tuán)沿下風(fēng)向軸線移動(dòng)并不斷膨脹，爆炸歷時(shí)400 s后，鍋爐爆炸點(diǎn)下風(fēng)向160 m處的人體攝入量貢獻(xiàn)值為 19. 62 pg TEQ，與現(xiàn)狀監(jiān)測背景值疊加后可滿足 24 pg TEQ / d 的要求。
3 環(huán)境防護(hù)距離
3. 1 衛(wèi)生防護(hù)距離與環(huán)境防護(hù)距離
3. 1. 1 衛(wèi)生防護(hù)距離的概念
根據(jù)我國現(xiàn)行的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，衛(wèi)生防護(hù)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(wèi)生防護(hù)距離的定義為:產(chǎn)生有害因素的部門( 車間或工段) 的邊界至居住區(qū)邊界的最小距離。
在目前的環(huán)境影響評價(jià)工作中，除油漆、碳素、制膠、水泥等特殊工業(yè)企業(yè)以國標(biāo)的形式規(guī)定的最低衛(wèi)生防護(hù)距離限制外，其他各類工業(yè)項(xiàng)目均按照GB /T 3840 － 91《制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法》中規(guī)定的公式計(jì)算相應(yīng)的衛(wèi)生防護(hù)距離計(jì)算。
3. 1. 2 環(huán)境防護(hù)距離的內(nèi)涵
環(huán)發(fā)［2008］82 號首先出現(xiàn)了環(huán)境防護(hù)距離的提法，規(guī)定根據(jù)惡臭污染物無組織排放源強(qiáng)計(jì)算的結(jié)果并適當(dāng)考慮環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)論提出合理的環(huán)境防護(hù)距離，且新改擴(kuò)建項(xiàng)目環(huán)境防護(hù)距離不得小于300 m。
與傳統(tǒng)衛(wèi)生防護(hù)距離概念不同的是，環(huán)境防護(hù)距離除了考慮有害氣體的無組織排放，同時(shí)又增加參考了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)相關(guān)結(jié)論，特別適合垃圾焚燒發(fā)電這種兼具有惡臭污染物無組織排放和一定二惡英類環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的建設(shè)項(xiàng)目，有利于完善環(huán)境影響評價(jià)結(jié)論，進(jìn)一步消除周邊公眾對此類建設(shè)項(xiàng)目的誤解。
3. 2 衛(wèi)生防護(hù)距離的確定
在非正常工況下，本項(xiàng)目NH3 和H2 S 的預(yù)測排放量為0. 79 kg / h 和0. 02 kg / h。根據(jù)GB /T3840 － 91 中提供的公式進(jìn)行計(jì)算，NH3 的衛(wèi)生防護(hù)距離不少于 265 m，H2 S 的衛(wèi)生防護(hù)距離不少于167 m。根據(jù)GB / T3840 － 91 要求以100 m為級差向上取整，本項(xiàng)目衛(wèi)生防護(hù)距離為焚燒主廠房外300 m。
3. 3 環(huán)境防護(hù)距離的確定
存儲垃圾的垃圾倉是產(chǎn)生惡臭氣體的主要產(chǎn)生源，惡臭物質(zhì)的主要污染物為NH3 和H2 S。正常工況時(shí)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(shí)臭氣經(jīng)由設(shè)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(jì)算惡臭類污染物的最大落地濃度出現(xiàn)距離或最大達(dá)標(biāo)距離。計(jì)算結(jié)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(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高容許濃度限值，最大落地濃度的出現(xiàn)距離在垃圾倉周圍60 m 范圍內(nèi)。
在極端環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故下，人體經(jīng)呼吸日二惡英攝入量最大達(dá)標(biāo)距離160 m，為此，取最大距離為 160 m。根據(jù)新改擴(kuò)建項(xiàng)目環(huán)境防護(hù)距離不得小于 300 m的規(guī)定，本項(xiàng)目以平面布置為準(zhǔn)，在惡臭污染源和主要風(fēng)險(xiǎn)源焚燒主廠房外設(shè)置300 m的環(huán)境防護(hù)距離，在防護(hù)距離范圍內(nèi)嚴(yán)禁新建居民聚居區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等敏感點(diǎn)，距離本項(xiàng)目最近的萃文中學(xué)和柳村均處于環(huán)境防護(hù)距離之外。
3. 4 比較分析
單純從計(jì)算結(jié)果來看，傳統(tǒng)方法衛(wèi)生防護(hù)距離的實(shí)際計(jì)算結(jié)果大于環(huán)境防護(hù)距離的計(jì)算結(jié)果，但國家明確規(guī)定環(huán)境防護(hù)距離不得小于300 m，具體到該項(xiàng)目，兩種計(jì)算方法確定的防護(hù)距離均為焚燒主廠房外300 m。
但從衛(wèi)生防護(hù)距離和環(huán)境防護(hù)距離各自計(jì)算方法的內(nèi)涵來看，環(huán)境防護(hù)距離對于惡臭類污染物逐日、逐次的計(jì)算最大落地濃度所出現(xiàn)的距離，并增加了對環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故的考慮，具體體現(xiàn)在風(fēng)險(xiǎn)事故狀況下人體二惡英攝入達(dá)標(biāo)的距離，使得環(huán)境防護(hù)距離的劃定結(jié)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(shè)項(xiàng)目的恐懼。
4 結(jié)論
1) 垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目主要風(fēng)險(xiǎn)事故包括焚燒過程中的非正常運(yùn)行、飛灰運(yùn)輸遺撒和火災(zāi)、爆炸等，主要的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)為煙氣中的二惡英和焚燒飛灰。
2) 本文的實(shí)證計(jì)算結(jié)果表明，在不同工況下人體經(jīng)呼吸每日最大攝入二惡英的量均遠(yuǎn)小于允許攝入量參考標(biāo)準(zhǔn)值，且衛(wèi)生防護(hù)距離與環(huán)境防護(hù)距離兩種方法確定的防護(hù)距離是一致的。
3) 環(huán)境防護(hù)距離的計(jì)算充分考慮了垃圾焚燒項(xiàng)目的惡臭類污染物和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故的影響，使得該類環(huán)境影響評價(jià)結(jié)論更加科學(xué)、人性，有利于消除公眾對此類建設(shè)項(xiàng)目的誤解。
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