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            探究垃圾发电中的二噁英污染控制及治理技术

            发布时间: 2017-07-05 14:29:56   作者:无   来源:
            垃圾发电是处理生活垃圾的重要手段之一,但其在焚烧中,却会产生二噁英,而这种物质又是一种毒性极强的致癌物质。因此,重视对二噁英污染的控制与治理是垃圾发电领域的重要课题,本文将对此做简单地介绍。

            二噁英实际上是二噁英类(Dioxins)一个简称,它是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物,主要包括210中化合物,无色无味。此类物质飞铲更稳定,熔点较高,极难溶于水,可以溶于大部分有机溶剂,在标准状态下的蒸汽压极低,且可在土壤、空气和水中长存。
            大气环境中的二噁英来源复杂,钢铁冶炼,有色金属冶炼,汽车尾气,焚烧生产(包括医药废水焚烧,化工厂的废物焚烧,生活垃圾焚烧,燃煤电厂等)。城市生活垃圾焚烧产生的二噁英受到的关注程度最高,焚烧生活垃圾产生二噁英的机理比较复杂。
            主要包括以下三种途径:(1)在对氯乙烯等含氯塑料的焚烧过程中,焚烧温度低于800℃,含氯垃圾不完全燃烧,极易生成二噁英。燃烧后形成氯苯,后者成为二噁英合成的前体。(2)其他含氯、含碳物质如纸张、木制品、食物残渣等经过铜、钴等金属离子的催化作用不经氯苯生成二噁英。(3)在制造包括农药在内的化学物质,尤其是氯系化学物质,像杀虫剂、除草剂、木材防腐剂、落叶剂(美军用于越战)、多氯联苯等产品的过程中派生。
            近年来,城市生活垃圾的产量非常大,2014年的数据显示为1.68亿余吨。为了解决这一问题,一般采用焚烧发电的处理方式,但如何处理其中产生的二噁英成了一大社会难题。笔者从二噁英的生成机理出发,提出如下控制与治理措施:

            1 垃圾焚烧前预处理
            垃圾预处理的目的就是尽量减少进入焚烧系统中能对二噁英的生成起作用的物质的量,一方面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,从而减少二噁英合成反应中所需的反应物和重金属催化剂的量;另一方面采用高硫煤与城市生活垃圾混烧的方法,不但能够提高燃烧的稳定性,而且燃烧产生的SO2对二噁英的产生有抑制作用。

            2 控制氯源
            一般来讲,在垃圾发电中,可采用如下方法来控制氯源,從而实现对二噁英污染的控制:在垃圾焚烧产生的烟气中加入CaO来吸收HCl或加入NH3来减少前驱物的生成。其中,当加入NH3时,氯与氨结合可干扰其与前驱物结合,从而控制了二噁英的生成量。另外,二噁英的生成离不开飞灰中重金属的作用,而加入氨,可使重金属丧失催化作用,这对控制二噁英的生成非常重要。

            3 充分燃烧垃圾
            研究认为,二噁英高温下可分解,但需满足如下条件:一是烟气在温度>850℃的炉膛中燃烧至少2s,其中炉型优选为机械炉排炉;二是设助燃器和二次风,以使炉膛的温度达850-1200℃,且仅需在约1200℃停几微妙,便可彻底分解二噁英;三是先用高()级蒸汽预热一次风至约230℃,再吹入焚烧炉的炉膛,其间借助三段炉排间的间隙来调节风量,使其空气过剩系数维持在1.6-2.1;四是余热锅炉,以控制烟气在这一区间停留的时长,从而避免二噁英发生二次合成;五是采用ACC软件来对垃圾焚烧过程进行自动控制,并全面推行DCS与上位机集散控制系统。

            4 净化烟气与固化飞灰
            在垃圾焚烧发电中,为了控制和治理二噁英,可通过净化烟气和固化飞灰来实现,其中具体措施如下:
             (1)脱酸。在垃圾焚烧中,通过对烟气进行脱酸,可实现对二噁英污染的控制,具体如下:在烟气流入脱酸塔后,先用石灰水、石灰浆或干石灰粉去除其中的酸性气体,再通过喷水来使烟气的温度下降至150℃,最后再进入除尘器。
            (2)活性炭吸附二噁英(或称活性炭喷射法)。在垃圾焚烧发电中,活性炭喷射法的应用既可去除烟气中的二噁英,又可将其中约90%的不完全产物去除,如PCBPAH等,甚至可高效吸附去除烟气中的重金属汞。可见,活性炭喷射法在垃圾焚烧发电中的应用具有现实意义。活性炭喷射法的作用原理如下:将活性炭粉横向喷在脱酸塔至布袋除尘器的烟道中,使其在烟气湍流的作用下,将烟气中的二噁英与重金属吸附去除,最后再在布袋拦截后,经烟囱排入大气。
            (3)选择性催化分解二噁英(或称催化分解法)。催化分解法是一种源自NOx的催化还原技术,其中一般可将98.0-99.9%的气态二噁英分解,同时在布袋除尘的作用下,可将出口处的二噁英浓度控制到0.050-0.002ngTEQ/Nm3。但需注意的是,若用V2O5-WO3-TiO2催化剂来氧化分解二噁英时,应将其温度控制在240-300℃之间,以保证其分解效果最佳。
            (4)飞灰固化。虽然在垃圾焚烧发电中,活性炭喷射法的应用可有效控制二噁英污染,且也满足国标的规定,但一部分污染物却由气体转为飞灰,而飞灰又是一种危险的固体废弃物。因此,针对飞灰,应先按国家规定进行固化处理,再进行卫生填埋,以免造成二次污染。

            5 讨论
            目前,垃圾焚烧发电仍为一种较好的城市生活垃圾处理方式,而在这一过程中,应规范烟气的排放,其中尤其要落实好二噁英污染的控制与治理工作。在前文,笔者从技术角度详细论述了这一问题。
            据此,笔者提出如下建议:一是重视环评,即从组份、污染源、环境条件等角度评估二噁英的扩散模式;
            二是结合环评报告,编制工程可行性研究报告,并从工艺、设备选型等方面将其一一落到实处;
            三是垃圾发电是一项关乎国计民生的大事,且其中存在的环境污染问题更是会危及人体的健康,因此在二噁英污染防治中,应对主管部门实行问责制,以规范其在整个垃圾发电实施过程的行为;
            四是重视运营监管,即在线监控垃圾焚烧发电过程,并对二噁英污染防治等重要环节进行现场抽查,同时实行完善的奖惩制度,以调动全体工作人员的积极性;
            五是考虑到二噁英的污染扩散浓度随源强的增加而增大,则建议修建中、小型的垃圾焚烧电厂,即其规模应≤2000t/d
            总之,垃圾焚烧发电在治理城市环境中发挥了重要的作用,但在这一过程中产生的二噁英也确实会对环境造成严重污染,因此应通过控制氯源、充分燃烧垃圾、净化烟气及固化飞灰等来控制和治理二噁英污染。