学文网【摘 要】近年来，垃圾焚烧成为我国生活垃圾处理的主要方式，但该处理过程易产生二次污染，如酸性气体、重金属及有机污染物等，都严重影响城市居民的健康，尤其是焚烧过程中产生的二恶英，作为一级致癌物，已经引起高度关注。本文介绍了生活垃圾焚烧过程中所产生的二次污染物的生成机理和主要来源，以及目前相对较成熟的污染治理方法和措施。
【关键词】城市垃圾；焚烧烟气；废气污染；防治措施
1、概述
随着我国经济水平的快速发展，城市规模迅速扩大，人们的消费水平不断提高，生活垃圾产量也随之逐年递增，对生活垃圾处理的要求也越来越高。填埋、堆肥和焚烧是生活垃圾处理的几种主要方式，其中垃圾焚烧处理占地面积小，能迅速而大幅度地减少可燃废弃物的容积，彻底消除有害细菌和病毒，破坏毒性有机结构，并可能回收热能，尾气经处理后，无害化程度非常高，因此，垃圾焚烧技术是目前世界上较常用的现代化大规模处理生活垃圾的技术之一。但是，垃圾焚烧处理投资及运行管理费用高，且如果系统设计不完善、运行管理不当，生活垃圾焚烧后排放的尾气很容易对周围环境造成二次污染，严重伤害人体健康。生活垃圾焚烧尾气排放的主要污染物有：酸性气体、烟尘颗粒物、重金属尘粒、有机类污染物等，另外，我国生活垃圾又具有水分含量高、热值低、组分随季节变化大等特点，因此，研究生活垃圾焚烧所产生的二次污染物的控制与治理，使其能够达到标准安全排放，是发展生活垃圾焚烧技术亟待需要解决的问题[1，2]。
2、生活垃圾焚烧产生二次污染物 [3]
城市生活垃圾焚烧与其他固体物质的燃烧过程不一样，由于高温热分解、氧化的作用，生活垃圾在焚烧过程中，燃烧物及其产物的体积和粒度减小，其中不可燃物大部分滞留在炉排上以炉渣的形式排出，一小部分质小体轻的物质在气流携带及热泳力的作用下，与焚烧产生的高温气体一起在炉膛内上升，经过与锅炉的热交换后从锅炉出口排出，形成含有颗粒物即飞灰的烟气流。由此可见，城市生活垃圾焚烧的过程中产生的二次污染物主要是焚烧烟气中的有害成分及灰渣（或烟尘）中的重金属。
2.1 酸性气体
生活垃圾焚烧产生的酸性气体主要以氯化氢（HCl）、硫化物（SOX）、氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）为主。
2.1.1氯化氢（HCl）
氯化氢主要来源于生活垃圾中含氯废物的分解，以聚氯乙烯（塑料的一种，常用PVC表示）为例，产生氯化氢的反应式如下所示：
另外，厨余垃圾中的无机氯化物（如食盐NaCl）、纸、布等成分在焚烧过程中也能产生部分HCl气体。
2.1.2硫化物（SOX）
二氧化硫通常由生活垃圾中含硫化合物焚烧时高温氧化过程产生，其中大部分是SO2。以含硫有机物为例，SOX产生机理如下所示：
2.1.3氮氧化物（NOX）
氮氧化物包括一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、一氧化二氮（N2O）、三氧化二氮（N2O3）等，但主要成分是NO，其在NOX中所占比例高达95%，NO2仅仅占很少的一小部分。NOX的产生，主要由空气中的氮气（N2）在生活垃圾焚烧过程中高温氧化而产生，另外，垃圾中含氮有机物的燃烧也可以生成NOX，其反应机理可用下式表示：
影响NOX中成分含量的主要因素是焚烧的火焰温度和焚烧区域中氧的含量，当焚烧的火焰温度为1300℃，焚烧区域氧浓度（体积比）≥2%时，生成NO的趋势增加。
2.1.4一氧化碳（CO）
生活垃圾中的有机可燃物在焚烧过程中，绝大部分的碳元素被氧化成二氧化碳，但如果局部焚烧区域中的氧含量不足及温度偏低，一部分碳元素会被氧化生成一氧化碳。由此可见，CO是由生活垃圾中的有机可燃物不完全燃烧而产生的，其产生涉及几种不同的反应式如下：
2.2 烟尘颗粒物及重金属类污染物
重金属类污染物源于焚烧过程中生活垃圾所含重金属及其化合物的蒸发，主要以铅（Pb）、汞（Hg）及镉（Cd）为主。生活垃圾中所含的重金属及其化合物在高温下由固态变成气态，一部分以气相的形式存在于烟气中；一部分以分子形式进入烟气后被氧化，并凝结成很细小的颗粒物；一部分蒸发后又附着在焚烧烟气中的颗粒物上，以固相的形式存在于焚烧烟气中。生活垃圾在焚烧过程中产生烟尘颗粒物的量随焚烧炉型的不同会有所不同，但其来源及主要特性基本上是相似的，详见表1所示[4]。
颗粒物的来源 颗粒物的特性
A 垃圾中的不熔氧化物、纸和塑料中的填充物、泥土、无机色素的油漆和染料、不挥发金属 通常为金属过氧化物、或钙、镁氧化物，颗粒直径一般为0.8μm左右，颗粒密度较大，一般为Fe、Ca、Ti和Al的氧化物
B 垃圾中的无机盐及溶解在废液中的盐 大部分为NaCl、NaSO4、KCl、和CaCl2，通常浓度很低且颗粒直径很小，一般≤0.5μm
C 垃圾中的硫、硫酸、磷和硅或其盐 通常称为气溶胶，颗粒直径非常小（
D 垃圾中的挥发性金属，如Hg、Zn、Ca及Pb等 金属或其氯化物、硫酸盐或氧化物凝结成的气溶胶，其浓度取决于气体的温度，通常颗粒直径较小，一般≤0.5μm
E 不完全燃烧的有机物 从气溶胶中冷凝的沥青（焦油）和高分子量的有机物，颗粒直径通常
2.3 有机污染物
生活垃圾焚烧所排放的废气中有很多种因燃烧不完全而产生的有机污染物，这些产物中毒性比较强的有多氯二苯并二恶英（polychlorinated dibenzo-p-dioxin，简称PCDDs）、多氯二苯并呋喃（polychlorinated dibenzofuran，简称PCDFs）、多环芳香烃化合物（polycyclic aromatic hydrocarbon，简称PAHs）等[5]。有机污染物产生的机理非常复杂，伴随有多重化学反应，如分解、合成、取代等，首先形成反应产物的中间体即前驱物质，最后形成终产物。以二恶英为例，其主要来源于两个方面：一是在燃烧过程中生成。在垃圾的干燥、燃烧、燃尽的过程中，除水分外，还有低沸点的烃类挥发，这些挥发烃燃烧生成CO2和H2O，如果在此过程中局部供氧不足，含氯有机物就会生成易于生成二恶英类物质的前驱物，这种前驱物和HCl、O2反应就可能生成剧毒的二恶英类物质；二是燃烧以后生成，因不完全燃烧而产生的剩余部分前驱物质和废气中的HCl、O2等，在烟尘中的Ca、Ni、Fe等物质的催化作用下，在300℃作用可能生成二恶英类物质。对于二恶英类物质的形成机理，目前还没有成熟的理论，有待进一步研究[6]。
3、生活垃圾焚烧烟气的污染治理
生活垃圾焚烧烟气中的有毒有害气体成分比较复杂，如果采取单一的治理方法只能对其中某一种或几种有毒有害物质有效，由此，对生活垃圾焚烧产生的二次污染烟气宜采用综合的治理技术，一般采用在焚烧过程中实施控制和焚烧烟气处理相结合的办法。
生活垃圾焚烧烟气中的酸性气体（HCl、SOX等）通常采用碱性介质吸收法，最常用的吸收剂为消石灰，最常用的方法有湿法、干法及半干法，其中湿法的净化效率明显高于干法。其吸收反应方程式如下：
生活垃圾焚烧烟气中的NOX主要以NO为主，其反应惰性和难溶性决定了NOX的净化非常困难，最合理的方法是通过合理的燃烧控制从根本上抑制NOX的生成。而烟气中CO的去除主要是通过控制燃烧条件，提高燃烧效率的方法来实现。
处理生活垃圾在焚烧过程中产生的烟尘颗粒物常用的治理设备有袋式除尘器和静电除尘器。静电除尘器可以使颗粒物的浓度控制在45mg/Nm3，除尘效率可高达99.5%以上，而布袋除尘器可使颗粒物的浓度控制在更低水平，对粒径1μm以下的颗粒物除尘效果优于静电除尘器，同时对重金属、PCDD/Fs类等污染物均有较好的去除能力。另外，控制重金属排放浓度的首要前提是做好生活垃圾分类工作，将含有重金属的生活垃圾，如电池、日光灯管、杀虫剂、印刷油墨等回收后集中处理。
针对二恶英类物质的生成主要分两个阶段这一特点，抑制二恶英产生的最有效方法是“3T”措施：（1）炉内温度（Temperature）保持在800℃以上（最好在900℃以上），将二恶英完全分解；（2）保证足够的烟气高温提留时间（Time）；（3）优化炉型和二次空气喷入方法，使其形成涡流（Turbulence），充分混合搅拌以达到完全燃烧。与控制重金属污染物一样，对于二恶英类污染物我们也需要积极提倡垃圾分类和处理，对含氯化合物垃圾有的可用填满处理，从源头避免含氯物质进入焚烧炉燃烧，加强废物（尤其如聚氯乙烯塑料袋等、焚烧后易产生二恶英的废物）的回收再利用，限制焚烧垃圾量，限制二恶英的排放量，确定允许排放的最高浓度限量标准[7]。
参考文献：
[1] 张益，赵由才.生活垃圾焚烧技术[M].北京：化学工业出版社.2000：8.
[2] 於剑霞，李均涛.垃圾焚烧与二恶英的污染和治理.长沙铁道学院学报.2010.11（1）：53～54.
[3] 刘义清，胡飞.生活垃圾焚烧废气的治理研究[J].广东化工.2010.37（12）：105～106.
[4]谢亨华，余媛媛.垃圾焚烧炉烟气有害物质的综合治理工艺[J].环境与开发.1999.14（4）：34～47.
[5] 井涛，石建***，井波.生活垃圾焚烧过程中的污染及治理措施[J].淮南职业技术学院学报.2002.2 （1）：30～32.
[6] 孟峭.国外垃圾焚烧废气污染防治技术的发展及应用[J].环境卫生工程.1998.6（2）：71～75.
[7]罗春，彭民浩，彭辉等.论二恶英污染产生的危害与治理对策[J].环境研究与监测.2011.24（1）：48～50.
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