生活垃圾焚烧中二恶英的产生和控制
班级：环境08本（一）班 姓名：彭申勇 学号：80813024 摘要: 采用焚烧法处理城市生活垃圾, 在我国正得到广泛的推广应用, 但焚烧也带来二恶英污染, 它严重威胁着人类的健康, 世界各国正在采取积极措施控制。文章介绍了二恶英的结构、性质和形成机理, 从焚烧前、焚烧中、焚烧后三个方面评述了国内外近年来所发展的对二恶英污染物的控制技术。
关键词: 城市生活垃圾; 焚烧; 二恶英; 控制
1 前言：
随着我国城市人口不断增加, 城市生活垃圾日益增多, 人均日产量为1.2kg 左右, 并且以每年7%的速度递增, 2004年我国城市垃圾清运量已达14857万t[1]。目前我国城市垃圾无害化处理不足50%, 累积堆存量60亿t, 占地2万hm2; 这些垃圾裸露堆埋, 污染水质、土壤、大气, 传播疾病、威胁人类的生命安全。因此,垃圾无害化处理已成为社会普遍关注的问题。我国城市垃圾处理逐渐淘汰堆埋法而采用具有显著减量化、无害化、稳定化和资源化的垃圾焚烧处理技术。然而, 垃圾焚烧易带来二次污染, 其中, 危害严重的是二恶英污染。二恶英是迄今为止人类无意识合成的毒性最强的副产品,它的理化性质稳定,很难自然降解,对人体健康和生态环境存在着巨大的安全隐患。固体废物焚烧,是其主要产生源之一,据统计,其贡献率可达到50%-80%。由于我国在二恶英控制技术方面的研究工作起步较晚,因此在二恶英控制方面面临着严峻的形式,从技术的层面而言,主要存在着现有焚烧设施技术水平低和缺乏成熟有效的控制技术,难以满足标准的要求两个方面的问题。针对上情况,本文结合近年来国内外的最新研究成果,通过了解和掌握二恶英的合成机制,提出了二恶英污染防治的全过程控制措施。
2 二恶英的危害
生物化学研究认为: 二恶英具有类似人体激素的作用, 称为“环境激素”。二恶英可以通过细胞膜进入细胞内,通过调控基因活性,调节机体的生长和自我调节过程。任何一个二恶英类分子能与细胞内的特殊蛋白受体结合成复合物, 这一复合物能进入细胞核,作用于DNA ,影响某些基因的表达。这一变化的结果可激发一连串的生物化学反应, 包括激素的合成和分泌,还影响激素受体、酶、生长因子和其它物质。然而,二恶英不像天然激素, 它不被代谢和降解, 对受体有高亲合力, 因此非常小剂量的“错误信号”能对激素调控产生极大的影响作用, 包括影响细胞分裂, 组织再生, 生长发育、代谢和免疫功能。因此,二恶英被称为“毒素传递素”,影响和危害正常人体系统,如内分泌、免疫、神经系统等。二恶英主要污染空气、土壤和水体, 进而污染动物、植物和水生生物。人主要是通过空气、饮水、食物而受害。据调查, 人类90% 以上的受害来自于膳食, 其中动物性食品是主要来源。二恶英的生物富集作用非常强, 由于二恶英从土壤→植物→动物的逐级富集, 愈是高级的生物体内含量愈高, 所以人类受危害程度最大, 而人体没有分解二恶英的能力, 所以人体一旦摄入, 就不易排出。最新研究表明: 人体摄入即使在很微量的情况下, 长期摄取也会引起癌症、皮肤病、肝肾疾病、生殖障碍、畸形等顽症。日本学者研究发现, 用二恶英含量较高的乳汁喂养婴儿, 往往会造成婴儿甲状腺激素含量过低, 影响婴儿智力发育。
3 二恶英的产生和排放
3.1 二恶英和垃圾焚烧厂
现在有一种观点认为, 二恶英是生活垃圾焚烧厂特有的公害问题,这是一种片面的认识。其实二恶英是有机物与氯一起加热就会产生的化合物, 只要使用水的场所都有可能产生二恶英,它是一种普遍的化学现象。二恶英在空气、土壤、水和食物中都能发现,火山爆发及森林火灾是自然界中二恶英的主要来源。另外,除草剂、发电厂、木材燃烧、造纸业、水泥业、
金属冶炼、纸桨加氯漂白及垃圾焚烧处理均会释放出二恶英。据有关报道,人体生活垃圾焚烧厂烟气中二恶英的浓度范围约为10 - 4 ～10 - 6mg / m3之间,对周围环境空气质量的影响非常微小。实际上世界各国曾经发生过的多次二恶英污染事件几乎都与生活垃圾焚烧厂的烟气排放无关,包括1999 年发生在比利时引起世界范围恐慌的动物饲料二恶英污染事件。但这并不是说在生活垃圾焚烧厂的设计和运行时就可以不重视二恶英了, 实际上从生活垃圾焚烧厂排放出来的二恶英往往都占各国二恶英排放总量的相当大的比重, 但现有的统计资料表现出相当大的离散性。例如,根据美国环保署1994年完成的评估报告, 全美产生的二恶英中来自垃圾焚烧厂的约占3.5%, 这是所见资料中的下限; 又如, 据1990年日本的统计资料, 日本二恶英的排放总量中来自垃圾焚烧厂的占80 %以上,这是所见资料中的上限。综合有关资料,在采用焚烧方法处理生活垃圾比例较高的国家中, 由生活垃圾焚烧厂排放出来的二恶英约占该国二恶英排放总量的10%～40%, 绝对是污染大户。这就是世界各国对生活垃圾焚烧厂排放出来的二恶英予以极大关注的原因所在。也充分说明了在建设生活垃圾焚烧厂或者在生活垃圾焚烧厂的运行管理中, 要注意改善生活垃圾的燃烧条件,严格控制二恶英产生的重要性和必要性。
3. 2 垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径
生活垃圾在焚烧过程中,二恶英的生成机理相当复杂,至今为止国内外的研究成果还不足以完全说明问题, 已知的生成途径可能有:
(1) 生活垃圾中本身含有微量的二恶英,由于二恶英具有热稳定性,尽管大部分在高温燃烧时得以分解,但仍会有一部分在燃烧以后排放出来;
(2) 在燃烧过程中由含氯前体物生成二恶英,前体物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等,在燃烧中前体物分子通过重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英,这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分也会被分解;
(3) 当因燃烧不充分而在烟气中产生过多的未燃烬物质,并遇适量的触媒物质(主要为重金属, 特别是铜等) 及300～500 ℃的温度环境, 则在高温燃烧中已经分解的二恶英将会重新生成。从生活垃圾焚烧厂排放烟气中接触二恶英的机率要比从其它途径(如食物、空气等) 接触二恶英的机率小。综合有关资料,国外
4 垃圾焚烧中二恶英形成的控制
4.1 焚烧前控制垃圾预处理
在垃圾进入焚烧炉之前, 采用垃圾分选技术, 分选出垃圾中铁、铜、镍等过渡金属; 减少含氯有机物的量, 从源头减少垃圾焚烧二恶英生成的氯来源。
4.2 焚烧过程控制抑制二恶英生成
在垃圾燃烧过程中, 控制燃烧条件, 控制二恶英的炉内生成; 采用垃圾熔融气化法
( 1000℃以上) 遏制二恶英的生成条件( 如图1) 。将煤与垃圾混合燃烧, 利用煤中硫来抵制二恶英生成; 在垃圾燃烧过程中添加脱氯剂实现炉内低温脱氯, 将大部分气相中的氯转移到固相渣中, 从而减少二恶英的炉内再生成和炉后再合成。炉内加钙脱氯的效果与碳酸钙质量、钙氯比以及反应温度有关, 文献报道, CaO在600～800℃可以将60%～80%的HCl 固成为CaCl2 。
4.3 焚烧后控制烟气净化处理
(1) 在低温状态下提高除尘器的效率。采用急冷的方法降低洗涤烟气温度, 即可以抑制二恶英的再合成,同时又能除去HCl、SO2烟尘等污染物。(2) 目前普遍认为,袋式除尘器对烟气段二恶英的污染控制极为有效,用布袋除尘器能够去除吸附在灰尘上的二恶英。袋式除尘器进口烟温越低,对二恶英的去除率越高。因为,当烟温降低时,大部分PCDD/ PCDFs 类呈固态而被除尘器收集,只有少部分由于蒸汽压较低而呈气态排出 ,从而大大降低了二恶英进入环境的数量。(3) 雾状活性炭粉末吸附法。活性炭在常温时对二恶英等平面构造的芳香族碳氢化
合物有吸附性, 降尘前喷雾状活性炭粉末, 能够去除二恶英。(4) 用催化剂分解二恶英, Skimodaira在其设计的设备中将含有二恶英的焚烧炉飞灰在
5 结语
在生活垃圾焚烧过程中, 要基本消除二恶英, 必须采取如下措施。
( 1) 限制污染源, 对焚烧后易产生二恶英的废物进行回收利用, 限制焚烧垃圾量, 进行垃圾分类处理,对含氯化合物垃圾可采用填埋。
( 2) 采用先进的垃圾直接熔融气化焚烧技术, 淘汰落后的垃圾焚烧技术和设备。 ( 3) 采用先进的烟气净化处理工艺。
参考文献
[1] 施敏芳,邵开忠. 垃圾焚烧烟气净化和二噁英污染物的控制技术[J]环境科学与技术, 2006,(09).
[2] 郑玉峰,祁国恕. 固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术[J]环境保护科学, 2008,(03).
[3] 蒋斌,严桂英. 垃圾焚烧中的二噁英生成及抑制机理[J]污染防治技术, 2005,(03) .
[4] 刘阳生. 城市固体废物焚烧二噁英污染防治技术[J]现代化工, 2002,(06) .
[5] 周宏仓,仲兆平,金保升. 城市固体废物焚烧过程中二恶英的生成和控制[J]能源研究与利用, 2002,(04) .
[6] 沈伯雄 ,姚强. 垃圾焚烧中二恶英的形成和控制[J]电站系统工程, 2002,(05) .
[7] 彭亚拉,靳敏,杨昌举. 二恶英对环境的污染及对人类的危害[J]环境保护, 2000,(01) .
[8] 张益. 生活垃圾焚烧厂中二恶英的产生和控制[J]环境保护, 2000,(01).
生活垃圾焚烧中二恶英的产生和控制
班级：环境08本（一）班 姓名：彭申勇 学号：80813024 摘要: 采用焚烧法处理城市生活垃圾, 在我国正得到广泛的推广应用, 但焚烧也带来二恶英污染, 它严重威胁着人类的健康, 世界各国正在采取积极措施控制。文章介绍了二恶英的结构、性质和形成机理, 从焚烧前、焚烧中、焚烧后三个方面评述了国内外近年来所发展的对二恶英污染物的控制技术。
关键词: 城市生活垃圾; 焚烧; 二恶英; 控制
1 前言：
随着我国城市人口不断增加, 城市生活垃圾日益增多, 人均日产量为1.2kg 左右, 并且以每年7%的速度递增, 2004年我国城市垃圾清运量已达14857万t[1]。目前我国城市垃圾无害化处理不足50%, 累积堆存量60亿t, 占地2万hm2; 这些垃圾裸露堆埋, 污染水质、土壤、大气, 传播疾病、威胁人类的生命安全。因此,垃圾无害化处理已成为社会普遍关注的问题。我国城市垃圾处理逐渐淘汰堆埋法而采用具有显著减量化、无害化、稳定化和资源化的垃圾焚烧处理技术。然而, 垃圾焚烧易带来二次污染, 其中, 危害严重的是二恶英污染。二恶英是迄今为止人类无意识合成的毒性最强的副产品,它的理化性质稳定,很难自然降解,对人体健康和生态环境存在着巨大的安全隐患。固体废物焚烧,是其主要产生源之一,据统计,其贡献率可达到50%-80%。由于我国在二恶英控制技术方面的研究工作起步较晚,因此在二恶英控制方面面临着严峻的形式,从技术的层面而言,主要存在着现有焚烧设施技术水平低和缺乏成熟有效的控制技术,难以满足标准的要求两个方面的问题。针对上情况,本文结合近年来国内外的最新研究成果,通过了解和掌握二恶英的合成机制,提出了二恶英污染防治的全过程控制措施。
2 二恶英的危害
生物化学研究认为: 二恶英具有类似人体激素的作用, 称为“环境激素”。二恶英可以通过细胞膜进入细胞内,通过调控基因活性,调节机体的生长和自我调节过程。任何一个二恶英类分子能与细胞内的特殊蛋白受体结合成复合物, 这一复合物能进入细胞核,作用于DNA ,影响某些基因的表达。这一变化的结果可激发一连串的生物化学反应, 包括激素的合成和分泌,还影响激素受体、酶、生长因子和其它物质。然而,二恶英不像天然激素, 它不被代谢和降解, 对受体有高亲合力, 因此非常小剂量的“错误信号”能对激素调控产生极大的影响作用, 包括影响细胞分裂, 组织再生, 生长发育、代谢和免疫功能。因此,二恶英被称为“毒素传递素”,影响和危害正常人体系统,如内分泌、免疫、神经系统等。二恶英主要污染空气、土壤和水体, 进而污染动物、植物和水生生物。人主要是通过空气、饮水、食物而受害。据调查, 人类90% 以上的受害来自于膳食, 其中动物性食品是主要来源。二恶英的生物富集作用非常强, 由于二恶英从土壤→植物→动物的逐级富集, 愈是高级的生物体内含量愈高, 所以人类受危害程度最大, 而人体没有分解二恶英的能力, 所以人体一旦摄入, 就不易排出。最新研究表明: 人体摄入即使在很微量的情况下, 长期摄取也会引起癌症、皮肤病、肝肾疾病、生殖障碍、畸形等顽症。日本学者研究发现, 用二恶英含量较高的乳汁喂养婴儿, 往往会造成婴儿甲状腺激素含量过低, 影响婴儿智力发育。
3 二恶英的产生和排放
3.1 二恶英和垃圾焚烧厂
现在有一种观点认为, 二恶英是生活垃圾焚烧厂特有的公害问题,这是一种片面的认识。其实二恶英是有机物与氯一起加热就会产生的化合物, 只要使用水的场所都有可能产生二恶英,它是一种普遍的化学现象。二恶英在空气、土壤、水和食物中都能发现,火山爆发及森林火灾是自然界中二恶英的主要来源。另外,除草剂、发电厂、木材燃烧、造纸业、水泥业、
金属冶炼、纸桨加氯漂白及垃圾焚烧处理均会释放出二恶英。据有关报道,人体生活垃圾焚烧厂烟气中二恶英的浓度范围约为10 - 4 ～10 - 6mg / m3之间,对周围环境空气质量的影响非常微小。实际上世界各国曾经发生过的多次二恶英污染事件几乎都与生活垃圾焚烧厂的烟气排放无关,包括1999 年发生在比利时引起世界范围恐慌的动物饲料二恶英污染事件。但这并不是说在生活垃圾焚烧厂的设计和运行时就可以不重视二恶英了, 实际上从生活垃圾焚烧厂排放出来的二恶英往往都占各国二恶英排放总量的相当大的比重, 但现有的统计资料表现出相当大的离散性。例如,根据美国环保署1994年完成的评估报告, 全美产生的二恶英中来自垃圾焚烧厂的约占3.5%, 这是所见资料中的下限; 又如, 据1990年日本的统计资料, 日本二恶英的排放总量中来自垃圾焚烧厂的占80 %以上,这是所见资料中的上限。综合有关资料,在采用焚烧方法处理生活垃圾比例较高的国家中, 由生活垃圾焚烧厂排放出来的二恶英约占该国二恶英排放总量的10%～40%, 绝对是污染大户。这就是世界各国对生活垃圾焚烧厂排放出来的二恶英予以极大关注的原因所在。也充分说明了在建设生活垃圾焚烧厂或者在生活垃圾焚烧厂的运行管理中, 要注意改善生活垃圾的燃烧条件,严格控制二恶英产生的重要性和必要性。
3. 2 垃圾焚烧厂中二恶英的生成途径
生活垃圾在焚烧过程中,二恶英的生成机理相当复杂,至今为止国内外的研究成果还不足以完全说明问题, 已知的生成途径可能有:
(1) 生活垃圾中本身含有微量的二恶英,由于二恶英具有热稳定性,尽管大部分在高温燃烧时得以分解,但仍会有一部分在燃烧以后排放出来;
(2) 在燃烧过程中由含氯前体物生成二恶英,前体物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等,在燃烧中前体物分子通过重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英,这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分也会被分解;
(3) 当因燃烧不充分而在烟气中产生过多的未燃烬物质,并遇适量的触媒物质(主要为重金属, 特别是铜等) 及300～500 ℃的温度环境, 则在高温燃烧中已经分解的二恶英将会重新生成。从生活垃圾焚烧厂排放烟气中接触二恶英的机率要比从其它途径(如食物、空气等) 接触二恶英的机率小。综合有关资料,国外
4 垃圾焚烧中二恶英形成的控制
4.1 焚烧前控制垃圾预处理
在垃圾进入焚烧炉之前, 采用垃圾分选技术, 分选出垃圾中铁、铜、镍等过渡金属; 减少含氯有机物的量, 从源头减少垃圾焚烧二恶英生成的氯来源。
4.2 焚烧过程控制抑制二恶英生成
在垃圾燃烧过程中, 控制燃烧条件, 控制二恶英的炉内生成; 采用垃圾熔融气化法
( 1000℃以上) 遏制二恶英的生成条件( 如图1) 。将煤与垃圾混合燃烧, 利用煤中硫来抵制二恶英生成; 在垃圾燃烧过程中添加脱氯剂实现炉内低温脱氯, 将大部分气相中的氯转移到固相渣中, 从而减少二恶英的炉内再生成和炉后再合成。炉内加钙脱氯的效果与碳酸钙质量、钙氯比以及反应温度有关, 文献报道, CaO在600～800℃可以将60%～80%的HCl 固成为CaCl2 。
4.3 焚烧后控制烟气净化处理
(1) 在低温状态下提高除尘器的效率。采用急冷的方法降低洗涤烟气温度, 即可以抑制二恶英的再合成,同时又能除去HCl、SO2烟尘等污染物。(2) 目前普遍认为,袋式除尘器对烟气段二恶英的污染控制极为有效,用布袋除尘器能够去除吸附在灰尘上的二恶英。袋式除尘器进口烟温越低,对二恶英的去除率越高。因为,当烟温降低时,大部分PCDD/ PCDFs 类呈固态而被除尘器收集,只有少部分由于蒸汽压较低而呈气态排出 ,从而大大降低了二恶英进入环境的数量。(3) 雾状活性炭粉末吸附法。活性炭在常温时对二恶英等平面构造的芳香族碳氢化
合物有吸附性, 降尘前喷雾状活性炭粉末, 能够去除二恶英。(4) 用催化剂分解二恶英, Skimodaira在其设计的设备中将含有二恶英的焚烧炉飞灰在
5 结语
在生活垃圾焚烧过程中, 要基本消除二恶英, 必须采取如下措施。
( 1) 限制污染源, 对焚烧后易产生二恶英的废物进行回收利用, 限制焚烧垃圾量, 进行垃圾分类处理,对含氯化合物垃圾可采用填埋。
( 2) 采用先进的垃圾直接熔融气化焚烧技术, 淘汰落后的垃圾焚烧技术和设备。 ( 3) 采用先进的烟气净化处理工艺。
参考文献
[1] 施敏芳,邵开忠. 垃圾焚烧烟气净化和二噁英污染物的控制技术[J]环境科学与技术, 2006,(09).
[2] 郑玉峰,祁国恕. 固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术[J]环境保护科学, 2008,(03).
[3] 蒋斌,严桂英. 垃圾焚烧中的二噁英生成及抑制机理[J]污染防治技术, 2005,(03) .
[4] 刘阳生. 城市固体废物焚烧二噁英污染防治技术[J]现代化工, 2002,(06) .
[5] 周宏仓,仲兆平,金保升. 城市固体废物焚烧过程中二恶英的生成和控制[J]能源研究与利用, 2002,(04) .
[6] 沈伯雄 ,姚强. 垃圾焚烧中二恶英的形成和控制[J]电站系统工程, 2002,(05) .
[7] 彭亚拉,靳敏,杨昌举. 二恶英对环境的污染及对人类的危害[J]环境保护, 2000,(01) .
[8] 张益. 生活垃圾焚烧厂中二恶英的产生和控制[J]环境保护, 2000,(01).