王洪乾

近年來(lái)，我國(guó)居民和生活垃圾焚燒和水力發(fā)電迅猛，垃圾焚燒和水力發(fā)電需求量大幅增加，為徹底破解我國(guó)各地城市垃圾包圍問(wèn)題作出了貢獻(xiàn)。對(duì)于生活垃圾焚燒二噁英的主要生成機(jī)制問(wèn)題進(jìn)行了研究，以其生成機(jī)制作為理論依據(jù)，尋求了控制二噁英主要生成的方法和途徑。

關(guān)鍵詞：生活垃圾 焚燒 二噁英 生成機(jī)理 控制技術(shù)

引言

生活垃圾的焚燒和發(fā)電已經(jīng)被認(rèn)為是處置固體廢棄物的一種有效方式，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛地運(yùn)用。正在探索二噁英的脫除技術(shù)，有效地降低二噁英的污染物排放濃度，化解了生活垃圾焚燒后的發(fā)電相鄰避效應(yīng)，促進(jìn)了生活垃圾焚燒后的發(fā)電相關(guān)技術(shù)健康和可持續(xù)發(fā)展。

生活垃圾中二噁英的形成

1.高溫氣相合成

二噁英高溫高熱氣相人工合成的方法主要用途是專門用來(lái)研究泛指燃煤廢棄物和垃圾在燃煤鍋爐的一個(gè)高溫高熱地帶（500～800℃）可以進(jìn)行高溫生成，并經(jīng)過(guò)自由基縮合、脫氯等復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)以及工藝氧化過(guò)程而最終得以人工制備和取出二噁英，主要利用氯酚取代高溫氣相的主要前驅(qū)物質(zhì)還包括鄰二氯苯和近鄰二甲基氯酚等。而且在日常生活中的垃圾全部進(jìn)入高溫爐排之后，由于此時(shí)爐膛內(nèi)的空氣溫度相對(duì)較高，垃圾首先很有可能會(huì)被高溫晾曬干燥然后再對(duì)其進(jìn)行回爐焚燒。其中有些垃圾體積比較大或者特別是垃圾含水量比較大的燃燒垃圾容易就會(huì)產(chǎn)生不完全并且可以直接用來(lái)進(jìn)行燃燒的氧化產(chǎn)物，由于這些燃燒后的垃圾中本身都主要包括了有機(jī)氧的氯和少量無(wú)機(jī)氧的氯。

2.從頭合成

燃燒中然的廢水所燃燒產(chǎn)生的部分燃燒廢水被空氣殘?zhí)贾苯油ㄟ^(guò)吸附傳輸?shù)饺紵w灰密集的密聚空氣孔中，當(dāng)部分廢水由密集空氣和燃燒飛灰直接混合而來(lái)，空氣殘?zhí)贾械挠袡C(jī)氧化陰離子就有機(jī)會(huì)迅速地直接擴(kuò)散出來(lái)，并且在燃燒飛灰的密集空氣孔中與燃燒自然的殘?zhí)贾g直接進(jìn)行氧化反應(yīng)，這個(gè)氧化過(guò)程就是對(duì)大量小分子燃燒廢水中自然碳的有機(jī)氧化和化學(xué)降解的一個(gè)過(guò)程，同時(shí)通過(guò)氯從燃燒飛灰氣體表面的一種金屬鹽和氯化物的一個(gè)配體同位體過(guò)程中將部分廢水直接傳輸?shù)焦┙o了大量小分子自然碳中，生成了已經(jīng)氯被取代的一種芳香族化合物（二噁英類中間氯化產(chǎn)物），然后再次混合生成廢水/FS，部分已經(jīng)直接進(jìn)入飛灰煙氣中，部分廢水儲(chǔ)存于燃燒飛灰。影響二噁英從頭合成的主要因素影響含量因素主要包括燃燒溫度、殘?zhí)肌⒋呋瘎┪锏姆N類、氧和氧化鋁的濃度含量等，其中這些溫度變化問(wèn)題主要是與實(shí)際使用垃圾焚燒發(fā)電廠在項(xiàng)目建設(shè)和經(jīng)營(yíng)運(yùn)行中容易出現(xiàn)受到廣泛社會(huì)關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)因素影響。二噁英由于從頭氧化合成的最優(yōu)由頭溫度變化區(qū)域存在范圍目前可以初步確定大約為300～350℃。

3.前驅(qū)物合成

有關(guān)科學(xué)研究結(jié)果表明，在二噁英的化學(xué)前驅(qū)物分子合成中，形成磷的和形成PCDF的分子機(jī)制結(jié)構(gòu)并非全部是基本完全相同的。其主要工作原理就是通過(guò)復(fù)雜的偶聯(lián)反應(yīng)而得以形成，包括催化氯酚的一個(gè)偶聯(lián)氧化反應(yīng)和芳香基與環(huán)的一個(gè)閉合偶聯(lián)反應(yīng)等，在整個(gè)偶聯(lián)反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間和作用過(guò)程當(dāng)中，催化劑的主要功效就是氯酚可以直接充當(dāng)一種通過(guò)電子向外在空氣中進(jìn)行傳遞的化學(xué)氧化劑，它甚至可以直接讓2個(gè)芳香基的環(huán)互相進(jìn)行偶聯(lián)。PCDF主要由苯基氯苯和多氯聯(lián)苯共同反應(yīng)產(chǎn)生，其中主要包括了通過(guò)多種不同金屬鹽的催化而反應(yīng)形成的苯環(huán)四個(gè)環(huán)。

控制二噁英形成的技術(shù)

1.形成抑制

可以在實(shí)踐中通過(guò)采用如下幾點(diǎn)方式來(lái)抑制二噁英的形成，這些不同的措施都會(huì)從不同的角度來(lái)直接遏制二噁英。

① 優(yōu)化燃燒的參數(shù)

可以在分析不同爐形結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上來(lái)更好地優(yōu)化二噁英燃燒的參數(shù)，并通過(guò)運(yùn)用相關(guān)的參數(shù)來(lái)直接抑制二噁英的形成。這是目前最為直接抑制二噁英的主要方法。

② 在爐子內(nèi)部加入合適的抑制劑

可以在爐子內(nèi)部投入各種不同類型的抑制劑，這些主要的抑制劑重點(diǎn)是由氯化物、堿性化合物和其他不同類型的物質(zhì)組成。其中，高級(jí)的硫抑制劑則會(huì)通過(guò)消耗存在于氧氣中的Cl2來(lái)和飛灰中的金屬催化劑直接進(jìn)行反應(yīng)，最終自然可以直接降低催化劑自身的活性。

③ 優(yōu)化焚燒爐的結(jié)構(gòu)

不同類型的焚燒爐主要可以分為爐排式、流化床式和其他不通過(guò)的類型，更可以在燃燒的過(guò)程中采用包括兩段式燃燒在內(nèi)的不同燃燒方式。實(shí)踐中主要可以運(yùn)用“3T”原則來(lái)優(yōu)化整個(gè)焚燒爐的結(jié)構(gòu)，不僅要將燃燒的溫度控制在850攝氏度以上，更需要在燃燒中形成新的燃燒結(jié)構(gòu)，并注意在高溫區(qū)停留超過(guò)2s的時(shí)間。

④ 清除積灰

存在于管道和換熱面內(nèi)部的積灰不僅可以在第一時(shí)間釋放出一定的二噁英，更可以在不同的場(chǎng)合幫助形成不同的二噁英。只需要在第一時(shí)間有效地清除存在于管道內(nèi)部的積灰才能夠有效地減少在燃燒區(qū)域內(nèi)部的二噁英。⑤ 煙氣凈化技術(shù)

多數(shù)二噁英中都會(huì)存在諸多類型的顆粒狀物質(zhì)，生活中產(chǎn)生的二噁英也多數(shù)是以顆粒狀的狀態(tài)存在的。其中氣態(tài)的二噁英會(huì)因?yàn)槁仍訑?shù)量的增加而不斷地減少，而低氯形式的二噁英則會(huì)因?yàn)槭艿江h(huán)境的影響而變得不太穩(wěn)定。正因?yàn)榄h(huán)境中低氯代二噁英對(duì)環(huán)境的影響將會(huì)變得很大，所以只有控制氣態(tài)二噁英的排放才能夠發(fā)揮更大的作用。實(shí)際采用的治理方法包括如下幾點(diǎn)：

第一，重點(diǎn)可以采用活性炭來(lái)實(shí)現(xiàn)高效除塵，這是目前多數(shù)垃圾焚燒電廠中采用的最佳方法。只要通過(guò)靈活地運(yùn)用活性炭表面存在的吸附性就可以吸收空氣中的二噁英。第二，采用選擇性催化還原的方法。注意在進(jìn)行脫銷處理的同時(shí)直接處理二噁英，實(shí)踐中分解的產(chǎn)物主要是由不同的產(chǎn)物組成。為了避免在垃圾焚燒的過(guò)程中存在中毒的現(xiàn)象，需要在設(shè)置除塵裝置之后來(lái)設(shè)置合適的催化溫度，并在較低溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效分解。多數(shù)公司實(shí)際更會(huì)采用催化反應(yīng)和布袋除塵相互結(jié)合的方式，為的就是借助特殊的工藝附著在過(guò)濾膜上，最終讓二噁英在第一時(shí)間被分解。第三，高能電子束實(shí)際是應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，主要借助電子束來(lái)直接分解二噁英。但是因?yàn)閮?nèi)部反應(yīng)器非常不穩(wěn)定，所以會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)提升其使用的成本，但是此項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有被納入商業(yè)化的應(yīng)用階段。第四，實(shí)踐中可以通過(guò)改進(jìn)燃燒技術(shù)來(lái)直接控制燃燒系統(tǒng)。并通過(guò)在垃圾焚燒場(chǎng)內(nèi)部設(shè)置較為先進(jìn)和可靠的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)讓燃燒技術(shù)發(fā)揮更好的作用。第五，多數(shù)二噁英實(shí)際會(huì)直接吸附在飛灰上，因此專業(yè)人員需要借助專業(yè)的容器來(lái)直接收集飛灰，并在采用合適的技術(shù)來(lái)進(jìn)行無(wú)害化處理。如果有條件也可以針對(duì)這些飛灰來(lái)進(jìn)行加熱脫氯處理，或者在融化之后再送到安全填埋場(chǎng)內(nèi)部，最終自然可以降低灰飛中二噁英的含量。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，深入地研究二噁英的生成和排放機(jī)理，提高目前現(xiàn)有的二噁英污水處理工藝和技術(shù)在二噁英的脫除利用效率，探索一種控制二噁英污水生成和排放的新技術(shù)，有效地減少二噁英的排放，為今后的生活垃圾焚燒和污水發(fā)電工藝和技術(shù)的健康快速發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。