有毒二恶英与垃圾焚烧

城市垃圾焚烧处理已有悠久的历史，在经济发达的国家已获得广泛应用。在日本、瑞士、丹麦以及荷兰都是50%-80%的垃圾焚烧处理，主要焚烧方式为炉排炉直接焚烧，炉膛温度在820 ℃-1000℃，烟气含尘量大，有毒有害气体排放量较高，需要庞大复杂的烟气净化系统。199 年在城市固体废弃物焚烧炉(MSWI)的飞灰检测出二恶英后，焚烧排放作为二恶英的环境来源，已经越来越受到环境科学家的重视。
一、二恶英的结构与毒性

    多氯二苯异二恶英(polychlorinated dibenzo-p-dioxin简称PCDD)、多氯二苯异 呋喃(polychlorinated dibenzofuran,简称PODF)分别由75个和135个同族体(congener)构成 ，它们的化学结构相似，常写成PCDD/Fs或鹆称二恶英(dioxin)，化学结构如图一所示。氯 原子取代数目不同而使它们各有八个同系物(homolog)，每个同系物随氯原子取代的位置不 同而存在众多异构体(isomer)，例如四氯二苯异二恶英(Tetra-Chloinated Dibenzo-p-Diox ins简称TCDD)共有22个异构体。

 

    其毒性与氯原子取代的位置密切相关，尤以2-，3-，7-，8-四个共平面取代的位置上都 有氯原子的二恶英同族体具有毒性，2378-TCDD被公认为是最毒的，也是研究最多的，毒性 约为NaCH的一万倍，［1］有俗称世纪剧毒。二恶英对哺乳动物的毒性和氯化芳烃相似，表 现症状为：体重减轻，胸腺萎缩，免疫系统受损，肝损伤及卟淋病，氯痤疮及皮肤病变，组 织发育不全或过度增长，以及致畸、致癌、致突变等。不同种类的动物对二恶英毒性的敏感 度有明显差异。［2］

TCDD具有很低的蒸发压，25℃时仅为2.3×10-4Pa，熔点305℃，在水中的溶解度仅为 0.2?/l，热稳定性好，即使温度高达700℃也不会分解，生物降解能力差。［3］由于高新脂性且难溶于水，故易进入生物体并经食物链积累。曾发现污染区藻体内浓度为水中浓度4 倍以上，水蚤及鱼体内浓度为水中浓度万倍以上。［4］

由于TCDD所特有的稳定性和长期残留性，所以它是废弃物中需经特别注意的有害成分。

二、垃圾焚烧过程中二恶英的形成及抑制方法

    城市垃圾焚烧的废气及飞灰中常会有微粒二恶英等有毒物质，德国曾测出焚烧炉废气的TCDD浓度为1.43×10-8g/Nm-3，据估算焚化一公斤垃圾可产生0.5×10-9至2.5×10-7gTCDD，而其最具毒性的2378-TCDD占全部TCDDR的5%。［5］

    除了焚烧原料中可能夹杂的少量二恶英，不充分燃烧会通过烟囱排放外，焚烧排放物中的剧毒二恶英主要是在燃烧过程中形成的。

1、焚烧物中含有石油产品、含氯塑料(聚氯乙烯、聚氯亚乙烯、聚氯树脂等)作为二恶英的前体(precursor)，在燃烧过程中经热分解后，分子重排形成二恶英及CHLOROPHENOL、CHLOR OBENENE。

2、有机物热分解产品HCL，而厨房垃圾中含有N?aCL、KCL、MgCL?3等盐，当烟气中有SO? 2时，则发生下列反应：

2NaCL+SO2+1/2O2+H2O ->?Na3SO4+HCL    (1)

    使烟气中HCL浓度增加，由于垃圾直接焚烧是一个氧化反应，垃圾中的铜将发生下列反应：

2Cu+O2=2CuO

CuO+2HCL=CuCL2+H2O

    而CHLOROPHENOL、CHLOROBENENE在锅炉和静电式集尘器内，在HCL、CuCL2和元素的催化作用下会再合成二恶英。有研究表明，再合成温度为250℃-300℃。

    据日本有关试验证明，在焚烧工艺中作为PCDD/PCDE生成源，CuCL2与其它金属氧化物相比是高于其它金属氧化物数百倍的二恶英再便合成催化剂，其次是未燃烬的碳。

    图2表明CuCL2浓度对PCDD/PCDE生成情况的影响，图3是飞灰中的含碳量对PCDD/PCDE生成情况的影响。从图上所示结果可判断CuCL2和C元素在二恶英再合成过程中的作用非同小可 。

 

    图2铜浓度对PCDD/PCDF生成的影响图3在含有碳的飞灰中PCDD/PCDF的生成

    日本笠原公司采用30吨/日的垃圾焚烧炉进行分割切碎废弃物的燃烧试验，其结果表明烟气中HCL的产生量受残余浓度的影响。当残氧浓度为零时，HCL产生量为8000ppm，大约是理论产生量，而当残氧浓度为11%(通常燃烧状态)，HCL产生量降至于1000ppm。通过调查分析，布袋除尘器中灰的成分可判断其含有氯离子10.6%时，形成CuCL2，同时发现其二恶英再合成倍率为数十倍至数百倍。［6］