二恶英类物质污染问题及其治理技术

4垃圾焚烧过程中二恶英类物质的控制技术
综上所述，为了适应烟气中二恶英类物质排放限值的严格规定以及垃圾焚烧过程中二恶英类物质排放总量的限制，必须在垃圾焚烧系统中采用先进的控制技术，以达到以下目的：(1)降低当垃圾中含有的二恶英类化合物以及氯代烃类物质发生不完全燃烧时二恶英类物质的生成量；(2)抑制二恶英类物质由于“再合成过程”在焚烧系统T=250℃~450℃温度区域(如余热锅炉对流受热面以及某些烟气净化装置中)的重新生成；(3)对焚烧烟气进行净化处理，有效的去除其中含有的二恶英类物质，以满足相应的排放标准；(4)对焚烧灰渣、除尘器捕集的飞灰和滤渣以及除渣水进行净化处理，以满足二恶英类物质排放总量的标准。
根据迄今的研究成果，在焚烧炉炉膛内二恶英类物质的生成量明显地少于尾部烟气区域发生“再合成过程”的产生量[5,11]。由于二恶英类物质在温度高于700℃时将开始由生成转向分解，因此炉膛内的温度下限应为750℃[12]。在炉膛设计中，应该保证垃圾焚烧炉在正常运行条件下，炉膛燃烧区的烟气温度不低于850℃±50℃，烟气在炉膛内的停留时间不小于1 s，以控制炉膛内二恶英类物质的生成[13]。
为了获得良好的炉内燃烧工况，除了需要满足烟气温度足够高和较长的停留时间两个条件外，还要求炉内燃烧区烟气具有足够高的紊流度，以保证烟风的充分混合和改善燃烬。采用二次风在炉膛燃烧区内造成强烈的涡流，可以有效的达到改善烟风的混合和燃烬的目的。值得一提的是，由于燃烧区域烟气中的O2量对于二恶英类物质的生成有着特殊的作用，而二次风的作用主要在于扰乱炉内烟气，并非增补空气，因此将已经除尘处理的尾部烟气取代空气作为二次风送入炉膛中，既可以提高燃烧区烟气的紊流度，又可以降低炉内的过量空气的水平，故可起到减少二恶英类物质以及NOx生成量的作用[14]。
来自焚烧炉的烟气在经过余热锅炉尾部对流受热面(如省煤器)时，可能被冷却至T=250℃~450℃温度区域内。此时，在烟气中颗粒物、重金属以及氧的共同作用下，二恶英类物质由于“再合成过程”又会重新生成。
为了有效地抑制该过程的发生，可以采用燃烧技术措施尽量降低烟气中的O2量和飞灰中的含碳量，并尽可能地减少烟气的含尘量。现代垃圾焚烧炉排烟中的O2量一般为8%~9%。应该指出，对降低烟气中O2量的问题必须特别慎重，因为局部空气量不足可能会引起锅炉受热面管子的腐蚀[15]。烟气中的O2量一般可以降低至7%。
降低飞灰中的含碳量(例如通过改善炉内燃烧工况，提高燃烬程度)，可以有效地抑制二恶英类物质的生成。研究表明，二恶英类物质的生成量随着飞灰中含碳量的增加呈线性增长关系。通过改进燃烧技术降低飞灰中的含碳量并减少烟气的含尘量，可以使烟气净化设备之前烟气中的二恶英类物质的浓度降低为改进前的1/10，平均可低于1 ng-TEQ•Nm-3水平[15]。
二恶英类物质的“再合成过程”也可以采用将烟气和飞灰迅速冷却至180℃以下的方法得到抑制。烟气温度降低后，烟气中部分二恶英类物质雾化并吸附于烟气中的细微固体颗粒物上，再采用布袋式除尘器进行收集，可显著地降低排烟中二恶英类物质的浓度[2]。在实际应用中(例如德国Duisburg垃圾处理中心所采用的方案)，通过向余热锅炉受热面之后的烟气流中喷入冷却水，可使烟气温度迅速降低至180℃以下。为了提高冷却效率，采用一种管式反应器，它一方面可使冷却水和烟气得到充分混合，另一方面又可保证足够长的停留时间[3]。在反应器中再喷入细微的熟石灰(同时起中和烟气中酸性气体成分和吸附剂的作用)和活性炭作为反应物和吸附剂，则可抑制二恶英类物质的“再合成过程”并减少游离于烟气中的二恶英类物质。吸附过程的生成物以及烟气中的尘粒和飞灰采用布袋除尘器进行收集。另一方面，尘粒和飞灰由于除尘器滤料的阻流作用而在滤袋表面形成粉尘层。在烟气通过这一粉尘滤层时，它将对烟气中的二恶英类物质起到又一次吸附和反应的作用。对烟气和布袋除尘器滤层中二恶英类物质浓度的测定结果表明，布袋除尘器滤层的效果是非常显著的[3,5]。因此，近来国内外建设的大型现代化垃圾焚烧厂大都采用布袋除尘器。西方国家以及中国的垃圾焚烧污染控制标准均规定：生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用布袋除尘器[1~4]。
烟气中的二恶英类物质亦可仅采用管式活性炭过滤器或者活性炭固定床过滤器加以有效地去除[3,16]。此类过滤器的主要功能是吸附烟气中的二恶英类物质，同时也将尘粒、重金属(特别是水银)、SO2以及HCl阻留下来。按照烟气和活性炭流动的方式，管式活性炭过滤器可分为叉流式、逆流式和交叉—逆流式三种形式(图2)。活性炭固定床过滤器一般含有三个活性炭过滤层，而上述吸附过程主要发生在第一层中。当烟气通过较薄的第一层时，尘粒、重金属和二恶英类物质即被活性炭吸附；SO2和HCl则为第二和第三过滤层所阻留。实际运行结果表明[3]，采用这种过滤器后，烟气中二恶英类物质的日平均排放量可降至0.0013ng-TEQ•Nm-3~0.043 ng-TEQ•Nm-3(以含O2量11%的干烟气为基准)；重金属如Cd、Hg、Pb、Cr等的排放量已可降低至检测极限以下。