医疗废物焚烧中二恶英的产生及控制

2.3影响二恶英生成的要因
研究表明：二恶英的生成与下列因素有关。
2.3.1粒子状物质
医疗废物焚烧炉的排放气体中，医疗废物中的无机物以飞灰等粒子颗粒状物质而存在。这些粒子状物质是二恶英生成的重要条件。粒状物质中的金属、碳对二恶英生成反应起着非常重要的作用，而且，生成的二恶英在排放气体中吸附粒子状物质，凝缩成为微小粒子。
2.3.2催化剂
飞灰中的金属或金属氧化物是作为催化剂参与二恶英的生成反应。其中：如铜的氯化物(CuCl2，CuCl等）起非常重要的作用，如从氯化氢和氧生成氯的催化剂，有机化合物氯化时的催化剂，从前躯物质生成二恶英的催化剂，碳氧化后生成二恶英结构时催化剂。而且，金属氯化物在二恶英生成时也是氯的供给源。其它金属如铁、镍、锌等亦具有催化剂的作用。
2.3.3氯
无机氯和聚氯乙烯是二恶英生成所需的氯的供给源。但医疗废物中的氯大量存在，是否生成二恶英，取决于焚烧物中燃烧状态。
2.3.4碳
医疗废物焚烧生成的煤烟等是二恶英生成途径的起点物质，煤烟的结构是多种环状结构物质的集合体，与二恶英的结构非常相近，极易变为二恶英结构。
2.3.5焚烧炉中温度
焚烧炉中的温度直接影响二恶英的生成量，如前所述250～700℃易生成二恶英。
3二恶英的控制途径
从以上分析可以看出：医疗废物焚烧过程中，二恶英的形成取决于医疗废物的成分、炉型、工作状态和焚烧条件（如温度、过量空气、混合条件等）。因此，根据其生成机理，可以从以下两方面控制二恶英。
3.1二恶英的生成抑制
3.1.1改善炉内燃烧条件
垃圾在干燥过程中和燃烧的初始阶段，当氧气含量充足时，垃圾中低沸点的烃类气化或燃烧生成CO，CO2，H2O；但若氧气不足，就会生成二恶英前驱物。这些前驱物与垃圾中氯化物，O2，氧离子进行复杂的热反应，生成二恶英物质，主要有PCDD和PCDF。因此，抑制二恶英产生的有效方法是“3T”技术：①炉内温度(Temperature)保持在800℃以上（最好在900℃），将二恶英完全分解；②保证足够的烟气高温停留时间(Time)；③优化炉形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。
燃烧技术的实现方法可分为两类。一是一次燃烧，即在燃烧过程中改变燃烧方法，采用高精度的燃烧控制系统，提高“3T”效果，使燃烧物与氧气充分结合，造成富氧燃烧状态，减少二恶英前驱物的生成，从而有效地抑制二恶英的产生。二是在一次燃烧的基础上，再加一次燃烧，称为二次燃烧，使产生的二恶英类物质通过二次燃烧室，在高温下（通常在1000℃以上）分解并燃烧。美国近年来开发了一种流动焚烧系统：由焚烧炉、气体连续测定仪和气体净化器三部分组成。烟气经过二次燃烧室，借助辅助燃油燃烧，温度控制在1200℃左右，经冷却后进入高效气体净化器，除去颗粒及酸性气体，该系统的二恶英去除率达99.9999％。目前，鼓励采用回转窑、热解炉等焚烧技术处置医疗废物来抑制二恶英的生成。
3.1.2医疗废物与硫含量较高的煤掺烧抑制二恶英产生
硫分的抑制作用在于其能与氯原子发生反应。研究成果证实了硫的两种抑制机制：①降低Cu的催化活性；②硫分通过与Cl2反应生成HCl消耗了氯源。其中，主要有三种反应，一种反应是：
Cl2＋SO2＋H2O＝2HCl＋SO3
该反应中Cl2转化为HCl可以一定程度上减弱芳香族化合物的氯代作用，从而减少形成PC-DD/Fs的前体物的数量。
另一种反应是S和CuO催化剂之间的反应：
CuO＋SO2＋1/2O2＝CuSO4
该反应降低了Cu催化活性，相对减少了二恶英的生成量。
第三种反应是硫通过形成磺酸盐酚前体物，从而降低了PCDD/Fs的形成量，或者通过形成PCDD/Fs的含硫化合物（联苯并噻蒽或联苯并噻吩）来减少PCDD/Fs的生成量。
3.1.3燃烧炉内添加碱性氧化物控制二恶英形成
炉内喷钙净化工艺中不仅对HCl的脱除有利，而且对二恶英的生成也具有重要的抑制作用。添加石灰石和氧化钙，通过对HCl的吸收，来阻止HCl的进一步分解，从而有效地降低氯源。炉内喷氨也能起到类似作用。
另外，循环流化床焚烧技术利用飞灰等碱性氧化物的再循环，也可以很大程度上抑制二恶英的形成。因此，在燃烧炉内添加多种碱性化合物，可以一定程度抑制PCDD/Fs的形成和排放。
3.2二恶英的排放抑制
由于焚烧过程必然会产生易生成二恶英的煤烟等物质，而且燃烧过程中不可避免的需要通过易生成二恶英的危险温度（二恶英的最佳生成温度是300℃～500℃）区间，所以，焚烧炉内要将二恶英的生成控制为零是非常困难的。采取净化焚烧产生的烟气可减少二恶英的排放。
3.2.1烟气处理
焚烧炉内生成的PCDD主要以固态形式附着在飞灰表面，设置高效除尘器可以除去大部分的PCDD。研究表明，袋式除尘器去除PCDD效果最好。丹麦曾于1988年将已有的电收尘器更换成袋式收尘器取得了良好效果。
为了提高袋式除尘器去除PCDD的效率，可以降低排烟温度，一般来说，运行温度最好控制在150℃以下，使得气相中的PCDD冷凝附着于烟气中飞灰颗粒上，再用袋式除尘器捕捉飞灰，可获得更佳的效果。图3为温度和PCDD去除率的关系图。