利用层次分析法探讨生活垃圾焚烧设施二恶英类排放的影响因素

摘要：基于焚烧过程中二恶英类（PCDD/Fs）的生成机理，深入探讨生活垃圾焚烧设施二恶英类生成及排放的诸多影响因素，并依据层次分析法（AHP）原理，从焚烧设施的技术水平、运行状况、管理水平3个影响因素着手建立递阶层次结构模型。分别对模型中的各个影响因素进行定性和半定量化处理，最终实现对生活垃圾焚烧设施二恶英类生成及排放影响因素的重要性进行排序，为有效制定减排措施提供决策参考。
关键词：层次分析法，生活垃圾焚烧，二恶英类，影响因素
二恶英类（PCDD/Fs）是人类在生活和生产过程中非有意生成的持久性有机污染物，它们广泛存在于环境介质中，具有生殖发育毒性和致癌性、致畸性等，其化学性质稳定，难于被生物降解，具有很强的长距离迁移特性，能够对人体和动物产生大范围和长时间的危害[1-2]。我国于2007年4月提交的《中华人民共和国履行〈斯德哥尔摩公约〉国家实施计划》[3]中，以《二恶英和呋喃排放识别和量化标准工具包》[4]为依据，基于已有的监测和研究数据，估算出我国2004年二恶英类排放总量，其中，废弃物焚烧类别二恶英类年排放量为1757.57gTEQ/年[3]，占我国2004年二恶英类排放总量的17.2%。
生活垃圾焚烧是废弃物焚烧类别中的一个重要子类别。近年来，随着经济的持续高速发展和人民生活水平的提高，我国的生活垃圾产生量以8%的年平均增长率持续增长，而焚烧技术是垃圾减量化、无害化、资源化处理最有效的方式。可以预见的是，对生活垃圾进行焚烧处理是未来垃圾处置的发展趋势。
而生活垃圾焚烧设施的增加，可能直接导致该子类别二恶英类排放量的增长。因此，深入研究影响生活垃圾焚烧设施二恶英类排放的关键环节和因素，并通过对这些影响因素进行有效干预最终实现控制二恶英类生成及向环境中的排放，对于减排工作意义重大。
本研究依据层次分析法原理，从生活垃圾焚烧设施的技术水平、运行状况、管理水平3个影响因素入手建立递阶层次结构模型，并运用模型对影响焚烧设施二恶英类生成及排放的各因素进行综合评价，以期为环境管理提供决策参考。
1生活垃圾焚烧设施二恶英类生成及排放影响因素分析
运用模型进行综合评价前，首先需要确定影响生活垃圾焚烧设施二恶英类生成及排放的各因素，并对这些因素进行定性及半定量化处理。
应用焚烧技术对生活垃圾进行无害化处理，其典型的工艺流程如图1所示。生活垃圾由运送车送至处理厂，经适当预处理后，由给料系统连续地或批次地送入焚烧系统进行焚烧，产生的炉渣经熄火及降温后被推送出来，定期收集处理。焚烧产生的高温烟气在离开焚烧系统后，将通过余热锅炉及/或急冷装置等进行初步冷却，后经烟气净化系统处理后排入大气。生成的PCDD/Fs主要以废气和固体残渣（炉渣及飞灰）的形式排放进入环境。若采用湿式除尘器或用水对炉渣进行降温，将产生废水，而废水中大部分PCDD/Fs都吸附在颗粒物上，对废水进行处理将产生含PCDD/Fs的洗涤污泥，废水中的PCDD/Fs最终仍以固体残渣的形式排放。由于焚烧产生的废气会直接排入大气从而对人体健康产生影响，并能长距离传输，因此向大气的排放是生活垃圾焚烧最重要也最受关注的排放途径，也是本研究的重点。

图1典型生活垃圾焚烧工艺流程示意图
目前被普遍认同的生活垃圾焚烧过程中二恶英类的产生来源主要有以下三种方式：（1）PCDD/Fs以杂质的形式随生活垃圾一并进入焚烧系统，在焚烧过程中未被完全破坏或分解，最终通过废气和固体残渣向环境释放；（2）PCDD/Fs在燃烧区生成；（3）PCDD/Fs在燃后区再次生成。
Johnke等1992年对德国11座焚烧设施进行二恶英类质量平衡试验，Huang H和Buekens A通过对燃烧区、燃后区所有二恶英类排放途径的监测数据进行分析，计算出燃烧区、燃后区及整个焚烧过程二恶英类的输入与输出[5]。研究数据显示，随生活垃圾进入燃烧区的二恶英类总量为90.0gTEQ•t-1，最终通过焚烧产生的向环境输出的二恶英类总量为211.6gTEQ•t-1；70.8gTEQ•t-1的二恶英类在焚烧区被破坏，192.4gTEQ•t-1的二恶英类在燃后区再次生成。由此得出结论，生活垃圾中固有的二恶英类在焚烧过程中被破坏，直接排放进入环境的可能性很小；PCDD/Fs在燃后区的再次生成是生活垃圾焚烧二恶英类生成的重要途径。二恶英类的生成机理及反应历程至今尚不十分明确，但可以肯定的是，生活垃圾焚烧设施二恶英类的生成及排放是诸多影响因素共同作用的结果，只有在确保其它影响因素不变的条件下讨论某单一因素对最终排放结果的定量影响才有意义。然而在实际研究中，各影响因素均处于不断变化之中，给客观、正确评价带来困难。因此，本研究将基于PCDD/Fs的生成机理，探讨可能的影响因素并进行定性分析，并通过设计有针对性的实验对各因素进行深入研究。