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

1.1燃烧区二恶英类生成及排放影响因素分析
生活垃圾进入焚烧系统进行焚烧是一种可控的燃烧过程。保证良好的燃烧状态，使生活垃圾在燃烧区实现充分燃烧，是控制PCDD/Fs在燃烧区生成的重要条件，而焚烧炉炉型、处理量、焚烧物料组成、运行方式等因素都将对焚烧区的燃烧状态产生影响，进而影响燃烧区二恶英类的生成及排放。
1.1.1焚烧炉炉型
根据原国家环境保护总局发布的《环境保护产品认定技术要求生活垃圾焚烧炉》[6]（HBC33-2004）中的相关规定，生活垃圾焚烧炉按垃圾焚烧方式可分为以下几类：炉排式焚烧炉、流化床式焚烧炉、热解式焚烧炉、回转窑式焚烧炉、其它型式焚烧炉。生活垃圾焚烧炉还可按其结构、性能等进行分类。
目前在我国，用于生活垃圾焚烧的炉型主要包括炉排式焚烧炉、流化床式焚烧炉、热解式焚烧炉等。我国建成和在建的生活垃圾焚烧厂中，机械炉排式焚烧炉和流化床式焚烧炉占主导地位。
燃烧状态是影响PCDD/Fs在燃烧区生成的最主要因素。影响燃烧状态的主要参数有：焚烧温度（Temperature），停留时间（Time），湍流程度（Turbulence），过剩空气（Excess air coefficient）。适当控制这4个因素，可以在大气污染物排放量最低条件下实现有效燃烧，即所谓“3T+E”原则。上述各种类型的焚烧炉有各自的技术特点和适用范围，但炉型本身同燃烧状态之间并不存在必然的相关关系。理论上，直接采集焚烧炉出口烟气进行二恶英类分析是研究各种炉型二恶英类排放浓度水平的有效途径，但是过高的焚烧炉出口烟气温度（≥850℃）给采样带来极大困难而无法实现；其次，焚烧处理量、焚烧物料组成、进料方式等因素也将对燃烧区二恶英类的生成产生影响，焚烧炉出口烟气二恶英类浓度水平是多因素共同作用的综合反映；此外，焚烧炉出口烟气需经冷却及净化处理后方能排放，PCDD/Fs在这一过程中会再次生成，即并非实现控制PCDD/Fs在燃烧区内的生成就能“一劳永逸”。本研究自2006年至2009年间，对全国范围内30余座生活垃圾焚烧设施进行废气二恶英类监测，结果如图2所示。虽然采集的是最终排放进入大气的废气样品而并非焚烧炉出口烟气，但是从一定程度上能够代表焚烧炉炉型的二恶英类排放。可见，每种炉型都有高低不同的排放浓度，炉型同二恶英类排放浓度之间没有直接相关关系。
因此本研究认为，遵从“3T+E”原则、技术先进、设计合理的焚烧炉炉型对于PCDD/Fs的生成及排放存在关键性影响，但并非决定性因素。
1.1.2焚烧处理量
《生活垃圾焚烧污染控制标准》[7]（GB18485-2001）中根据焚烧炉的日处理量对其烟囱最低允许高度做出规定。以此为依据，将生活垃圾焚烧设施按日处理量进行分类，处理量＜100t•d-1的焚烧炉定义为小型炉，处理量为100～300t•d-1的为中型炉，处理量＞300t•d-1的为大型炉。图3给出了研究期间监测的生活垃圾焚烧设施废气中二恶英类排放浓度与设施处理规模之间的关系。可以看出，大型焚烧炉废气的二恶英类排放浓度普遍处于较低水平，低于中、小型焚烧炉。这主要是因为大型生活垃圾焚烧设施一般技术水平比较成熟、先进，运行状况更加稳定，管理也更加科学、规范，从而保证了二恶英类排放浓度处于相对较低的水平。
因此本研究认为，生活垃圾焚烧设施二恶英类的生成及排放与设施规模之间存在较为明显的相关关系。

图2不同焚烧炉炉型的废气二恶英类排放浓度比较

图3生活垃圾焚烧设施处理量同废气二恶英类排放浓度关系图