削减和控制二恶英管理政策与技术应用的国际对比分析
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摘要 削减和控制二恶英是履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的一项重要内容。我国是全球二恶英排放较大的国家之一，为了控制该类物质的排放，国家履约行动中将有80%用于减排二恶英。由于国外发达国家在20世纪80年代已经开始关注二恶英的污染，本世纪二恶英排放已经显著的降低。本文分析了发达国家在二恶英治理方面的政策措施，并与我国当前现有措施进行了比较，提出了我国政策制度的不足。其次总结了控制二恶英的主要技术，包括利用最佳可行技术进行削减和控制。分析发达国家利用最佳可行技术的情况及我国技术发展的状况，揭示了双方存在的技术差距。提出了由于上述管理和技术差异而导致发达国家和我国削减和控制二恶英的不同工作侧重点。最后综合指出我国控制二恶英的管理和技术对策及整体框架体系。
中图分类号 X323;X38 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2008)06-0134-08
二恶英是多氯二苯并-对-二恶英（简称PCDDs）和多氯二苯并呋喃（简称PCDFs）的统称。PCDDs有135种异构体，PCDFs有75种异构体。世界卫生组织确认了17种2,3,7,8键结合氯原子的二恶英对人体极具伤害，其中又以2,3,7,8-四氯代二苯并-对-二恶英（TCDD）毒性最强。
PCDDs和PCDFs是《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》（简称斯德哥尔摩公约）所涉及的12种持久性有机污染物中的两种，被称为无意排放的副产物。公约要求对该类物质采取措施减少其排放，并在可行情况下最终消除。我国于2001年5月23日签署了该公约，2004年11月11日公约对我国正式生效。按照公约要求，我国2007年4月向缔约方大会递交履行公约的《中国履行关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约国家实施计划》（简称《国家实施计划》），提出了履约的战略和行动方案。实施方案经费估算中80%以上的费用用于减少和消除二恶英的排放，成为我国履约的一个最重要组成部分。
我国现阶段的二恶英治理政策、相关法规还较不完善，处于管理的初级阶段。减排技术还大多处在示范、研究阶段。但是目前，从排放二恶英较为严重的几个行业如生活垃圾焚烧、再生金属和铁矿石烧结来看，尽管依据国家产业结构调整政策对行业中一些小企业采取关停并转等措施，但由于其产量还在逐年提高，我国未来二恶英的排放还将呈上升趋势。为了尽快有效遏制二恶英的排放，有必要对国外成功的治理政策和成熟的应用技术进行回顾、分析。同时在和我国的政策体系和技术应用对比中，发现我国削减和控制二恶英的症结，明确今后减排的重点、构建控制二恶英的体系。
1 国内外二恶英管理政策对比
1.1 发达国家削减和控制二恶英的管理政策
本世纪发达国家二恶英的排放已经呈现显著下降趋势，相应的环境政策起到决定性的推动作用。表1列出了代表性的两个国家英国和日本在二恶英控制、削减过程中主要采取的政策和标志性的相关事件。尽管在20世纪70年代一些发达国家已经发生了对环境造成严重污染的二恶英事件，但政府对二恶英问题的关注开始于20世纪80
年代，期间对二恶英的特征、毒性开始研究，并且小范围的监测其在环境中的排放情况。关于削减和控制二恶英的排放的重大法规、政策均在20世纪90年代中后期制订并开始实施。对排放二恶英较大的工业源进行了监测与控制，如焚烧、炼钢、烧结等，并且逐步提出了越来越严格的二恶英排放标准，同时也制定了二恶英环境质量标准。本世纪主要是继续执行严格的控制措施，对相关国际公约中的承诺予以实施。
随着相关法规、措施的实施，发达国家二恶英排放量在本世纪得到了明显的控制。日本二恶英排放总量在1997年为7 680～8 135 g-TEQ，到2003年为372～400 g-TEQ，较1997年减少大约95%。英国大气中二恶英的排放量已由1990年的1 111.9 g I-TEQ/年降低到2005年的204.5 g I-TEQ/年，减少量达到82%［1］。美国环境保护署的报告中指出2000年美国释放到环境中的二恶英已较1987年减少90%。
1.2 我国削减和控制二恶英的管理政策
我国政府对二恶英的关注主要是从1999年比利时发生二恶英污染饲料事件后。在随后2001年签署了斯德哥尔摩公约。在此期间，就二恶英排放较为严重的行业如固体废物焚烧行业逐渐提出了相应的二恶英排放限值、技术规范和防治政策(见表2)。表中的控制标准和技术规范内容为直接对二恶英控制提出的要求，废物防治政策所提出的内容尽管没有特指针对二恶英的削减，但其对控制、削减二恶英的作用是十分显著的。2005年，国务院了《促进产业结构调整暂行规定》，并且公布了《产业结构调整指导目录（2005年本）》。在此目录中将削减和控制二恶英排放的技术开发与应用列为鼓励类产业。2007年的《国家实施计划》中提出了我国今后在控制、削减二恶英的行动计划和指导战略。
从已有的标准和规范看，固体废物焚烧行业限制二恶英排放是我国二恶英政策制订的一个突破口,对该行业从技术、生产过程、尾气控制和监测都提出了要求。水泥行业的排放限值已经达到发达国家排放限值要求。
但从政策的覆盖面来看，现行标准涉及行业过少，在其它行业的推广还没有开始。尤其是排放的重点行业如铁矿石烧结、电弧炉炼钢和再生有色金属行业对二恶英排放限制还没有做任何要求。从现行标准的实施效果来看，与发达国家还有明显的差距。从表3可以看出，就相对规范较全的城市垃圾行业，尽管焚烧量较小，但二恶英排放量却远高于其它国家。
2002年对全国环保重点城市中的7套生活垃圾焚烧处置设施的调查监测显示有4套设施超标，超标范围0.3～99倍［4］。这一方面是由于环境效果的取得与政策制订时间有一定的间隔，另一方面也可以说明现行政策执行效率不高。
研究发现，国外发达国家二恶英的削减和控制即有整体性的法规和管理措施，又有针对具体不同行业的规范要求。在统一减排目标的指导下，彼此配合, 多方协作，最终实现对污染物的削减和控制。我国在这方面由于是起步阶段，还没有提出整体的减排目标，管理体系较分散，没有形成总体指导性的政策法规，这将不利于我国二恶英整体减排趋势的形成。
2 削减和控制二恶英技术应用分析
2.1 削减和控制二恶英的主要技术
削减和控制二恶英技术的应用，首先来自对二恶英形成机理的认识。目前对二恶英形成机理的认识大多来源于对城市固体废物焚烧过程从实验到实地的研究。燃烧源二恶英的形成机制主要有三种途径：一是燃烧材料中本身含有二恶英污染物，并且在燃烧过程中没有被破坏，又排放到环境中；二是在200 ℃～450 ℃的环境中，吸附在飞灰粒子表面和二恶英有相似结构的前驱物氯代芳烃在催化作用下（氯化铜为主要催化剂）被热解、分子重组最终形成二恶英；三是从头合成机理（de novo）,包括大分子的碳、氧、氢、氯、过渡金属催化剂在飞灰上发生非均相反应，反应发生中形成了中间体芳香环状化合物，作为前驱物它们再进行和机理2相同的转换［5］。
对于燃烧控制较好的工业系统，通过控制燃烧温度和停留时间，可以对进料中的绝大多数的二恶英进行破坏，因此机理1对二恶英形成的贡献并不大。机理2和机理3发生在温度下降的后燃烧区域，被认为同时发生，并共有许多相同的反应路径，发生在相同的物理环境下。对于现代城市固体废物焚烧厂，最主要的二恶英排放是由于从头合成所造成。
从二恶英的形成机理来看，控制二恶英的排放主要分为三个阶段，一是对于燃烧物料的控制；二是燃烧过程的控制；三是对燃烧产生的烟气和残余物的控制。
（1）燃烧物料的控制。减少物料中氯的输入对控制二恶英的减少有相关性。在大量 的实验和小规模的燃烧系统中已经发现随着物料中氯的降低，二恶英的形成量也在减少。大规模的燃烧系统中有些证明了上述现象的存在，虽然有些没有表现出完全的相关性。但在燃烧系统中通过减少氯的输入而降低二恶英排放的政策已经被很多政府、专业协会和国际公约接受，而且被认为是有效的低成本方法［6］。
（2）燃烧过程的控制。控制较好的燃烧系统对二恶英的破坏十分显著。为了达到完全燃烧，破坏二恶英的形成，需要从燃烧温度、停留时间、紊流度和氧气量方面进行控制。一般认为温度达到850 ℃以上，燃烧区气体的停留时间达到2秒，物料中存在的所有二恶英类物质均能破坏。但为了更有效的对一些特殊碳材料的完全燃烧，温度需达到1 000 ℃，停留时间需要1秒。雷诺数被建议大于10 000，富氧水平建议在3%～6%［17］。
（3）烟气控制。燃烧烟气排入大气需要经过冷却与烟气处理系统。较为合理的冷却方式是通过余热锅炉使烟气温度降至600 ℃左右，然后采用急冷装置使温度在短时间内降到通过二恶英再合成的温度区间。
烟气处理系统要综合考虑多种污染物质的去除，如颗粒物、重金属、酸性气体和有机污染物。因此要根据不同行业的排放标准结合多种大气污染物控制设施组合该系统。去除二恶英相关的烟气控制技术可以分为四种大类别。一是除尘装置；二是去除酸性气体的装置；三是催化氧化装置；四是吸附装置，详细描述见表4［5，6，7～11］。
以上技术的组合可以达到不同的二恶英去除效率。城市固体废物焚烧行业，选择喷雾干燥吸收、布袋除尘、活性炭注入（50 mg/m3）相结合被认为是最有效的去除方法［7］。在应用中，韩国三个固体废物焚烧厂在利用喷雾干燥吸收塔时同时喷入活性炭，再用布袋除尘器系统后测定二恶英类物质去除率达99%［12］。美国167个大型的城市固体废物焚烧厂（大于225 t/天）中有82个厂使用喷雾干燥吸收、布袋除尘、活性炭注入和选择性非催化氧化四项装置结合作为烟气除尘装置。
（4）残余物的处置。由于烟气控制技术的不同，残余物的形态主要有固态和液态。固态主要由飞灰和底灰组成。底灰中二恶英和其它污染物含量较低，在保证污染物浓度在限值之内，可以通过热处理、筛分、磁选等前处理后将其填埋或再利用于筑路等材料中。飞灰中的二恶英、重金属、溶解盐对环境危害很大，按要求应和底灰分开处置，主要处置技术有熔融固化、水泥固化、石灰固化、塑性固化、高温烧结和酸浸提等方法［13，14］。湿式除尘系统的使用会产生废水，应配有相应的污水处置设施，可以混凝沉淀和吸附反应去除金属离子和有机物。2.2 最佳可行技术的利用
利用BAT（Best Available Techniques）是对所开展活动及其运行方式的较高要求，它以防止污染物的产生为前提，在难以切实可行防止时，要从总体上减少污染物的排放及对整个环境的影响（包括水、大气、土壤等多种介质）。同时，还要考虑其可行性，即技术的可得性和经济可行性。BAT概念是1996年欧盟在其综合污染预防与控制指令（IPPC Directive 96/61/EC）中提出的，要求利用BAT综合控制来自大气、水体和土壤中的污染物。为了明确BAT，指导行业进行污染防治，实现BAT的信息交换，欧盟IPPC局已经制定了31份不同领域的BAT参考文件。和二恶英排放相关的工业领域均有相应的参考文件进行预防和控制指导。
《斯德哥尔摩公约》要求各缔约方对无意产生的持久性有机污染物包括二恶英进行削减或消除时，应制定并实施以BAT导则为核心的行动计划，要求缔约方在公约生效后四年内对所有新排放源采用BAT，对现有排放源促进采用BAT。表5是导则中对产生二恶英较为严重的钢铁烧结过程提出的BAT策略［8］。可以看出导则中提供了从替代技术、过程控制和末端控制三个方面对二恶英物质的控制与削减。可见，单一的技术或一种设施均不能代表BAT的实施，BAT的实现是需要多种协同手段共同作用。
2.3 技术应用对比
在欧盟，由于IPPC指令要求所有相关设施需要在2007年10月前获得基于BAT的运行许可，因此欧盟国家的工业源在削减和控制二恶英类物质时均已参照并执行了BAT的要求。日本为了控制二恶英排放，在20世纪90年代后期投入了大量的资金建立大规模城市废物焚烧厂和在已有的废物焚烧厂安装先进的二恶英减排设备。日本每年大约有2 500亿～5 000亿日元用于建 设新焚烧厂，100亿～2 500亿日元用于提高对污染物的排放控制。这些投入的主要目的都是 为了减少焚烧过程向空气中排放二恶英的数量。在2000年上述两项措施合计总花费在8 000 亿日元，大约70亿美元［15］（汇率按1美元=120日元计算）。
由于我国仅对垃圾焚烧行业提出二恶英排放限值的要求，因此，控制和削减二恶英的技术应用在行业研究、推广和应用方面十分薄弱，只有少数企业的生产工艺达到世界先进水平，并采用了BAT控制和削减二恶英排放。我国现阶段为削减和控制现有污染源主要采取对重点行业的某些企业开展BAT应用示范，在可行的基础上，采取逐步采用的策略。
在垃圾焚烧行业，目前主要技术是炉排炉技术和循环流化床技术。大型的炉排炉焚烧厂的建设主要靠引进国外设备。流化床焚烧技术主要采用北京中科通用能源环保有限责任公司和浙江大学的异重循环流化床技术。从设备的规模来看，我国焚烧厂平均规模由2001年每天181 t扩大到2005年每天493 t［16］。美国垃圾焚烧厂二恶英排放显示，大型焚烧厂（大于225 t/天）焚烧垃圾总量的91%，其产生的二恶英仅占到全部产生的17%，而焚烧了垃圾总量9%的小型焚烧厂（小于225 t/天），其产生的二恶英要占到83%。烟气净气系统的配置，也从干法加静电除尘器逐渐向半干法（喷雾干燥）加布袋除尘器过渡。可见，现代技术的应用、规模的扩大和净化系统的提高对我国二恶英的削减和控制必将起到显著的作用。
在钢铁行业，我国开始了企业削减和控制二恶英的试点工作。宝钢主要承担了这一任务，在其1#烧结机、特殊钢分公司100 t电炉生产工序中开展了减低二恶英排放的工业试验。目前已完成《二恶英污染现状及防治技术的基础研究》科研项目，成功实施《中意合作中国UP-POPs减排战略：BAT/BEP和试点行业的增量成本估算》示范项目，并成立了中国制造业首家具有国际一流水准的二恶英
分析研究实验室。目前宝钢100 t 电炉PCDD/Fs 排放水平为0.011～0.11 ng-TEQ/m3，平均值为0.060 ng-TEQ/m3（4 个数据的平均值，不包括飞灰）［17］，小于BAT导则推荐值0.2 ng-TEQ/m3。
可见，削减和控制二恶英的技术在发达国家已处于大范围应用阶段，技术较为成熟，该技术和其它污染物治理技术共同作用使得整体环境水平得到提高。我国该类技术基本处于研究、试验阶段，应用有限，但已在应用企业取得较好效果。
3 削减和控制二恶英的工作侧重点比较
经过近20年的减排控制，英国和美国等发达国家最主要的二恶英排放源已由可控制的工业源转向较难控制且带有很大不确定性的小范围庭院废物燃烧的民用源。
英国在其《斯德哥尔摩公约》的国家实施计划中指出，曾经是最大污染源的城市垃圾焚烧向大气中排放的二恶英已由1993年的409 g-TEQ/m3下降到2004年的0.54 g-TEQ/m3,占全部排放的不足0.5%。而最大的二恶英排放源是无组织的小规模的废物燃烧、农业废弃物的燃烧和火灾，并且这类源产生的数据还有很大不确定性［7］。这一现象在欧盟其他国家也较为类似，欧盟民用源向空气中排放的二恶英占到总体排放的约45%。
在美国，曾经是最主要的二恶英产生源的城市垃圾焚烧、医疗废物焚烧和危险废物焚烧水泥窑向大气中排放的二恶英从1987年到2000年减少了99%、85%和84%，而庭院废物燃烧所排放的二恶英已占总排放量的35%，从1987年到2000年减少仅17%。
无组织的民用燃烧源由于其分散分布、监测困难、较难规范，因此对此类源的控制是发达国家二恶英减排的工作重点。调动公众参与、提高公众认知被国外普遍认为是解决该问题的有效手段。在国家层面上，已经开始通过大量监测、研究，相关的科学报道，让公众清楚地了解二恶英的危害。如英国环境、食品与农业事务部了《民用源二恶英及多氯联苯排放》的报告；美国环境保护署用时14年对二恶英的暴露及其对人体健康的影响进行再评估，完成了《2,3,7,8-TCDD和相似化合物的暴露和对人体健康再评估（草案）》，并于2004年10月提交美国国家科学院进行评审；日本由多个部门组成的二恶英政策委员会出版了多期二恶英信息手册，用浅显的语言解释二恶英的形成、削减和控制措施，旨在提高公众对二恶英的认识。通过认知，以求自觉减少废物的产生，避免无组织燃烧产生二恶英是此项工作的根本落脚点，也是发达国家实现持续减排的关键。
我国二恶英的排放和污染监测数据十分缺乏。为制订国家实施计划，我国根据联合国环境规划署提供的《二恶英清单估算标准工具包》和已有的少量监测数据，对2004年排放的二恶英进行了估算。数据显示，钢铁和其它金属生产行业、发电和供热行业和废物焚烧行业这三类污染排放源排放量占总排放量的81%。可见，我国控制工业源产生的二恶英仍是减排的重点。对于民用燃烧源产生二恶英的研究在我国几乎还没有开展，排放量的估算也存在较大的不确定性。但我国已有一些法规和政策，如《中华人民共和国大气污染防治法》对露天焚烧秸秆、落叶等物质的禁止区域做出了明确规定，《秸秆禁烧和综合利用管理办法》等可以对民用源产生的二恶英起到一定的控制作用。
4 结论与讨论
我国二恶英的削减和控制需要一个逐步完善的程序框架（见图1）。实现二恶英削减和控制的战略目标需要管理手段和技术手段相互协同作用。政策、法规的制订和实施促进了管理手段的改进,对技术的应用具有导向作用，BAT的应用促进了技术的整合。
图1 二恶英削减和控制框架
Fig.1 The framework of reduction and control of dioxins
我国由于二恶英控制工作起步较发达国家晚，导致管理和技术手段较落后。发达国家已经取得了显著的控制效果，因此学习国外的管理经验、减排技术和研究成果，对促进我国二恶英减排战略的实施、因地制宜地采用合理的技术将起到重要的推动作用。通过对比，提高我国二恶英管理控制水平需要考虑以下几方面的工作：适时地制订针对二恶英削减控制的整体性法规和政策；将现有的标准向其它行业推广，并对重点行业进行环境影响评价时考虑对二恶英排放提出限值要求；对现有固体废物焚烧行业的二恶英环境政策进行评估，辩识环境政策的效果及价值，以求通过优化环境政策运行机制的方式，为其它行业的相关政策制订提供有力的依据。在削减技术应用方面，利用BAT控制和削减二恶英将是实现我国履行《斯德哥尔摩公约》的工作重点。先通过在重点企业开展示范活动为先导，对开展BAT进行技术经济可行性评价；再进一步完善重点行业清洁生产标准，颁布BAT的行业导则；进而实现后阶段BAT的推广工作，考虑对采取BAT的企业授权其排污许可证。在整个过程中欧盟的BAT参考文件和欧盟对BAT的评价、推广经验都值得我国很好借鉴。
我国二恶英削减行动可以以控制工业排放源为主，同时以提高公众认知为主要手段对民用源进行管理和监督，力求实现对工业源的大量减排，对民用源的维持控制，以实现履行《斯德哥尔摩公约》要求，减少该类物质对环境和人体的危害。
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Comparative Analysis of Policies and Technical Measures to
Reduce and Control Dioxins in an International Context
GENG Jing1,2,3 Lü Yonglong1 WANG Tieyu1 HE Guizhen1 CHEN Chunli1,3 LI Jing1,3
(1. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Ecoenvironmental Sciences,
Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085,China；2. Business Administration College, Taiyuan University of Technology,
Taiyuan Shaanxi
030024,China；3. Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039,China)
Abstract In response to the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants (POPs), all the parties need to undertake numerous activities to reduce and eliminate dioxins, which are intentionally manufactured POPs listed in the Convention. China is one of the countries with the large amount of dioxins releases. Over 80 percent of the cost in Convention implementation will be used in the actions to reduce and eliminate dioxins in China. As the developed countries have paid attention to the dioxins problems since the 1980s and have achieved a substantial decrease, the policies and management measures of dioxins in developed countries are analyzed and compared with the management measures used in China. Moreover, the article indicates the techniques used in controlling
dioxins, especially the best available techniques, and shows the current technical levels in both developed countries and China. In view of the gap in management and techniques, the differences of strategies and measures to reduce dioxins between developed countries and China are presented. Suggestions for improving the efficiency of dioxins reduction in China are offered, together with a management framework.
Key words dioxins; policies; best available techniques; industry sources; domestic sources