危险废物焚烧中二恶英废气污染的控制

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摘要：二恶英(Dioxin)是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，对人体危害严重，大气环境中的二恶英90%来源于城市和工业垃圾焚烧。本文介绍了二恶英在工业危险废物焚烧过程中的生成途径及相应的控制措施，从而达到有效减少二恶英对环境的污染。

关键词：二恶英；生成机理；控制途径

Hazardous waste incineration of dioxins in exhaust

pollution control

Fan Pengcheng

Northern Environmental Supervision Centre, Environmental Protection Department of Jiangsu Province, Huaian 223001，China

Abstract: Dioxins (Dioxin) is a colorless, odorless, toxic serious fat-soluble substances harmful to human health are serious, the atmosphere dioxins 90% from urban and industrial waste incineration. This article describes the way of the formation of dioxins in industrial hazardous waste incineration process and the corresponding control measures so as to achieve effective in reducing dioxin pollution of the environment.

Keywords: Dioxin；Formation mechanism；Control approach

中图分类号：X502 文献标识码：A文章编号：

1 概述

危险废物是指固体废物中具有毒性、易燃性、易爆性、腐蚀性、传染性等有害特性的废物，危险废物处理方法较多，主要有物理化学法、填埋法、焚烧法等。其中，焚烧法即将废弃物在高温下焚烧，使其中的有毒有害物质在高温下分解，达到无害化、减量化的处置目的，并且可以回收利用热能，但是其废气污染，尤其是二恶英的污染问题越来越引起社会的广泛关注。

二恶英是指含有二个或一个氧键连结二个苯环的含氯有机化合物。由于氯原子在1－9的取代位置不同，其异构体分为两类，其中75种异构体由2个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为多氯二苯并二恶英（PCDDs），135种异构体由1个氧原子联结2个被氯原子取代的苯环为多氯二苯并呋喃（PCDFs），通常总称为二恶英类（Dioxins）,简称为二恶英（Dioxin）。二恶英为无色无味的脂溶性物质, 熔点较高，非常稳定，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，属一级致癌物，具有生殖毒性、内分泌毒性和抑制免疫功能。其中有17种（2、3、7、8位被氯取代的）被认为对人类和生物危害最为严重,毒性最强的为2、3、7、8四氯联苯（2、3、7、8-TCDD），是迄今为止化合物中毒性最大的物质之一。

2 生成机理和控制途径

2.1二恶英在焚烧炉内的产生主要有三种途径：

（1）直接合成

在危险废物进入焚烧炉内初期干燥阶段，除水分外含碳氢成分的低沸点有机物挥发后与空气中的氧反应生成水和二氧化碳，形成暂时缺氧状况，在温度低于800℃条件下，使部分有机物同无机氯或有机氯反应，生成PCDDs/PCDFs。焚烧技术标准中根据一氧化碳浓度判断供氧不足状况，一氧化碳浓度与二恶英浓度关系呈正相关。

（2）尾部合成

在低温(250℃～350℃)条件下大分子碳(残碳)与飞灰基质中的有机或无机氯，以燃灰中的铅、铜等重金属化合物为催化剂，生成PCDDs/PCDFs。残碳氧化时，有65%～75%转变为一氧化碳，约1%转为氯苯转变为PCDDs/PCDFs。飞灰中碳的气化率越高，PCDDs的生成量也越大。

（3）前驱物合成

不完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化反应可形成多种有机气相前驱物，如多氯苯酚和二苯醚，再由这些前驱物生成PCDDs/PCDFs。高温燃烧产生含铝硅酸盐的原始飞灰中含有不挥发过渡金属和残碳。飞灰颗粒形成了大的吸附表面。飞灰颗粒在出炉膛冷却的同时，颗粒表面上的不完全燃烧产物之间，不完全燃烧产物与其它前驱物之间发生多种表面反应，另一方面与不挥发金属及其盐发生多种缩合反应，生成表面活性氯化物，再经过多种复杂的有机反应生成吸附在飞灰颗粒表面上的PCDDs/PCDFs。

2.2针对上述机理，二恶英控制途径有：

（1）控制物料来源。加强源头控制，避免含二恶英类的物质（如PCBs等）及含氯量高的危险废物进入焚烧厂。

（2）减少炉内合成。通常采用的是3T+E工艺，即焚烧温度850℃以上；停留时间大于2.0秒；保持充分的气固湍动程度；以及过量的空气量，使烟气中O2的浓度处于6%～11%。

（3）减少炉外低温再合成。减少烟气在200℃～400℃之间的停留时间，如加装急冷装置；改善焚烧工艺减少生成二恶英的前驱体物质，减少飞灰在设备内表面的沉积从而减少二恶英生成所需要的催化剂载体等。

（4）提高尾气净化效率。如使用活性碳吸附、高效布袋除尘器。

3 烟气净化系统

危险废物焚烧后的烟气中含有多种有毒有害成分，主要包括二氧化硫、氯化氢、氟化氢、二恶英等，因此必须对烟气进行净化处理，使之达到规定的排放标准。烟气净化处理系统可采用半干式吸收塔（急冷塔）+干式反应装置（消石灰+活性碳吸附）+布袋除尘系统工艺。

1）半干式吸收塔（急冷塔）

烟气进入半干式吸收塔进行化学反应和再次降温，达到急冷和脱酸的目的。反应塔所使用的碱液通常为10%NaOH溶液，与酸性气体反应后生成盐类，水分被蒸发并降低烟气温度；高温烟气在吸收塔内被瞬间冷却，出口烟气温度约为200℃，能有效抑制二恶英的产生，同时保证后续管路和设备中的烟气不结露。

2）干式反应装置（消石灰+活性碳吸附）

在半干式吸收装置和布袋除尘器之间串联干式反应装置。烟气从管道进入文丘里反应器，活性炭和消石灰粉末通过定量给料装置进入反应器，气固两相相遇，经过喉部时，由于截面积缩小，烟气速度增加，产生高度紊流及气、固的混合，利用活性炭表面吸附特性来吸附二恶英等有害气体，利用烟气中的水汽与生石灰反应生成消石灰，去除烟气中的酸性气体。

3）布袋除尘系统

未反应完全的活性炭和消石灰粉末被吸附在布袋表面，继续吸附有害物质，其中也包括吸附在颗粒上的二恶英。

4 结论

焚烧烟气经过半干式吸收塔（急冷塔）＋干式反应装置（消石灰+活性炭）＋布袋除尘系统的净化处理，达到《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2001）所要求的排放标准。

1）固体废物经给料装置送入焚烧炉内由一次燃烧室燃烧，燃烧产生的烟气则进入二次燃烧室，在二次燃烧室中经1100℃高温二次燃烧，充分燃尽后进入余热锅炉达到回收热能和降温的目的，此时烟气经过余热吸收后温度降至550℃～600℃，再通过急冷塔喷淋水雾将排出的尾气在1S内急冷至200℃以下，防止二恶英再合成。

2）选用燃烧炉温度自动控制系统，保证危险废物焚烧装置中二次燃烧室烟气温度严格控制在1100℃以上。当炉温低于控制要求时，须加助燃油使温度达到规定范围，并使炉内CO浓度在50ppm以下，O2的浓度在6%以上，烟气在燃烧室内停留时间在2秒以上，从而使生成的PCDDs/PCDFs等物质完全分解。

3）为了避免一些不确定性因素的影响，尽可能减少PCDDs/PCDFs等对环境可能产生的污染，将经急冷后的废气排入活性碳吸收装置，由活性碳除去二恶英、重金属等有毒有害物质，再经布袋除尘装置处理，最终二恶英得到有效去除。

[参考文献]

[1]危险废物焚烧污染控制标准， GB 18484-2001.

[2]危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范，HJ/T176－2005.

[3]王华、卿山.医疗废物焚烧技术基础[M].北京：冶金工业出版社，2007.