北京市典型废弃物焚烧源2010—2017年二英排放特征和减排效果分析

李常亮，程 刚，李金香，张战平，刘国瑞，刘文彬

1.中国科学院生态环境研究中心，北京 100085 2.北京市环境保护监测中心，北京 100048

1 研究内容

1.1 典型焚烧源信息

表1 北京市典型废弃物焚烧企业信息Table 1 Information of typical waste incineration plants in Beijing

2016年，全市共有5家在运行的生活垃圾焚烧企业，全部配置炉型为500 t/d以上的大型炉排炉，其中MSWI1和MSWI2的设计产能占生活垃圾焚烧总设计产能的50%；共有3家在运行的危险废物焚烧企业， HWI1和HWI2的设计产能占危险废物焚烧总设计产能的92%，而焚烧的医疗废物全部通过MWI1进行处置。监测期间HWI1焚烧的危险废物类别包括HW02、HW03、HW06、HW08、HW09、HW12、HW13、HW16、HW49等，HWI2焚烧的危险废物类别包括HW08、HW09、HW12、HW13、HW17、HW35、HW49等。

1.2 监测方法和监测频次

表2 年度监测频次或台次Table 2 Annual monitoring frequency

1.3 排放因子和排放量计算方法

EF废气=C×V/ (I×1 000)

(1)

2 结果与讨论

2.1 排放浓度与达标情况分析

图1 废弃物焚烧企业废气二英多年排放浓度Fig.1 PCDD/Fs emission levels in flue gases from waste incineration plants

2.2 排放因子与排放量比较

表3 废气二英排放因子与排放量Table 3 Emission factors and annual emission amount of PCDD/Fs to the atmosphere

2.3 同类物分布统计学特征分析

各焚烧源多年来呈现的同类物分布统计学特征如图2所示。

图2 同类物质量浓度和毒性当量贡献指纹特征Fig.2 Distribution characteristics of PCDD/Fs congeners

由于各企业均有较高的达标率，该特征基本反映了各企业在满足达标的正常操作条件下同类物的指纹特征，每家企业均具有相对稳定的指纹特征，同时也存在一定的波动。

5家企业所呈现的统计学特征具有一定的相似性，1234678-HpCDF、OCDF、1234678-HpCDD、OCDD的质量分数较高；23478-PeCDF的毒性当量贡献率最高，PCDFs的质量分数和毒性当量贡献均高于PCDDs。以MSWI1为例，1234678-HpCDF、OCDF、1234678-HpCDD、OCDD的平均质量分数依次为12.3%、11.3%、15.1%、24.8%，23478-PeCDF的平均毒性当量贡献率为34.5%，PCDFs的平均毒性当量贡献率为71.1%。一般认为，废弃物焚烧过程中，PCDDs和PCDFs的生成机理不完全相同，PCDDs主要由前躯体反应生成，而PCDFs主要由从头合成反应(de novo)生成；当从头合成占主导时∑PCDFs和∑PCDDs质量分数比值大于1，而由前躯体生成占主导时其比值远小于1[19]。从这个角度分析，各焚烧源均为从头合成起主导作用。

聚类分析[20]等手段可以更直观地反映同类物分布特征的异同。对各企业的同类物分布开展聚类分析，如图3所示。

图3 同类物指纹特征聚类分析结果Fig.3 HCA dendrogram of congener distribution

2家生活垃圾焚烧企业的同类物指纹特征最为接近，2家危险废物焚烧企业的同类物指纹特征也比较接近。对于∑PCDFs和∑PCDDs质量分数比的平均值，HWI1和HWI2大于2，且高于其他3家企业；对于4～6氯代(以下称低氯代)同类物和7～8氯代(以下称高氯代)同类物质量分数比的平均值，MSWI1和MSWI2接近于0.5，HWI1和HWI2大于0.5，而MWI1小于0.5(图4)。同类物分布特征体现了行业差异，而这些差异主要是由废弃物种类和生产工艺引起的。

图4 同类物质量分数及毒性当量贡献比的平均值Fig.4 Average ratio of congener mass fraction and TEQ fraction

2.4 排放浓度年际变化及同类物间相关性分析

鉴于HWI1仅1条生产线且排放浓度稳定性相对差一些，重点考察其排放浓度历年变化情况，如图5所示。

图5 HWI1历年排放浓度和∑PCDFs/∑PCDDs值变化情况(2013—2016年)Fig.5 Variation of emission concentration and ∑PCDFs/∑PCDDs from HWI1 during 2013-2016

开展同类物质量浓度的皮尔森相关性分析时发现，123478-HxCDF和123678-HxCDF显著正相关，且相关系数均大于0.9。进行线性回归分析，如图6所示，123478-HxCDF和123678-HxCDF的质量浓度基本一致，线性相关系数为0.93～0.97。而ACI和BF联用对两者的去除效率接近[25-26]，表明两者具有相近的生成机理。PCDF同系物间会发生低氯代同系物加氯和高氯代同系物脱氯反应[27-28]。ZHAO等[29]研究PCDFs逐级加氯的等键反应吉布斯自由能变(ΔG)发现，123478-HxCDF和123678-HxCDF的ΔG非常接近，结合其在颗粒物中的质量浓度，证明水泥窑协同处置固废时，加氯反应是123478-HxCDF和123678-HxCDF的重要生成途径。同样，可以推测加氯反应也是其他焚烧源123478-HxCDF和123678-HxCDF的生成途径之一。

图6 123478-HxCDF和123678-HxCDF的线性回归分析Fig.6 Linear regression analysis between 123478-HxCDF and 123678-HxCDF

表4 I-TEQ与同类物质量分数的皮尔森相关系数(P<0.01)Table 4 Pearson coefficient of correlation between I-TEQ and congener mass fraction(P<0.01)

3 结论

4)通过优化活性炭喷射和布袋除尘的运行条件，确保PCDFs(特别是低氯代PCDFs)的去除效率，对稳定达标排放非常重要。危险废物焚烧源HWI1的排放浓度随运行时间增加而上升，及时更换烟道管壁有助于消除“记忆效应”的不良影响。