城市垃圾焚烧的二次污染及其控制

师 宓

(上海恩磁环境科技有限公司，上海 200072)

1 引言

现阶段由于我国城镇化进程迅猛加快，城市规模、人口不断扩大，城市垃圾的产生量逐年增加，从而导致城市垃圾污染问题更为尖锐，处理任务日渐繁重。

目前，城市垃圾处理技术主要包括物理处理、化学处理、生物处理、热处理及固化处理等。焚烧处理主要是利用焚烧炉及其附属设备，将城市垃圾置于焚烧炉内，经过高温分解和深度氧化，达到垃圾大量消减的目的，并将产生的热量进行回收再利用的热处理技术。

焚烧处理技术具有处理规模大、周期短、减容性良好、占地面积小，可回收电能和热能等优点。但同时垃圾焚烧过程中易产生大量有毒有害物质，危害人体健康和动植物环境。由此，如何控制垃圾焚烧所带来的二次污染，已成为垃圾处理过程中需解决的重要问题，也直接影响到城市垃圾焚烧技术的发展。

2 城市垃圾焚烧的二次污染及其控制

城市垃圾焚烧产生的二次污染主要包括：各类烟气污染物、焚烧灰渣、污水、噪声以及恶臭等，见表1。

表1 城市垃圾焚烧产污环节及主要污染物

2.1 烟气污染物及其控制

垃圾焚烧烟气主要是由N2、O2、CO2、H2O等4种物质组成，由于垃圾成分的复杂性和焚烧过程的多变性，垃圾焚烧烟气中至少含有1%左右的有毒有害污染物，主要包括：颗粒状污染物、酸性污染物、重金属污染物、二噁英等。

2.1.1 颗粒状、酸性气体污染物及控制

颗粒状污染物也称作飞灰，其中包括惰性氧化物、金属盐类、未完全燃烧产物等，可随呼吸进入肺部，沉积后会引起呼吸系统疾病，严重危害人体健康。目前，颗粒状污染物控制方法和设备主要有：①机械力除尘器。②过滤式除尘器。③静电除尘器。④湿式除尘器。

烟气中酸性气体主要来自于垃圾焚烧中的废塑料、橡胶、皮革等产生的Cl；垃圾中的NaCl、纸张、布等与其他物质产生化学反应所产生的Cl；含氮和硫的物质燃烧后形成的SOX、NOX。这些酸性气体不仅污染环境，影响人体健康而且对焚烧设备及预热回收系统也有很强的腐蚀作用。污染控制技术主要有：①对于HCl、HF、SOX等酸性气体主要是通过酸碱中和反应进行的，其方法为：a.干式洗烟法。将CaCO3、Na2CO3等干粉喷入焚烧炉或烟道内，使之与酸性气体反应，达到中和去除的目的。b.湿式洗烟法。在排气温度适当的条件下，用碱性溶液洗涤烟气，利用酸碱中和去除酸性气体。c.半干式洗烟法。与湿式洗烟法原理基本相同，将碱性中和剂与水均匀混合(水占2%～15%)，增湿后的中和剂与烟气混合反应的停留时间≥0.5 s，之后开始雾化喷水。②NOX控制方法有：a.燃烧控制法。通过调整焚烧炉内垃圾的燃烧条件，通常通过空气分级燃烧、烟气分级燃烧和烟气再循环等技术控制NOX的生成。b.吸收法。由于占NOX中大部分的一氧化氮不易被碱性溶液吸收，故需以臭氧、次氯酸钠、高锰酸钾等氧化剂将NOx氧化成二氧化氮后，再以碱性溶液中和、吸收。c.选择性催化还原法(SCR)。将尿素或氨注入烟气中，利用金属催化剂，将NOx还原成为氮气及水。d.选择性非催化还原法(SNCR)。其原理与SCR一致，但无催化剂。

2.1.2 重金属污染及控制

城市垃圾中的重金属物质包括防腐剂、灯管、电池、废打印墨盒、工业废物等。在焚烧时，金属分子浸入烟气后被氧化凝聚成细小颗粒物，或蒸发后附着在焚烧烟气中的颗粒物上，或随着温度的升高，垃圾中的重金属以气态的形式附着在飞灰上排出。烟气中的重金属污染物极易造成人体的金属中毒，导致大脑、神经、消化系统等发生慢性病变。重金属污染控制技术主要有①焚烧前控制。对垃圾进行分选或分类，将垃圾中的重金属含量较大的组分从垃圾中分离，以减少进入焚烧炉的重金属的量。另外，焚烧前控制还包括生产各种重金属含量极低的环保产品，如无汞电池、无镉电池等等。②焚烧中控制。a.将烟气降温使重金属自然凝聚成核或冷凝成粒状物后用除尘器收集。b.用洗涤等方法处理焚烧烟气，去除烟气中水溶性的重金属化合物。c.喷入活性炭吸附剂，吸附重金属形成大颗粒，之后用除尘器收集处理。d.催化转变，改变重金属类型，使饱和温度低的重金属元素形成饱和温度高的且较易凝结的氧化物或络合物，之后用除尘器收集处理。③焚烧后控制，焚烧后大量含重金属的飞灰存在于焚烧炉、除尘器、烟囱中，经过湿式洗涤后产生的污水中也会有大量重金属。控制方法主要有精除尘、固化处理以及各种重金属稳定化技术。

2.1.3 二噁英污染及控制

二噁英为持久性有机污染物，是毒性很强的一类三环芳香族有机化合物，易在生物体内富集，且可通过食物链放大并进入人体，其致畸、致癌、致突变性对人类健康造成了巨大的危害，因此，二噁英污染控制也是垃圾焚烧二次污染控制中的重中之重。二噁英的产生主要来自于：①废物本身，塑料产品中在未充分燃烧条件下排出的烟气中含有二噁英；在燃烧温度低于300℃时，含铅汽油、煤、石油产品以及防腐处理过的木材、含高有机氯的医疗废弃物易产生二噁英；电子垃圾(含多氯联苯)焚烧会产生氯代二噁英；其他含氯、含碳物质等通过金属离子的催化作用经氯苯生成二噁英。②炉内形成，垃圾在焚烧过程中可能先形成不完全燃烧的碳氢化合物再与废物或废气中的氯化物结合形成二噁英。③炉外低温再合成，氯苯及氯酚等前驱物质随烟气从燃烧时排出后，可能被飞灰中的碳元素等吸附，并在特定温度范围内，在飞灰颗粒所构成的活性接触面上，被金属氯化物催化反应生成二噁英。国内外研究表明，减少焚烧烟气中二噁英的主要方法是控制二噁英的生成，其中主要有以下几种方法：①控制来源。通过垃圾的分类收集，避免含有二噁英及含氯成分的物质进入垃圾焚烧厂。②减少炉内形成。a.选用合适的炉膛和炉排结构，使垃圾得以充分燃烧，分解破坏垃圾内含有的二噁英，但也要避免氯苯及氯酚等前驱物质产生。b.添加抑制剂。炉内投加抑制剂主要有三类：第一类是硫及其硫化物，通过消耗烟气中的Cl2，与飞灰中金属催化剂反应降低催化剂活性，硫化酚类前驱物，从而降低二噁英的生成。第二类是氮化物，向焚烧炉高温燃烧区内喷入NH3，利用脱硝反应的衍生功能减少二噁英在炉内的合成。第三类是碱性化合物，通过酸碱中和，减少酸性气体排放的同时改变烟尘表面的酸度，从而抑制二噁英的排放。③避免炉外低温再合成。缩短烟气在处理和排放过程中处300～500 ℃温度域的时间，控制余热锅炉的排烟温度在220～250 ℃。④采取有效的处理技术。a.活性炭吸附。利用活性炭吸附固态及气态二噁英。b.选择性催化还原。对烟气进行脱硝的同时处理二噁英，分解产物为CO2、H2O及HCl。c.研究表明二噁英在催化剂与紫外光协同作用下，二噁英可有效分解，且分解后不会重新生成，但目前该技术还停留在实验阶段。d.等离子体放电。利用电子束低温等离子使将二噁英降解。由于该技术运行成本较高，反应器稳定性欠佳，目前尚未进入市场应用。⑤清除积灰。定期清除管道弯头、换热面等积灰处，对飞灰用专门容器收集后作为有毒有害物质送往安全填埋场进行无害化处理。

2.2 焚烧灰渣污染及其收集输送

垃圾焚烧系统所产生的固体灰渣，一般分为以下四类：①细渣，玻璃碎片、熔融的铝金属和其他金属。②底灰，燃烧后由炉床尾端排出的残余物主要含有燃烧后的灰分己未燃尽的残余有机物。③锅炉灰，焚烧尾气中悬浮颗粒被锅炉管阻挡而掉落于集灰斗或黏附于锅炉管上，再被吹灰器吹落。④飞灰，焚烧尾气污染控制设备所收集的细微颗粒。焚烧产生的灰渣和飞灰，一般经灰渣漏斗或滑槽收集，在设计时除须避免形成架桥等阻塞问题，还须严防空气漏入。焚烧灰渣由炉床尾端排出时温度可高达400～500 ℃左右，一般底灰收集后多采用冷却降温法，而飞灰若与底灰分开收集，则运出前可用回用水充分润湿。对底灰进行冷却多在炉床尾端排出口处进行，冷却水槽除具有冷却底灰温度外，还具有阻断炉内废气及火焰的功能。

2.3 焚烧厂污水处理

垃圾焚烧厂中的污水按其来源，一般可分为垃圾渗沥液、生产废水和生活污水3大类。垃圾焚烧厂堆酵渗沥液含有多种有机物质，对环境造成严重的污染；氨氮、重金属含量高；微生物营养比例失调，生物处理渗沥液中的磷元素总是缺乏。堆酵渗沥液处理方式为：①回喷处理，将渗沥液喷洒入焚烧炉内，通过高温来实现渗沥液的减量和污染物的降解。②单独处理，在垃圾焚烧厂内建设独立的渗沥液处理系统，经处理达到相关标准后排放。

2.4 焚烧厂噪声

噪声是人们不需要的声音，是感觉公害。垃圾焚烧厂的主要噪声来源包括：风机、空压机、水泵、高压蒸汽吹管等。噪声控制的主要方法为：①从声源上控制噪声；②设备安装时采取减振措施；③采取减振、隔声、消声等措施；④减少交通噪声。

2.5 恶臭污染控制

恶臭污染物分为三类：含硫化合物、含氮化合物、碳氢或碳氢氧组成的化合物。焚烧厂产生的恶臭可采取以下措施控制：①运输垃圾时应将运输车密闭，减少臭味外溢。②垃圾储坑应为密闭式，设置吸风口，储坑抽排的臭气经活性炭净化处理后排至室外。③在厂区内种植绿色植物，减少环境影响。④渗沥液处理系统为密闭结构，设臭气处理装置。

3 结语

垃圾焚烧法是一种对固体废物进行高温热处理的技术，对城市垃圾处理处置发挥了重要的作用，其具有很多优点的同时也存在一定的缺陷，因此，生活垃圾焚烧处理技术有待于不断完善、优化。