垃圾处理条件下排放污染物组成与排放系数研究

文_刘文 山东创思环保科技有限公司

1 垃圾处理的发展背景

按照国家统计局披露的数据显示，从2011年起的后10年，生活垃圾清运量已经突破了24000万t。庞大的生活垃圾规模成为社会难题，为更好地解决这个问题，垃圾处理及排放系统成为人们关注的焦点，垃圾处理量仍然处于增长趋势。

2 垃圾处理技术现状

生活垃圾物理成分包括玻璃、砖瓦、金属、动物皮毛、植物、纸类、纤维类、塑料、竹木等，其中可燃物可高于3%。生活垃圾中含水率、有机质、碳氮比、热值也随着垃圾产生种类的不同而不同，居民垃圾含水率较低，市场、商业垃圾含水率较高，可达50%左右。生活垃圾中化学成分包括碳、氮、磷、钾、灰分、有机质、硫、重金属等。因此，垃圾处理技术及方法有多种。

2.1 卫生填埋法

卫生填埋垃圾处理技术，是指将垃圾进行压实和填充处理，对垃圾进行覆盖并达到一定的储存目的。填埋到的空间主要是人工建造或天然地形。选择这种垃圾处理方式，操作简单且成本低，能够处理较多种类的垃圾。

2.2 堆肥处理法

采取堆肥处理法处理垃圾的工作较为简单，适用于生活垃圾处理。该处理法利用微生物，促使垃圾中有机物经过生物化学反应后形成类似于腐殖质土壤物质，可将其当作改良版的土壤和肥料。

2.3 焚烧处理法

焚烧处理法的优势是兼容性、资源化程度较高，能够处理大量垃圾。垃圾焚烧产生的能量能够用作发电。对此，焚烧法被广泛应用在很多国家的垃圾处理方面上。

3 垃圾处理下排放污染物的组成

对于卫生填埋、堆肥处理、焚烧处理三种垃圾处理方式，垃圾焚烧潜在二次污染的问题，这导致垃圾焚烧的过程中产生污染物也是人们关注的焦点。

3.1 酸性气体

垃圾焚烧的烟气中含有的酸性气体，主要包括SOx、NOx、HCl、HF等组分。SOx主要是含硫化合物的焚烧过程氧化所致，NOx包含了N2O3、NO2、NO等成分。HCl源自于垃圾处理过程伴随的无机氯化物和有机氯化物，其中无机氯化物包括MgCl2、NaCl等，具体反应公式为H2O+2NaCl+SO2+1/2O2→Na2SO4+2HCl；有氯有机物，如橡胶、PVC塑料或皮革等。垃圾焚烧炉散出烟气，是HCl主要来源。而HF多数是含有氟塑料的垃圾，在燃烧过程中所产生。但这些垃圾焚烧伴随产生的酸性气体，不及对人和环境的污染影响较大，同样也影响焚烧炉及配套回收炉高温腐蚀或尾部受热面低温而腐蚀。

3.2 微量有机化合物

垃圾处理过程中，碳、氯化合物在特殊媒介或温度场条件下，生成微量的有毒有机化合物，如多环芳烃（PAHS）、多氯联苯（PCBs）、甲醛、二噁英（PCDD）及呋喃（PCDF）等。其中，垃圾携带有机氯化合物或重金属的元素，在经过焚烧炉的高温燃烧后分解为氯游离基和氯分子，通过自由基缩合、分子重排，或者是分子反应、脱氯等方式形成二噁英。垃圾燃烧不充分会产生未燃烧殆尽的碳物质，并与触媒物质，在高温300～500℃的条件下，如与铜等过渡金属产生反应，则会生成二噁英。

3.3 重金属

垃圾焚烧处理排放的烟气中含有重金属化合物，一般是重金属氧化物与盐类所组成。而重金属在焚烧处理中不能被破坏掉成分结构，进而发生转化与迁移，随着排放污染物的过程，其以相同数量进入炉渣、飞灰、废水中。且重金属无法采取微生物分解方式处理掉，如果处置不当，不仅能进入大气，也能进入饮用水、土壤，经植物、动物富集，通过食入进入人体，进而威胁人体健康。虽然，现在大气污染控制技术在不断改良，但除了汞之外，其他重金属污染物处理技术仍然有待加强。

3.4 烟尘

垃圾焚烧产生的烟气携带不可燃烧物以及燃烧的产物，以烟尘形式排放。垃圾焚烧不充分，会产生黑烟，黑烟中有大量碳粒子，大部分为粒径不大于3μm的颗粒物，易被人体大量吸入，进而对人体健康产生风险。据相关调查，垃圾焚烧炉排放的烟尘中铅含量超过6.9%，则烟尘粒度会小于2μm，而固体铅含量不小于95%。在烟气中存在的化合物，也会夹杂在焚烧炉燃不尽的灰烬或其他残留物当中，以飞灰形式排出，还应该对飞灰采取措施进行处理。

4 垃圾处理条件下污染物的排放特征及排放系数

4.1 生活垃圾排放污染物的核算方法

垃圾焚烧排放污染物的产生量和排放量核算工作，仅仅是针对生活垃圾焚烧中大气污染物的产生量和排放量核算，并不考虑生活源及其他能源使用过程所产生的废气污染物，不考虑治理措施处理后的排放情况，也不考虑工业非重点调查单位治理设施所产生的减排情况。NOx、SO2、颗粒物、挥发性有机物污染物排放量根据排放系数进行计算，即为污染物排放量等于能源消费量和排放系数的乘积。而对于重金属污染物核算方法，则不需要确定产排污的系数，而是采用含物料衡算法。根据生产工艺、污染治理与生产规模的不同，产排污系数及其影响因素不同，进而再分别核算污染物的产生量与排放量。

4.2 排放污染物特征

垃圾焚烧排放污染物有NOx、SO2、CO、HCl等排放浓度控制在mg/m3的水平，重金属排放浓度控制在μg/m3的水平上。其中，排放污染物的重金属检测率由高到低分别为Hg、As、Pb、Cr，且分布在1～10μg/m3的区间内。垃圾焚烧产生的大气污染物中，含二噁英污染物的排放同样受到了关注，其主要来源于生活垃圾的焚烧处理中含氯的废弃塑料制品，含氯废弃塑料制品通过高温焚烧，含氯有机物裂解，是二噁英生成主要来源，且浓度平均在0.06ngTEQ/m3内。而除二噁英焚烧排放废气之外，CO、NOx、SO2、HCl等物质并没有明显的季节性特征。

4.3 污染物排放系数

排污系数是指污染物的排放系数，若将排放污染物直接进行排放，则排放系数和产污系数是相同的。根据《工业污染源产排污系数手册》对照垃圾焚烧烟气排污系数，工业废气直排、烟尘采用过滤式除尘法+半干法吸收塔、SO2采用半干法吸收塔、NOx采用直接排方式，则废气量、烟尘、SO2、NOx排污系数分别为6722、0.072、0.626、3.06。

根据二污普数据，垃圾焚烧炉选择固定床形式的烟气流量系数最小，而流化床焚烧炉的烟气流量系数最大。SO2经过除尘、脱硫+除尘或脱硝+脱硫+除尘的方式，其每立方米所产处理的废气污染物分别为275、25、25mg；NOx经过除尘、脱硫+除尘或脱硝+脱硫+除尘的方式，其每立方米所产处理的废气污染物分别为235、180、130mg；颗粒物经过除尘、脱硫+除尘或脱硝+脱硫+除尘的方式，其每立方米所产处理的废气污染物分别为18、15、15mg；汞及其化合物经过除尘、脱硫+除尘或脱硝+脱硫+除尘的方式，其每立方米所产处理的废气污染物分别为0.035、0.006、0.006mg。经过对垃圾焚烧烟气量排放系数的研究，焚烧炉的排污系数明显低于一污普国家系数，垃圾焚烧过程中烟气净化工艺效率明显提高。

对于生活垃圾焚烧烟气的排放浓度和检出率较高重金属物质是Hg、As、Pb、Cr，则是垃圾焚烧烟气量贡献最大的重金属成分。对此，实测或估算生活垃圾焚烧工艺与烟气净化工艺中废气排放污染物的系数，排放系数主要分布在三个排放量级。即第一级是颗粒物与四种气态污染物g/t；第二级是重金属的排放污染物mg/t；第三级是二噁英类排放物质ugTEQ/t。相比较第一次全国污染源的普查所制定国家排放系数，SO2、颗粒物排放系数有所下降，烟气排放量系数呈现出持平的现象。

5 结语

垃圾处理科学化焚烧技术为垃圾处理工作提供了很大的便捷性，促使垃圾资源有效利用，以及使得垃圾处理尽可能实现无害化处理，降低垃圾处理过程所产生的二次污染程度。