在垃圾焚燒被廣泛應(yīng)用于生活垃圾處理的同時(shí)，其潛在的二次污染問題受到越來越多的關(guān)注，近年來，由此引發(fā)的“鄰避運(yùn)動(dòng)”屢屢發(fā)生，垃圾焚燒項(xiàng)目陷入“一鬧就停”的尷尬境地。但是，在當(dāng)前“垃圾圍城”的嚴(yán)峻形式下，建設(shè)垃圾焚燒廠幾乎是不可避免。那么，垃圾焚燒過程中究竟會(huì)釋放出哪些污染物？垃圾焚燒廠如何控制這些污染物的排放？所謂“世紀(jì)之毒”二噁英的排放是否可控？是否存在更潔凈的燃燒技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒的“近零排放”呢？

這篇文章介紹了垃圾焚燒中酸性氣體、重金屬、二惡英等煙氣污染物的形成與危害，并闡述了對(duì)各類污染物生成和排放的控制措施，并在此基礎(chǔ)上提出了煙氣加富氧回燃的潔凈燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒煙氣污染物的近“零”排放。

國內(nèi)城市生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生大的危害物質(zhì)分析

城市生話垃圾焚燒處理的目的是治理城市生活垃圾污染，但由于資金、技術(shù)等局限，多數(shù)焚燒廠只偏重于垃圾焚燒，未配套熱能利用及符合環(huán)保要求的污染凈化設(shè)施，從而形成二次污染，這包括垃圾焚燒后排放的廢氣、燃燒后的灰渣、飛灰、工藝處理后的廢水及惡臭、噪聲污染等，尤其是煙氣排放的污染。

垃圾焚燒煙氣污染物以氣態(tài)或固態(tài)形式存在，一般分為四類：酸性氣態(tài)污染物、不完全燃燒的產(chǎn)物、顆粒污染物和重金屬污染物。

以處理能力500t/d的大型垃圾焚燒爐為例，額定工況下正常運(yùn)行，其配套的余熱鍋爐出口處煙氣流量約（80000～100000）Nm3/h，溫度約190～240℃，煙氣中污染物典型成份及濃度如表1。

表1煙氣污染物的濃度（單位：mg/Nm3）

1.1酸性氣體

焚燒煙氣中的酸性氣體主要由SOx、NOx、HCl、HF組成，均來源于相應(yīng)垃圾組分的燃燒。SOx由含硫化合物焚燒時(shí)氧化所致，大部分為SO2。NOx包括NO、NO2、N2O3等，主要由垃圾中含氮化合物分解轉(zhuǎn)換或由空氣中的氮在燃燒過程中高溫氧化生成。HCl來源于垃圾中的有機(jī)氯化物和無機(jī)氯化物：（1）含氯有機(jī)物如PVC塑料、橡膠、皮革等高溫燃燒時(shí)分解生成HCl；（2）大量的無機(jī)氯化物NaCl、MgCl2等與其它物質(zhì)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生HCl，如：H2O+2NaCl+SO2+0.5O2→-Na2SO4+2HCl，這是垃圾焚燒爐煙氣中HCl的主要來源。HF由含氟塑料燃燒產(chǎn)生。

各類酸性氣體中，以HCl的生成量最多，危害最大。常溫下，HCl為無色氣體，有刺激性氣味，極易溶于水而形成鹽酸。HCl對(duì)人體的危害很大，能腐蝕皮膚和粘膜，致使聲音嘶啞，鼻粘膜潰瘍，眼角膜混濁，咳嗽直至咯血，嚴(yán)重者出現(xiàn)肺水腫以至死亡。對(duì)于植物，HCl會(huì)導(dǎo)致葉子褪綠，進(jìn)而出現(xiàn)變黃、棕、紅至黑色的壞死現(xiàn)象。焚燒產(chǎn)生的酸性氣體除污染環(huán)境外，還會(huì)對(duì)焚燒爐膛及其配套的熱能回收鍋爐造成過熱器高溫腐蝕和尾部受熱面的低溫腐蝕。

1.2微量有機(jī)化合物

主要是垃圾中的氯、碳水化合物等在特殊溫度場和特殊觸媒作用下反應(yīng)生成的微量有機(jī)化合物，如多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、甲醛、二惡英（PCDD）及呋喃（PCDF）等。

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署于20世紀(jì)末公布的報(bào)告中指出，垃圾焚燒是二噁英的來源之一。估計(jì)在全球范圍內(nèi)，由垃圾焚燒爐排放出的二噁英約占總排放量的10%～40%。垃圾本身可能含有微量成分的二噁英，但主要是焚燒過程中形成的。二噁英形成途徑可以歸納為：（1）攜帶著過渡金屬元素和有機(jī)氯化合物的垃圾在焚燒爐內(nèi)高溫分解后，能夠產(chǎn)生分子氯和氯游離基以及各種二噁英的前驅(qū)物，它們通過分子重排、自由基縮合、脫氯或其它分子反應(yīng)等過程形成二噁英；（2）由于燃燒不充分，煙氣中存在過多的未燃燼物質(zhì)，如殘?zhí)迹⑴c適量的觸媒物質(zhì)，主要是過渡金屬，特別是銅，在300～500℃的溫度環(huán)境下，使高溫燃燒中已經(jīng)分解的二噁英重新生成。

二噁英、呋喃等有機(jī)化合物在常溫下穩(wěn)定，難溶于水，易溶于脂肪并在生物體內(nèi)積累，不僅具有致癌性，還具有生殖毒性、內(nèi)分泌毒性和免疫抑制作用。其中2，3，7，8-四氯二苯并二惡英是目前人類發(fā)現(xiàn)的最毒的物質(zhì)。我國于2014年7月1日起實(shí)施的《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）規(guī)定二噁英的排放標(biāo)準(zhǔn)為0.1ng-TEQ/m3。

1.3重金屬

垃圾焚燒煙氣中的金屬化合物一般由垃圾中所含的金屬氧化物和鹽類組成。這些金屬來源于垃圾中的油漆、電池、燈管、化學(xué)溶劑、廢油、油墨等，其中含有汞、鎘、鉛等微量有害元素。重金屬在焚燒過程中不能被生成和破壞，它們將發(fā)生遷移和轉(zhuǎn)化，最后幾乎以相同的數(shù)量排入環(huán)境，最終通過大氣、飲水、食物等渠道為人體所攝取而造成危害。

在焚燒過程中，揮發(fā)態(tài)的重金屬及其化合物隨著煙氣離開焚燒區(qū)域后將經(jīng)歷冷凝過程，形成直徑很小的顆粒，這些富集了有毒金屬的細(xì)小顆粒會(huì)被排放到大氣中，亦會(huì)一直停留在灰燼及其它殘余物內(nèi)。垃圾焚燒排放粉塵中所含的重金屬主要存在于可吸入顆粒物中，這些粉塵可溶于水和酸中。

重金屬不能被微生物分解且能在生物體內(nèi)富集，或形成其它毒性更強(qiáng)的化合物，對(duì)人體的組織器官產(chǎn)生致癌、致變作用。目前隨著空氣污染控制技術(shù)的不斷改良，除汞外焚燒爐煙氣中的重金屬含量已大為降低。然而，現(xiàn)代化焚燒爐所排放的重金屬數(shù)量，仍有可能在環(huán)境和人體中累積起來。并且煙氣中重金屬的含量降低將意味著更多的重金屬進(jìn)入灰燼中，當(dāng)灰燼隨意被棄置時(shí)仍會(huì)造成環(huán)境污染。

1.4煙塵

主要是煙氣中夾帶的不可燃物質(zhì)及燃燒產(chǎn)物。垃圾中可燃組分因燃燒不完全會(huì)形成黑煙，黑煙中含有大量的碳粒子，對(duì)人體危害大的重金屬主要集中于小于3μm的顆粒物中。

　　垃圾焚燒煙氣污染控制

垃圾焚燒生成的污染物來源于垃圾組分，其存在形式及數(shù)量與焚燒條件和凈化系統(tǒng)密切相關(guān)。從污染物的產(chǎn)生及其排放過程看，控制垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染可以采取以下措施。

2.1垃圾的收集與預(yù)處理

按照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）的要求，危險(xiǎn)廢物不得進(jìn)入生活垃圾焚燒廠處理，因此要控制污染物的產(chǎn)生，必須從源頭上加以避免，所以應(yīng)積極開展垃圾分類收集，通過分類收集或預(yù)分揀控制生活垃圾中氯和重金屬含量高的有害物質(zhì)進(jìn)入垃圾焚燒廠。

2.2控制煙氣污染物的產(chǎn)生

根據(jù)煙氣污染物的形成機(jī)理，控制垃圾焚燒條件，使燃燒處于良好狀態(tài)，減少有害物質(zhì)的生成。

2.2.1運(yùn)用合適的爐膛和爐排結(jié)構(gòu)，使垃圾在焚燒爐得以充分燃燒。而衡量垃圾是否充分燃燒的指標(biāo)之一是煙氣中CO的濃度，CO濃度越低說明燃燒越充分，比較理想的CO濃度指標(biāo)是低于60mg/m3。

2.2.2控制焚燒爐內(nèi)煙氣出口溫度不低于850℃，煙氣在爐膛及二次燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間不小于2s，O2的濃度不少于6%，并合理控制助燃空氣的風(fēng)量、溫度和注入位置。

2.2.3由于NOx在高溫充分氧化的條件下更易生成，與減少二惡英的控制條件矛盾，一般在燃燒實(shí)際運(yùn)行中保證在垃圾可燃組分充分燃燒的基礎(chǔ)上，再兼顧NOx的產(chǎn)生。現(xiàn)在普遍處理措施是在煙氣處理系統(tǒng)中增加脫硝裝置。

3.煙氣凈化處理

煙氣凈化系統(tǒng)是城市生活垃圾焚燒污染控制的關(guān)鍵，煙氣凈化后各種污染物的排放濃度應(yīng)達(dá)到新國標(biāo)的規(guī)定。目前國內(nèi)煙氣凈化普遍采用半干法+干法+活性炭吸附+布袋除塵工藝，分為兩步：第一步脫酸，除去酸性氣體；第二步除塵，收集顆粒物、重金屬和二噁英類有機(jī)物。

3.3.1除塵

除塵器是煙氣凈化系統(tǒng)的末端設(shè)備。國標(biāo)GB18485-2014中規(guī)定生活垃圾焚燒爐除塵裝置必須采用袋式除塵器。袋式除塵器不僅收捕一般顆粒物，而且能收除揮發(fā)性重金屬或其氯化物、硫酸鹽或氧化物凝結(jié)成直徑≤0.5μm的氣溶膠，還能收除吸附在灰分或活性炭顆粒上的二惡英等有機(jī)類污染物。

袋式除塵系統(tǒng)中的布袋是由玻璃纖維制成濾布，對(duì)尾氣進(jìn)行過濾，達(dá)到除塵及吸附二噁英的目的。煙塵顆粒在濾布表面堆積形成致密的薄層，因此布袋式除塵器對(duì)粉塵去除率一般都很高。受布袋玻璃纖維的耐熱強(qiáng)度限制，尾氣溫度一般須控制在250℃左右，低于二噁英的再合成溫度。

3.3.2二惡英類和重金屬污染物的去除

二噁英及重金屬在飛灰和爐渣中的比例差別很大。由于飛灰的比表面積很大，對(duì)二噁英有很強(qiáng)的吸附作用，導(dǎo)致飛灰中二噁英濃度很高，通常占焚燒過程二惡英總排放量的70%左右。而大部分的重金屬（＞70%）都仍留存于爐渣中，僅Hg和Cd在高溫下?lián)]發(fā)，進(jìn)入飛灰中或小部分隨焚燒煙氣排放。

為提高煙氣中二噁英類和重金屬污染物的去除率，可以采取以下方法：（1）減少煙氣在200~350℃溫度域的停留時(shí)間，有利于減少二噁英類污染物再次生成，控制除塵器入口煙氣溫度低于200℃，有利于有機(jī)類及重金屬污染物的脫除，即在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中采用“溫度控制”；（2）在噴霧反應(yīng)塔和除塵器之間，通過混粉器在煙氣中噴入活性炭或多孔性吸附劑，可吸附二噁英類和重金屬污染物，再用布袋除塵器捕集。

3.3.3酸性氣體的去除

酸性氣體HCl、SOx、HF通常利用Ca（OH）2、NaOH等堿性物質(zhì)采用濕法、干法或半干法中和吸收去除。其中，濕法技術(shù)效率高，可達(dá)97%以上，但有大量污水排出，造成再次污染。干法技術(shù)無污水排放，但脫除效率僅達(dá)60%～70%。半干法技術(shù)有較高的脫除效率（可達(dá)90%左右），藥品用量少，且無污水排放，因此為煙氣脫酸的主要適用技術(shù)。

半干法脫酸裝置包括給料系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)，一般設(shè)置在除塵器之前。脫酸劑CaO在給料系統(tǒng)制成粉狀Ca（OH）2，再進(jìn)入混合系統(tǒng)與煙氣、少量的水充分混合，最后以噴霧狀進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。HCl、SOx、HF等酸性成分被吸收，生成中性、干燥的細(xì)小固體顆粒，隨煙氣進(jìn)入下一步凈化系統(tǒng)。

主要反應(yīng)有：

2HCl+Ca（OH）2＝CaCl2+2H2O

SO2+Ca（OH）2＝CaSO3+H2O

半干法工藝要充分考慮固體物質(zhì)的干燥問題，防止固體物質(zhì)在收集時(shí)發(fā)生堵塞與粘附。

3.3.4脫硝

常采用氨接觸還原法來控制NOx的排放。起還原作用的氨水與煙氣中的NOx反應(yīng)，在充當(dāng)催化劑的活性炭的作用下，NOx被還原為無害的氮?dú)夂退Ox的排放量可減少90%以上，脫硝效果好。

化學(xué)反應(yīng)如下：

4NO+4NH3＋O2＝4N2+6H2O

6NO2+8NH3＝7N2+12H2O

3.3.5灰渣處理

除塵設(shè)備收集的焚燒飛灰與垃圾焚燒爐渣應(yīng)分別收集、貯存和運(yùn)輸。飛灰按危險(xiǎn)廢物處理，而爐渣按一般固體廢物處理。除塵器收集下來的飛灰，經(jīng)過添加螯合劑固化后送至飛灰暫存間，經(jīng)檢測(cè)合格后用專用密閉車輛送出填埋。由于飛灰中含有大量重金屬及有機(jī)類污染物是危險(xiǎn)廢物，填埋前必須先進(jìn)行固化處理或穩(wěn)定化處理。爐渣中重金屬濃度非常低，可以認(rèn)為基本上沒有什么毒性，被收集與冷卻后，輸送至爐坑，再由運(yùn)輸車送往填埋場作最終處理，或用作路基或建筑材料。

總之，以上所述技術(shù)的充分應(yīng)用，能保證垃圾焚燒處理產(chǎn)生污染物的控制排放。是不是有更潔凈的燃燒技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒污染物的近“零排放”呢？

當(dāng)今，發(fā)電企業(yè)節(jié)能減排中最據(jù)前沿和炙手可熱的富氧燃燒技術(shù)和二氧化碳捕捉技術(shù)，特別值得垃圾焚燒污染物實(shí)現(xiàn)近“零排放”借鑒！

富氧燃燒技術(shù)被發(fā)達(dá)國家稱之為“資源創(chuàng)造性潔凈燃燒技術(shù)。城市垃圾焚燒處理，富氧燃燒會(huì)使垃圾著火點(diǎn)下降，火焰溫度升高。而且由于焚燒產(chǎn)生的煙氣多次被循環(huán)處理，大大低于排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)近零排放！因富氧燃燒助燃?xì)怏w中惰性成分的氮?dú)鉂舛却蟠蠼档停蟠鬁p少了這部分的熱損失，無謂的能源消耗大幅度降低，同時(shí)煙氣無需外加脫硝處理即可實(shí)現(xiàn)“近零”排放。

富氧燃燒，大大提高了燃燒溫度，大幅度減少煙氣在200∽350℃溫度域的停留時(shí)間，同時(shí)徹底解決了由于NOx在高溫充分氧化的條件下更易生成，與減少二噁英強(qiáng)化燃燒的控制條件矛盾。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證明，高溫下，酸性氣體、微量有機(jī)化合物、噁英等較低溫會(huì)大幅度的減少生成。同時(shí)由于煙氣的多次循環(huán)利用，減少了燃燒氣體的排放總量。從而，有效地控制了焚燒煙氣污染物的排放！

總之，通用垃圾焚燒產(chǎn)生煙氣后的處理，會(huì)因富氧燃燒垃圾技術(shù)的應(yīng)用，變成了焚燒前的有效控制，從源頭上實(shí)現(xiàn)污染物的控制。盡管此技術(shù)在實(shí)際操作中還有很多的問題有待研究，但其在垃圾焚燒處理上的開發(fā)應(yīng)用，必將成為超低排放的技術(shù)發(fā)展方向，為實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒處理超低排放開拓出一條實(shí)用而經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)。