焚燒法處理并利用其余熱發(fā)電或供熱是按“三化” 原則處理城市垃圾最有前途的方法, 但垃圾焚燒廠的興建和長期運行帶來二次污染問題, 尤其是焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英的污染已引起全世界的關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計, 在全球范圍內(nèi), 由垃圾焚燒爐排放出的二噁英約占二噁英總排放量的10%～40%。我國政府制定二噁英排放的標(biāo)準(zhǔn)為1ngTEQ/m3 并于2003 年6 月1 日起在全國范圍內(nèi)實行, 而世界發(fā)達國家如日本、瑞士等國家二噁英排放標(biāo)準(zhǔn)為0.1ngTEQ/ m3。因此, 在垃圾焚燒過程中, 必須采取有效的措施嚴(yán)格控制二噁英的產(chǎn)生和排放。

      1 二噁英的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和危害

      1.1 二噁英的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

      二噁英(Dioxin) 是一種毒性極強的特殊有機化合物, 主要包括多氯代二苯并二噁英( PCDDs ) 和多氯代二苯并呋喃( PCDFs ) , 它們分別有75 種和135 種同族體。其中以2, 3, 7, 8 四氯二苯二噁英( TCDD) 毒性最大, 其毒性比氰化物大1000 倍, 比馬錢子堿大500 倍, 是目前人類發(fā)現(xiàn)的毒性最強的物質(zhì), 毒性當(dāng)量因子定為 1。

      二噁英具有親脂性及化學(xué)穩(wěn)定性, 700°C 以上才開始分解, 易在土壤和生物體內(nèi)沉積, 在土壤中降解的半衰期為12 年, 在空氣中光化學(xué)分解的半衰期為8.3 天, 在人體內(nèi)的半衰期平均為7 年, 可以通過食物鏈中的脂質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)移和生物富集。另外, 二噁英蒸氣壓很低, 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下低于7.2×10-6Pa , 在一般環(huán)境溫度下不易從表面揮發(fā)。

      1.2 二噁英的危害

      二噁英主要污染空氣、土壤和水體, 進而污染動物、植物和水生生物。人主要是通過空氣、飲水、食物而受害。據(jù)調(diào)查, 人類90%以上的受害來自于膳食, 其中動物性食品是主要來源。二噁英能夠?qū)е聡?yán)重的皮膚損傷性疾病, 具有強烈的致癌、致畸作用。1997 年世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究中心將其列為一級致癌物, 同時它還具有生殖毒性、免疫毒性和內(nèi)分泌毒性。如果人體短時間暴露于較高濃度的二噁英中, 就可能導(dǎo)致皮膚損傷, 如出現(xiàn)氯痤瘡及皮膚黑斑, 還使肝功能產(chǎn)生病變。如果長期暴露則會對免疫系統(tǒng)、發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖功能造成損害。研究表明, 暴露于高濃度二噁英環(huán)境下的工人其癌癥死亡率比普通人群高60 個百分點。部分國家規(guī)定的二噁英日允許攝入量( TDI) 如表1 所示。

      2 二噁英在垃圾焚燒過程中的產(chǎn)生

      一般認(rèn)為, 有氯和金屬元素存在條件下的有機物燃燒均會產(chǎn)生二噁英。通過分析發(fā)現(xiàn), 城市生活垃圾中含有大量的有機氯化物( 如聚氯乙烯塑料、氯苯等) 和無機氯化物( 如氯化鈉、氯化鎂等) , 其中有機物的含量達到20%～50%, 這促使城市生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英量最大, 其次為有毒有害廢物焚燒。

      二噁英產(chǎn)生途徑可歸納為兩個方面: 一方面, 氯源 ( 如PVC、氯氣、HCl 等) 、二噁英前驅(qū)物和反應(yīng)催化劑 (Cu、Fe ) 的存在, 當(dāng)爐膛溫度低于850℃, 停留時間小于 2s 時, 部分有機物就會與分子氯或氯游離基反應(yīng)生成二噁英; 另一方面, 垃圾燃燒過程中和焚燒結(jié)束時, 由于燃燒條件的變化導(dǎo)致二噁英的重新生成。如垃圾燃燒不充分時, 煙氣中存在過多的未燃盡物質(zhì), 當(dāng)遇到適量的過渡性金屬, 特別是銅, 在300～500℃的低溫環(huán)境下, 使高溫燃燒分解的二噁英重新生成。