生活垃圾焚烧二噁英生成机理及控制技术

王洪干

近年来，我国居民及生活垃圾焚烧和水力发电发展迅速，垃圾焚烧和水力发电需求大幅增长，为彻底解决我国各地城市垃圾围城问题做出了贡献。研究了垃圾焚烧过程中二恶英的主要生成机理。基于二恶英的生成机理，寻求控制二恶英主要生成的方法和途径。

关键词:城市垃圾焚烧二恶英生成机理控制技术

介绍

生活垃圾焚烧和发电被认为是处理固体废物的有效方法，并在发达国家得到广泛应用。正在探索二噁英去除技术，有效降低二噁英污染物排放浓度，解决生活垃圾焚烧后发电的邻避效应，促进生活垃圾焚烧后发电相关技术的健康可持续发展。

生活垃圾中二恶英的形成

1.高温气相合成

二噁英高温高气相合成法的主要目的是研究在燃煤锅炉的一个高温区(500 ~ 800℃)，在高温下可以生成燃煤废弃物和垃圾，最终通过自由基缩合、脱氯、过程氧化等复杂的化学反应，人工制备并取出二噁英。主要用氯酚代替高温气相的主要前驱物还有邻二氯苯和邻二甲基氯酚。而且日常生活中的垃圾全部进入高温炉排后，由于此时炉内空气体的温度比较高，很可能会先将垃圾高温烘干，然后再回炉焚烧。其中，一些体积较大或含水量特别大的焚烧垃圾，容易产生可直接用于燃烧的不完全氧化产物，因为这些焚烧垃圾本身主要含有有机氧的氯和少量无机氧的氯。

从头开始合成

燃烧废水燃烧产生的部分燃烧废水被空气体的残炭通过吸附直接输送到燃烧飞灰的致密空孔隙中。当部分废水直接与稠密空气体和燃烧飞灰混合时，空气体残炭中的有机氧化阴离子将有机会快速直接扩散出来。此外，氧化反应直接在燃烧飞灰的致密空孔和燃烧性质的残余碳之间进行。这个氧化过程是大量小分子燃烧废水中天然碳的有机氧化和化学降解过程。同时，部分废水被燃烧飞灰气体表面的金属盐和氯化物的配体同位素氯直接转化为大量小分子天然碳。产生氯取代的芳香族化合物(二恶英中间氯化产物)，然后再次混合产生废水/FS，其一部分直接进入飞灰烟道气，一部分储存在燃烧飞灰中。影响二恶英从头合成的主要因素有燃烧温度、残碳、催化剂种类、氧气和氧化铝浓度等。其中，这些温度变化主要受实际垃圾焚烧发电厂工程建设和运行中容易被社会关注的一个关键因素的影响。目前可以初步确定二噁英从头氧化合成的最佳头温变化区的存在范围为300 ~ 350℃左右。

3.前体合成

相关科学研究结果表明，在二噁英类化学前体的分子合成中，磷形成和PCDF形成的分子机理结构并不完全相同。其主要工作原理是通过复杂的偶联反应形成，包括催化氯酚的偶联氧化反应和芳香基团与环之间的封闭偶联反应等。在整个偶联反应持续时间和作用过程中，催化剂的主要作用是氯酚可以直接作为化学氧化剂通过电子传递给外界空气体，甚至可以直接将两个芳香基团的环相互偶联。PCDF主要由苯基氯苯和多氯联苯共同反应生成，主要包括多种金属盐反应形成的苯环四环。

控制二恶英形成的技术

1.形成抑制

在实践中，可以采用以下方法来抑制二恶英的形成。这些不同的措施将从不同的角度直接抑制二恶英。

①优化燃烧参数。

通过对不同炉膛结构的分析，可以更好地优化二恶英的燃烧参数，利用相关参数可以直接抑制二恶英的生成。目前，这是抑制二恶英最直接的方法。

②向炉中加入合适的抑制剂。

各种抑制剂都可以放入炉中。这些主要抑制剂主要由氯化物、碱性化合物和其他不同类型的物质组成。其中，高级抑硫剂会通过消耗氧气中的Cl2，直接与飞灰中的金属催化剂发生反应，自然会降低催化剂本身的活性。

③优化焚烧炉的结构。

不同类型的焚烧炉可分为炉排型、流化床型和其他不贯通型，燃烧过程可采用包括两段燃烧在内的不同燃烧方式。在实践中，“3T”原则可以用来优化整个焚烧炉的结构。不仅要控制燃烧温度在850摄氏度以上，而且要在燃烧过程中形成新的燃烧结构，注意在高温区停留2s以上。

④清除积聚的灰尘。

管道和换热表面的积灰不仅能在第一时间释放某些二恶英，而且在不同的场合有助于形成不同的二恶英。只需要在第一时间有效清除管道内的积灰，就能有效减少燃烧区域的二噁英。⑤烟气净化技术

大多数二噁英中的颗粒物质有多种类型，生活中产生的二噁英大多以颗粒状态存在。气态二噁英会随着氯原子的增加而减少，而低氯二噁英会因为环境的影响而变得不稳定。因为环境中低氯代二噁英会对环境产生很大的影响，只有控制气态二噁英的排放才能发挥更大的作用。实际采用的治理方法包括以下几点:

第一，可以用活性炭实现高效除尘，这是目前大多数垃圾焚烧发电厂采用的最佳方法。灵活利用活性炭表面的吸附性，可以吸收空气体中的二恶英。其次，采用选择性催化还原。缺货处理的同时注意直接处理二恶英。在实践中，分解的产物主要由不同的产物组成。为了避免垃圾焚烧过程中的中毒，需要在设置除尘装置后设置合适的催化温度，在较低的温度范围内实现高效分解。大部分公司其实是把催化反应和布袋除尘结合在一起，以特殊的工艺附着在滤膜上，最后二恶英会在第一时间分解。第三，高能电子束其实是一种应用非常广泛的技术，主要是利用电子束直接分解二恶英。但由于内部反应堆非常不稳定，会在短时间内增加其使用成本，但这一技术尚未纳入商业应用阶段。第四，在实践中，可以通过改进燃烧技术来直接控制燃烧系统。垃圾焚烧厂内设置了先进可靠的自动控制系统，使燃烧技术发挥更好的作用。第五，大部分二噁英实际上会直接吸附在飞灰上，需要专业人员使用专业容器直接收集飞灰，并采用合适的技术进行无害化处理。如果条件允许，可以将飞灰加热进行脱氯处理，或者熔融后送至安全填埋场，这样自然会降低飞灰中二噁英的含量。

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综上所述，需要深入研究二噁英产生和排放的机理，提高现有废水处理技术的二噁英去除和利用效率，探索控制二噁英产生和排放的新技术，有效减少二噁英排放，为未来生活垃圾焚烧和废水发电技术的健康快速发展创造有利条件。