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1、持久性有机污染物论坛2 0 0 8 暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 生活垃圾露天焚烧产生二嗯英类化合物的研究 1 引言 张婷婷，王姝，余刚，黄俊，邓述波 ( 清华大学环境科学与工程系，持久性有机污染物研究中心，北京，l 0 0 0 8 4 ； 枣联系人，E _ m a i l ：y g d e n t s i n 曲u a e d u c l I ) 二一嗯英是已发现对生物体危害最大的持久性有机污染物之一。由于其是非故意产生的持久性有 机污染物( U P P O P s ) ，生成机理复杂，来源广泛，控制困难，成为履行关于持久性有机污染物 ( P o P s ) 的斯德哥尔摩公约
2、( P o P s 公约) 的难点和工作重点之。削减和控制的前提是必须调 查清楚我国二嗯英的排放情况。在已向P O P s 公约秘书处提交的中华人民共和国履行 国家实施计划里，我国根据联合国环境规划署二嗯英清单估算标准工具包对9 大类6 4 个子类 给出了二嗯英排放清单。其中非受控废物焚烧属于第6 大类中的“废弃物的露天燃烧和意外失火的 排放源”，由于缺少这方面的研究，露天焚烧的总量尚不清楚，在最终的清单里缺少这部分数据。 垃圾焚烧炉曾经是二暖英类化合物的最大排放源，特别是在日本、美国等发达国家。但是近些 年来各国针对垃圾焚烧炉二嚼英的排放问题进行了大量的研究，通过调整工艺参数来减少二嚅英的
3、生成，开发新型有效的尾气处理技术来降低它的排放，加上制定严格的法律法规，排放的标准要求 不断严格，焚烧炉中产生的二嚅英的总量呈现逐年减少的趋势，如日本2 0 0 3 年垃圾焚烧炉产生的二 嚼英类化合物的总量是2 7 8 - 3 0 3 9 T E C 据，仅仅是1 9 9 7 年排放量的l 疙O 左右。美国环境保护局的调查 和研究结果表明，无控制燃烧，包括露天焚烧家居废物及焚烧农作物，是未能处理的二嚼英的最大 源头。而目前由于我国在二嚼英的监测上受分析手段的限制，还没有关于露天焚烧生活垃圾二嗯英 排放的研究报道。 2 研究进展 近二十年来，世界各国在生活垃圾焚烧炉中二嗯英的生成机制、排放因子和
4、控制措施等方面开 展了大量的研究。目前普遍认为二嚅英在焚烧过程中的生成机理主要有以下三种：( 1 ) 大分子碳( 残 留碳) 与飞灰中的有机氯或无机氯，在催化物质( 如C u 、F e ) 作用下，于低温( 约2 5 0 3 5 0 ) 反 应生成，一般称为“d eN e V o ”机理；( 2 ) 许多不同的有机体前驱物，如氯酚、多氯联苯，经由不 完全燃烧形成，并经由异相催化反应与飞灰表面结合在一起；( 3 ) 高温合成，即在高温反应炉的气 相中反应而成。针对露天焚烧生活垃圾的研究主要集中在二嚼英的排放因子( 如图l 所示) 和二嗯 英生成的影响因素上，包括焚烧行为、焚烧组分、与其他燃料的共
5、焚烧等几个方面。 2 1 焚烧行为 、v e r s 等的研究表明，生活垃圾焚烧行为对二嗯英的排放量和产生化合物的结构都有很大的 影响，垃圾在不锈钢桶或者电镀桶中的排放量往往比露天焚烧要高( W e v e 俗e t a I 2 0 0 4 ) 。 焚烧区域空气含量对p c D D F s 的捧放具有较大的影响。W e v e r s 等研究了庭院垃圾的焚烧排放， 发现空气较充足时庭院垃圾焚烧排放值( 4 7 n g T E Q 瓜g ) 与露天堆积焚烧排放( 4 4 n g T E Q l 唱) 相当， 而当稀薄空气会增加P C D D F s 的排放( 2 0 r 1 9 1 E Q I
6、( g ) 。 露天焚烧垃圾产生二嚼英的量与其混合燃烧的方式也有一定的关系。炯烧情况下产生的二嚼英 的量要远远高于明火燃烧的排放量，主要是因为焖烧条件下，供氧不足，产生大量的烃类和氯代烃 类化合物等二嚼英的前驱物，在催化的条件下缓慢生成二晤英。 2 1 1 持久性有机污染物论坛2 0 0 8 暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集 S 4 0 0 Y 品3 5 0 卜- 2 3 0 0 京2 5 0 o 右2 0 0 c ) 叠1 5 0 C g1 0 0 们 磊5 0 C 叉0 o 2 6 5 49 0 35 4 0 0 圈口啊 圆 一_圈豳圈I 一一_ 丽 圜 Q 爷爷j 毋j 妒萨
7、梦萨妒擎扩矿萨扩护妒。扩 彭髫7 图l 发达国家垃圾露天焚烧生活垃圾二噫英的捧放因子 2 2 焚烧组分 垃圾中C l 的含量对P C D D F s 的排放有着较大的影响，I k e g u c h i 等研究了不同组分生活垃圾焚烧 排放情况，发现随着P V C 和N a C l 的添加，P C D D F s 的排放量增大：N a k a o 等也有类似发现，向垃圾 中添加不含氯塑料，不增加二恶英的排放，而当添加含氯塑料时，烟气和底灰T E Q 值增大了约6 0 倍：B r i 锄等研究了垃圾中P V C 和无机C l 添加对P C D D F s 排放的促进作用。发现无论是有机C l 还是
8、无 机C l ，对于T E Q 的影响都与总C l 浓度相关，而当垃圾中未添加C l 时，T E Q 值低于排放标准；H e d m a n 等系统研究了多种不同垃圾成分配比下铁桶中焚烧排放，发现高P V C 含量大大增大了P C D D F s 的排 放，比低P V C 或无P V C 情况下的排放量高了2 3 个数量级。但当c l 含量较低时，垃圾成分、C l 含量 与P C D D F s 排放之间并无明显相关性。以上研究表明：当C I 含量较高时，C l 含量成为影响P C D D F s 排放最主要的影响因素，而当含量较低时，其它影响因素，如焚烧温度、氧气量等的影响超过C l 的影响
9、而成为主要影响因素。此外，所有C l 的形态中，气态氯C 1 2 对二嗯英排放量影响最大，C 1 2 存 在条件下的二嗯英产生量是H C l 的4 倍之多。 在P C D D F s 形成的过程中，催化剂的作用不可忽视。大量研究表明，C u 是最主要的催化剂。 N a l ( 研究发现向焚烧的垃圾中添加铜丝后，烟气中二恶英浓度增大5 7 0 倍，而底灰中则增大了2 0 0 0 倍以上，可能与铜催化的D e 扯o n 反应机理相近，促使其他氯的存在形态如H C I 转化成气态氯C 1 2 。 2 3 其他凼素 由于生活垃圾具有含水率高、热值低、C I 含量高等特点，在焚烧过程中焚烧条件差，P C
10、 D D 师s 排放因子高，通过添加热值高、低含氯量的生物燃料来改善焚烧条件，调整C l 含量，可以达到减少 P C D D F s 排放的目的。H e d m 锄等研究了生物燃料( 芦苇、金丝草) 与生活垃圾干燥可燃组分的混 合焚烧，P C D D F s 的排放接近于排放标准。K a j i t a 等人研究了生活垃圾与煤在炉灶中燃烧二嗯英的 排放情况，实验发现，随着煤添加量的增加，二嚼英的排放浓度减少。G u l l e t t 等人认为煤燃烧生成 2 1 2 持久性有机污染物论坛2 0 0 8 暨第三届持久性有机污染物全国学术研讨会论丈集 S 0 2 气体，会与垃圾中的催化剂反应，生成
11、活性较低的催化组分C u S 0 4 ，抑制了二嗯英前驱化合物 的生成。 垃圾是否分类回收对_ 嗯英的排放量也有较大的影响。L e m i e u x 等人的研究表明，垃圾分类回 收后进行焚烧产生的P C D D F 的总量2 6 3 6 u g I 【g ，是不分类回收垃圾焚烧后排放量的4 0 倍以上，主要 是因为垃圾回收后可燃组分减少，而P V C 所占比例人人提高。 3 研究展望 由于唧悒P 清单中的排放因子大多参照发达国家如美国、英国、欧盟的实验数据计算得来，但 大部分发展中国家的废物组成、焚烧方式等与发达国家都有很大的不同，清单中提供的因子可能会 使部分源排放量过高f + 计，也町能
12、忽视了其巾的，些重要源。目前在联合国环境规划署的部署下， 有两个关于露天焚烧产生二嗯英类化合物的研究项目，分别侧霉，J i 物质的焚烧和生活垃圾的露天焚 烧。我国正在主要参与露天焚烧生活垃圾产生有害化学物质的项目，通过不同地区不同季节的典型 垃圾组分的调奄分析，确立我国典型的垃圾组分，首先在实验室条件下模拟不同焚烧物( 聚氯乙烯、 聚苯乙烯、木材、织物等) 焚烧，初步确立二嚼英类化合物的排放因子；再通过现场露天焚烧实验， 结合不同的焚烧方式，不同的垃圾组分等考查不同影响凼素下实际露天焚烧产生的二嗯英的变化情 次。 致谢 本工作受联合国环境规划署项目( 发展中国家废物露天焚烧捧放的有害物质) 资
13、助。 参考文献 【l 】h t t p 拍眦p o p s 血们0 c I 朋胁t 娇m p l 硼朋刚册肺p 幽I I b m i 蚓蚋凸i na _ r P h p d f 【2 1k m i e u xP E m i 豁i o 岫o f p o l y c M o r i n 锄甜d i b e 越伊p 坷o x i m 锄dp o I y c 量l l o r i I l a 倒d i b e n z o f h 啪s6 mt t l eo p e nb 唧i n g o f h o u 辩h o I d 、懈t ei nb 锄r e l s E n v i 咖s c i T c c
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