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现行生活垃圾焚烧污染控制标准与废气监测过程中存在问题及改进建议

北极星环境监测网  来源:《环境科学导刊》  作者:杨善党 尚昀等  2019/8/19 9:34:30  我要投稿  

北极星环境监测网讯:摘要:在首次按照《GB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准》中的监控项目对云南省新建生活垃圾焚烧厂开展废气监测工作的过程中,发现此标准存在未提及臭气监测项目、有机类污染物控制项目少等问题,建议增加此类监测项目。根据多年监测经验,对垃圾焚烧厂废气监测过程中采样分析方法、质量控制和保障提出建议。

城市生活垃圾又称为城市固体废弃物,是指城市居民日常生活中产生或与城市生活有关的活动中产生的固体废弃物。主要包括居民生活垃圾、商业垃圾和清扫垃圾,还包括人畜粪便、厨房废弃物污水处理的污泥、垃圾收集处理的残渣与粉尘等固体物质。

随着经济的发展,人口不断增多、城市化进程的加快,人民生活水平不断提高,城市生活垃圾数量急剧增加并且产生周期不断缩短。目前我国城市垃圾年产量已达16亿t以上,人均垃圾年产生量450~500kg,且仍以每年8% ~10%的速度增长。此外,城市生活垃圾存量约有60多亿t。我国城市面临着垃圾处理的巨大压力。

垃圾焚烧是目前处理固体废弃物的有效途径之一,比垃圾填埋更无害化、减量化、资源化,是国际广泛认可的处理方式。但垃圾焚烧在处理过程中会释放出多种有害物质,其中二英是国际公认的致癌物质,毒性是氰化钾的100倍,砒霜的900倍。对垃圾焚烧次生污染的控制极其重要。

1 《GB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准》中建议修改的项目

在垃圾焚烧被广泛应用于生活垃圾处理的同时,其潜在的二次污染问题受到越来越多的关注,近年来,由此引发的“邻避运动”屡屡发生,垃圾焚烧项目陷入“一闹就停”的尴尬境地。现行《生活垃圾焚烧污染控制标准》中列入了颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氯化氢等8类污染物,但现有监测项目不能准确全面地反映垃圾焚烧过程对环境产生的影响。

有机污染物会影响人体健康和动、植物的正常生长,干扰或破坏生态平衡。不少有机污染物是致畸、致突变、致癌物质。有些有机污染物能在环境中发生化学反应,转化成为害处更大的二次污染物。有些有机污染物在环境和生物体内能积累起来,还能通过食物链富集。因此既要注意高浓度的有机污染物的危害性,还要注意低浓度的有机污染物对人体健康和生态系统的长期影响。在对呈贡垃圾焚烧厂竣工验收之前,笔者对《GB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准》进行研读,发现其中有机类污染物控制项目较少,难以全面反映垃圾焚烧污染。

垃圾中含有大量的有机垃圾,如废塑料、废橡胶等,燃烧后会产生不同种类的有机污染物,包含挥发性有机污染物、芳烃类化合物(二噁英包含其中)、醛酮类化合物等。标准中针对二英给出了控制范围,笔者认为应增加控制有机污染物的种类。表1中列举了3大类有机污染物的危害性。挥发性有机污染物在垃圾焚烧厂产生的环节很多,在以往的常规监测中,采样通常只装一种吸附剂的吸收管,针对垃圾焚烧建议填装多种吸附剂作为吸收管。在采样与分析过程中要特别注意防止污染。在控制标准中应该增加其分析方法,建议采用气相色谱-质谱法。标准中污染物限值的取值时间建议为“测定均值”。

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芳烃类化合物主要是指苯、甲苯、乙苯、邻-二甲苯、间-二甲苯、对-二甲苯,在垃圾焚烧过程中易产生,在标准中也应该列入控制范围。分析方法应采用常规的活性炭吸附二硫化碳解吸气相色谱法。标准中污染物限值的取值时间建议为“测定均值”。

醛酮类羰基化合物是大气中的主要污染物之一,它在大气化学中扮演着重要的角色。这类污染物不仅是一级污染物,更重要的是二级污染物,是光化学烟雾的主要成份,在标准中也应该列入控制范围。分析方法应采用常规的高效液相色谱法、分光光度法、气象色谱法。标准中污染物限值的取值时间建议为“测定均值”或“小时均值”。表2对3种污染物的分析与限值的取值时间作出了说明。

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2 关于臭气监测的建议

垃圾一般是通过封闭式垃圾车运进垃圾焚烧厂,倾倒进入垃圾坑,包括垃圾坑在内的整个垃圾焚烧厂是负压的,抽取场内空气作为焚烧进风。由于负压将场内空气与臭气一并抽进焚烧炉,虽降低了臭气的扩散,但要做到完全没有臭味比较困难。目前对垃圾焚烧臭气的控制方法主要有:生活垃圾贮存设施密闭;贮存设施应微负压运行,避免恶臭扩散;恶臭空气通入焚烧炉中进行氧化除臭;焚烧炉停运期间,恶臭气体通过除臭设施处理后再排放,定期对贮存设施喷洒药剂消毒;贮存能力要保证检修停运期间也不造成环境污染。针对垃圾焚烧臭气的控制标准建议采用《恶臭污染物排放标准》的相关标准值。分析方法建议用空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法。基于垃圾焚烧烟囱排放高度都>60m,采用对应的60000为垃圾焚烧控制的标准值。

3 垃圾焚烧厂废气监测过程中存在的问题及建议

3.1 采样仪器

烟尘与重金属项目:武汉天虹微电脑烟尘平行采样仪TH-880F。氯化氢与汞项目:武汉天虹智能烟气采样分析仪TH-600B。NO2、SO2、CO项目:便携式红外烟气分析仪PG-300。

3.2 采样方法

固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法GB/T16157-1996;《空气和废气监测分析方法》(第四版),国家环境保护总局(2003年)。

3.3 垃圾焚烧采样组分

垃圾焚烧烟气污染物以气态或固态形式存在,一般分为五类:酸性气态污染物、不完全燃烧的产物、颗粒污染物和重金属污染物、有机污染物。焚烧烟气中的酸性气体主要由SOx、NOx、HCl组成,均来源于相应垃圾组分的燃烧。SOx由含硫化合物焚烧时氧化所致,大部分为SO2。NOx包括NO、NO2、N2O3等,主要由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高温氧化生成。HCl来源于垃圾中的有机氯化物和无机氯化物:含氯有机物如PVC塑料、橡胶、皮革等高温燃烧时分解生成HCl;大量的无机氯化物NaCl、MgCl2等与其它物质反应也会产生HCl,如:H2O+2NaCl+SO2+05O2→ -Na2SO4+2HCl,这是垃圾焚烧炉烟气中HCl的主要来源。焚烧产生的酸性气体除污染环境外,还会对焚烧炉膛及其配套的热能回收锅炉造成过热器高温腐蚀和尾部受热面的低温腐蚀。在监测过程中SOx因水分影响监测结果,建议用带有烟气前处理设备的烟气分析仪监测。按标准中规范性引用文件《HJ629固定污染源废气二氧化硫的测定非分散红外吸收法》可使用日本HORIBA便携式气体分析仪PG-300系列仪器。

有机化合物主要是垃圾中的氯、碳水化合物等在特殊温度场和特殊触媒作用下反应生成的微量有机化合物, 如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、甲醛、二 英(PCDD)、呋喃(PCDF)。在监测过程中使用武汉天虹智能烟气采样仪TH-600B系列。

垃圾焚烧烟气中的金属化合物一般由垃圾中所含的金属氧化物和盐类组成。这些金属来源于垃圾中的油漆、电池、灯管、化学溶剂、废油、油墨等,其中含有汞、镉、铅等微量有害元素。在焚烧过程中,挥发态的重金属及其化合物随着烟气离开焚烧区域后将经历冷凝过程,形成直径很小的颗粒,这些富集了有毒金属的细小颗粒会被排放到大气中,亦会一直停留在灰烬及其它残余物内。垃圾焚烧排放粉尘中所含的重金属主要存在于可吸入颗粒物中,这些粉尘可溶于水和酸中。在监测过程中采用武汉天虹微电脑烟尘油烟平行采样仪TH-880系列采样。

烟尘主要是烟气中夹带的不可燃物质及燃烧产物。垃圾中可燃组分因燃烧不完全会形成黑烟,黑烟中含有大量的碳粒子,对人体危害大的重金属主要集中于<3μm的颗粒物中。垃圾焚烧烟气水分很大,长时间采样滤筒容易破损,按标准中规范性引用文件《GB/T16157固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》使用武汉天虹智能烟气采样仪TH-880系列。

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3.4 采样过程存在的问题及建议

按照《GB18485-2014生活垃圾焚烧污染控制标准》中的监测要求,对颗粒物要进行24h连续采样。由于连续采样时间过长,采样泵容易损坏,出现死机、泵停止工作等状况。在本研究的一次验收采样过程中,共有7台武汉天虹微电脑烟尘平行采样仪(TH-880F)损坏,其中4台泵损坏、3台主板死机。建议采用分周期采样,用小时均值作为控制标准,以减少连续采样时间。其次垃圾焚烧都按国家要求安装了在线监测系统,可校准在线系统,参考在线系统的24h均值作为验收数据。标准中要求的小时均值为以等时间间隔采集4个样品测试值的算术平均值,在此次验收中,采用12min为单次采样时间,用等速的采样方式采样。垃圾焚烧经过处理后的烟气含湿量比较高,烟尘采样过程烟气采样量较大,致使更换硅胶比较频繁,基本上每采集2个样品就要更换1次。1个断面最少要采集96个样品,硅胶用量比较大。

3.5 安全问题及建议

24h采样由3组采样人员完成,每组负责8h的样品采集。垃圾焚烧厂监测点一般比较高,基本上都在10m以上。目前大部分垃圾焚烧采用旋转梯,少部分采用直梯。夜间采样存在很大安全隐患,灯光照明不足容易绊倒。垃圾焚烧烟气虽经过脱硫除臭等处理,但是仍然存在臭气,长时间采样工作人员大都会感到恶心、头晕。夜间采样时应与厂家协调安装照明装置,监测平台应按国家要求作安全防护处理,监测前应安排人员进行勘察。监测过程中监测人员应佩带口罩。在监测平台应放置医药救急箱。

3.6 样品管理问题及建议

氯化氢样品数量在整个项目中最多,其原因是在标准中要求测定24h均值。氯化氢是一个比较敏感的项目,容易受到污染,对保存、分析有较高的要求。垃圾焚烧厂在工艺中会产生颗粒态氯化物和氯气,这两种物质对氯化氢的测定都有干扰,在采样时要去除干扰以保证测定结果的准确性。建议取消24h均值的测定,采用小时均值作为控制依据,并且采集2~3个周期的样品。为了减少样品污染,建议采集时专人负责专项项目,在采集氯化氢时要带手套,防止自身手汗带来的污染。采集后按要求保存样品。

3.7 监测工况问题及建议

垃圾焚烧是一个极其特殊的行业,其主要目的是处理垃圾。在以往的监测过程中,厂家对监测工况不了解,囤积的垃圾很难达到监测要求的工况,导致采集的样品缺乏代表性。监测人员应在验收监测前7d与厂家联系,问其生产状况是否正常,并要求囤积垃圾,以保障验收过程中工况满足监测条件。如果厂家有条件,可以对垃圾进行大致分类,实行分类燃烧。表4对存在的问题与建议给出了说明。

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4.监测过程中的质量控制与保障

环境监测采样过程的质量是保证监测结果数据质量的源头,包含了布点-采样-样品贮存-样品运输过程环节。

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(1)垃圾焚烧厂验收与监测时样品数量多,应该设置一个现场质量监督员,监督整个采样过程。

(2)垃圾焚烧厂监测是一个复杂的过程,监测人员应具备使用先进技术和传统经验技术的能力,通过对现场实况进行记录,并对采样情况进行描绘,将其与报告记录一同进行存档,以供参照。

(3)垃圾焚烧厂氯化氢项目中样品数量较多,采样管必须使用与被测气体不发生反应和吸附的材质,一般应选用不锈钢或聚四氟乙烯材料作为采样管。所使用的玻璃吸收瓶的总体要求是玻璃磨砂口密封不透气,鼓泡均匀,阻力一定。在运输过程中必须严防污染。

(4)生产工况是否满足监测要求,关系到监测数据的准确性、代表性和本次监测的有效性。在监测过程中应设置一个专员对工况进行监督,如有问题立即通知监测人员停止采样。

(5) 采样仪器设备的适用范围、量程、灵敏度、稳定性等指标应满足国家标准规定中的仪器要求。

(6)垃圾焚烧监测影响因素较多,实施监测前,应详细了解本次监测所要达到的目标,在确定目标后再建立相应的监测任务。完整的监测任务包括任务来源、联系人、主要内容、完成时间、负责人、监测目标说明等内容,以确保监测工作的有序开展。

原标题:现行生活垃圾焚烧污染控制标准与废气监测过程中存在问题及改进建议

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