焚烧源汞污染控制技术研究进展及我国大气汞污染控制紧迫性-undefined

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摘要:汞对人体健康的影响已引起国内外研究人员的广泛关注。燃煤发电、城市生活垃圾和医疗垃圾焚烧属于重要的人为汞排放源。针对焚烧源汞的排放以及不同形态汞的净化特性,国内外科研工作者研究了物理、化学及其他物理/化学结合的汞污染控制技术。为了分析汞污染控制技术,进行了各种控制技术研究进展综合论述,并分析其中存在的问题;根据我国燃煤及生活垃圾、医疗垃圾中汞的高浓度特性,指出我国焚烧源大气汞的控制已经十分迫切。

关键词:焚烧;汞;生活垃圾;医疗垃圾;燃煤

0 引言

汞是一种挥发性重金属,容易在生物体内富集。汞在鱼体内的富集是人们日常曝露于甲基汞污染的主要途径,世界上很多国家出台法律法规限制人们日常摄入含汞量较高的鱼。美国毒物和疾病登记署推荐的针对普通人群(每周7天,每天24h)元素汞曝露剂量为<200Lg/m 3,针对居民和商业场所的曝露剂量分别为<1Lg/m3和<3Lg/m3。

已有的大气汞排放源清单表明,在全球的汞排放源中人为源(anthropogenicsources)占有很大的比重 ,燃煤发电、城市生活垃圾焚烧和医疗垃圾焚烧均属于非常重要的人为汞排放源。近年来,国内外许多研究人员围绕焚烧过程中汞的排放特性及污染控制技术,开展了大量的研究工作。本文分析了大气汞的存在形态及其长距离输移性,综合论述了汞污染控制技术在国内外的研究进展,对我国生活垃圾和医疗垃圾焚烧处置,以及燃煤发电过程中气态汞的污染控制具有一定的指导意义。控制焚烧过程中气态汞的释放不仅可以降低大气汞浓度、改善大气环境质量,而且将明显降低焚烧厂的室内汞浓度,保障焚烧厂人员的身体健康。

1 汞的大气存在形态及汞污染的全球性

通常情况下,汞的存在形态包括元素汞(Hg0)、氧化态汞(如HgO、Hg2Cl2、HgSO4、HgCl2等,主要为 HgCl2,又称为反应汞)、颗粒汞和有机汞。在全球汞排放量中元素汞大约占53%,反应汞占37%,颗粒汞占10%左右。颗粒汞的大气寿命(atmosphericlifetime)比较短,通过大气沉降和雨水冲刷可以净化。

对于反应汞而言,其大气寿命可达到几天,可造成从局部到区域性的汞污染。元素汞的大气寿命长达几个月,在大气中经过长距离输移后可以形成区域性甚至全球性的汞污染。因此,同颗粒汞相比,由元素汞和反应汞的大气输移引起的全球性问题更为严重。减少元素汞和反应汞的排放显得更为重要。

亚洲的汞排放量占到全球的50%左右,其中我国的贡献率非常大。目前,我国每年从燃煤发电厂和其他来源排放约495t汞。由于工业及经济迅速增长,预计在未来的2~5年间排放量每年将增长20~30t。

2 焚烧源汞污染控制研究进展

211 依靠除尘设备与活性炭吸附去除烟气中的汞

汞的存在形态对焚烧烟气中汞的去除效率有着很大的影响。在生活垃圾和医疗垃圾焚烧烟气中,有机汞的含量很低,而且主要富集在焚烧飞灰上,很容易被尾气净化系统中的布袋除尘器捕集而从烟气中脱除。颗粒汞的捕集效率主要取决于布袋除尘器的除尘效率,目前优质的布袋对于粒径大于013Lm颗粒物的去除效率可以达到9919%以上,可以确保对烟气中颗粒汞的高去除率。传统的颗粒物控制设备,如布袋除尘器、静电除尘器以及湿式洗涤器能够不同程度地控制反应汞和颗粒汞排放,但是这些设备对于元素汞的净化效率极低。目前,对于Hg0的净化技术主要有:活性炭喷射、硫化钠喷射以及活性炭吸附床吸附等。活性炭对汞的吸附主要是物理作用。活性炭既能吸附反应汞(HgCl2),又能吸附元素汞,目前这是从烟气中去除元素汞的最佳方法。然而,许多研究结果表明,活性炭对汞的去除效率受到烟气中多种污染物的影响,如SO2、HCl、NH3等,并且被活性炭捕集的元素汞)))由于其挥发性能并未改变)))可能会重新释放而进入环境。

为了有效捕集气态汞,尤其是元素汞,在焚烧烟气中必需大大增加活性炭的喷射速率。研究结果表明,采用活性碳喷射从含有10Lg/m3Hg0的烟气中去除90%的Hg0,C/Hg质量比必须达到3000B1(对于粒径为4Lm的颗粒活性炭)或者18000B1(对于粒径为10Lm的颗粒活性炭)。根据美国环保局的汞研究报告5MercuryReporttoCongress6,在烟气温度为107~121e时,低质量比的活性炭喷射(286~457wtAC/wtHg0 )只能去除14%~47%的Hg0 。如果活性炭喷射率提高到2843~4361wtAC/wtHg0,那么对Hg0的去除率可以达到82%左右。因此在实际应用中需要消耗大量新鲜的活性炭,同时产生等量的、被汞污染的废弃活性炭,进入飞灰之中构成了危险废物的一部分,明显增加了危险废物的产生量。据估计,从烟气中去除一镑Hg0的成本大约为50000~70000美元。更为重要的是,目前对于汞的排放标准越来越严(如加拿大要求焚烧炉汞排放控制在20Lg/m3以下),那么采用活性碳净化汞的成本将会越来越高。而且,活性炭捕集的气态汞进入填埋场以后很可能被还原性细菌转化为甲基汞,无机汞在填埋场中转化为甲基汞进入渗滤液和填埋沼气的研究成果已经很多了。

212 通过化学反应吸附去除烟气中的气态汞

由于传统的除尘设施和活性炭对气态汞的去除效率较低,很多研究人员开发了活性炭负载活性剂(S/Cl/I等)的技术净化烟气中的气态汞。Liu等采用负载元素硫的活性碳(S-ACs)脱除烟气中的汞,实验发现S-ACs比单纯的活性炭具有更高的除汞效率。S-ACs上的活性硫与烟气中的汞反应生成了HgS,从而大大提高了气态汞的去除率。Karatza等采用S-ACs填充床净化气态汞,经SEM/EDS分析表明:汞主要被S-ACs上的硫元素经反应而吸附,同时被没有结合硫元素的原始活性炭经物理作用而吸附。在解析过程中,被物理吸附的汞脱离了活性炭,而被反应吸附形成了HgS的部分则仍然保留在S-ACs上,充分说明S-ACs对汞的吸附属于不可逆化学反应吸附。Krishnan等的研究表明,低温下(23e)S-ACs对元素汞的吸附既有化学反应吸附,也有物理吸附;但当烟气温度高于140e时,S-ACs对元素汞的吸附主要为反应吸附,在活性炭负载的活性硫原子处形成HgS。Otani等的研究结果表明:S-ACs对元素汞的反应吸附完全按照S+HgyHgS的反应方程式进行。

Ghorish等采用氯负载的活性炭(C-lACs)去除烟气中的Hg0 ,结果表明:C-lACs对元素汞的去除效率远高于原始的活性炭。在C/Hg质量比为1000~5000范围内,C-lACs对Hg0的去除效率可以达到80%~90%。Zeng等采用5%ZnCl2负载在活性炭上制备C-lACs,在50~200e范围内C-lACs吸附元素汞的能力是未负载活性炭的8~10倍。C-lACs的表面含Cl-(化合物可能与元素汞反应生成[HgCl]-,[HgCl2]和[HgCl4]2-)。

延伸阅读：

案例研究|深圳市清水河垃圾焚烧厂周围地区优势植物的汞污染研究

原标题：焚烧源汞污染控制技术研究进展及我国大气汞污染控制紧迫性

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