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垃圾焚烧发电烟气二噁英沉降对土壤环境影响评价方法探讨

北极星垃圾发电网  来源:《工程建设标准化》    2021/7/29 14:39:40  我要投稿  

北极星垃圾发电网讯:摘要:本文以一生活垃圾总处理能力为800t/d项目为例,根据该项目生产过程烟气中二噁英的排放量、在大气中的沉降规律以及在土壤中的累积规律,分析了土壤环境影响评价预测参数的选取确定过程,探讨了二噁英沉降对土壤的环境影响。

关键词:二噁英;沉降;土壤;环境影响;预测

二噁英(Dioxin)是多氯代二苯并-对-二噁英(PCDDs)及多氯代二苯并呋喃(PCDFs)的总称,是《斯德哥尔摩公约》中首批必须优先控制的持久性有机污染物(POPs)之一,具有致畸、致癌和致突变作用。本文结合垃圾焚烧发电项目,探讨其在生产过程中烟气二噁英对土壤的环境影响。

1烟气中二噁英去除工艺

二噁英的催化光化学分解技术光化学分解是PCDD和PCDF在环境中转化的主要途径。其产物为氯化程度较低的同系物。而其中毒性最大的TCDD的光化学分解条件较为苛刻,除必须有紫外光外,一般还应有质子给予体和光传导层存在,在自然界中这种条件很难实现。但近年来的研究发现,纳米二氧化钛这一特性可以有效的治理有机物污染。日本名古屋工业技术研究所已开发出使用纳米二氧化钛做光催化剂的净化装置,该装置在长1m左右的圆筒中填充10L涂敷了TiO2的硅胶,将它置于焚烧炉排出气体通过的地方,在290W的紫外线灯光照射下,该装置据称能够清除废气中99%的二噁英和55%的氮氧化物。

二噁英的催化过滤技术:该技术由1998年美国戈尔公司研发的Remedia工艺实现。该技术主要通过催化滤袋解决垃圾焚烧中的二噁英控制难题,成为一种新的技术。Remedia技术其实是一种“表面过滤”技术与“催化过滤”技术的复合技术。工艺系统由ePTFE薄膜与催化底布所组成。底部是一种针刺结构,纤维是由膨体聚四氟乙烯复合催化剂所组成。这种覆膜的催化剂材料能够把PCDD/F在一个低温态(180~260℃)通过催化反应来摧毁PCDD/F,同时在催化介质表面将二噁英分解成CO2、H2O和HCl。这种技术实现了对气态二噁英污染物的摧毁与分解,而不是转移,使废气排放完全达到欧洲标准,它适合于干法除酸工艺中对二噁英污染的控制。

二噁英的紫外光/臭氧分解技术:臭氧直接氧化法是利用臭氧的强氧化性直接氧化分解有机污染物,是治理有机污染物的一种重要方法。但此方法不可直接应用于气态二噁英的治理,因为二噁英的性质及其稳定,只在高温下发生氧化反应,而在此温度下臭氧并不能稳定存在。但如果二噁英溶解于水中,则可以通过催化作用使臭氧分解成OH自由基,大大提高分解二噁英的效率。2002年日本仓纺公司开始着手研发的紫外光/臭氧分解技术正是应用了这一原理。该技术通过紫外光照射溶解在水中的臭氧,使其分解产生OH自由基,自由基对水中的二噁英进行氧化分解。该技术的最终目标是分解水中99.9%的二噁英。目前该技术不能用于直接分解烟气中的气态二噁英,但可以用于废物焚烧飞灰浸出液的二噁英处理。

二噁英的活性炭吸附技术:活性炭吸附脱除烟气中的二噁英是目前世界上应用最为广泛的废物焚烧烟气净化技术。该技术主要操作是向烟气中喷入活性炭粉末,以吸收烟气中的二噁英。该方法不仅可以吸附二噁英气体,同时也可以吸附其他多种有害气体,而且还具有投资少、效率高、方便使用,技术门槛低等优点,因此广受各废物焚烧企业欢迎。但其缺点也十分明显,一是营运成本高,需要消耗大量高价的活性炭粉末,无形中增加了运行成本;二是与其他可以破坏二噁英的处理方法相比,活性炭吸附法只是实现了二噁英的转移,降低了它的危害性,并没有彻底的解决问题。目前较为流行的处理方法是将使用后的活性炭粉加沥青或水泥固化,直接用作路基或建材,或直接安全填埋,防止其吸收的二噁英继续污染环境。

2项目概况

项目生活垃圾总处理能力为800t/d(两台400t/d炉排焚烧炉),年处理垃圾量为29.2万t/a,配套2台7.5MW凝汽式汽轮发电机组,发电容量15MW,年发电量为9509.7万kwh/a。项目熔炼炉炉膛燃烧室温度均达到1100℃以上,可使原生二噁英绝大部分得以分解;熔炼烟气离开炉膛后迅速被蓄热体冷却至200℃以下,有效避免炉外二噁英再生成;项目烟气末端处理系统采用“旋风除尘器+布脉冲袋除尘器+活性炭吸附床”的组合系统,对烟气二噁英设计净化效率80%。

3环境影响预测

3.1预测模式确定

单位质量土壤中某种物质的增量可用式(1)计算:ΔS=n(IS-LS-RS)/(ρb×A×D)(1)式中:

ΔS——单位质量表层土壤中某种物质的增量,g/kg;

IS——预测评价范围内单位年份表层土壤中某种物质的输入量,g;

LS——预测评价范围内单位年份表层土壤中某种物质经淋溶排出的量,g;RS——预测评价范围内单位年份表层土壤中某种物质经径流排出的量,g;ρb——表层土壤容重,kg/m3;

A——预测评价范围,m2;

D——表层土壤深度,m;n——持续年份,a。

单位质量土壤中某种物质的预测值可用式(2)计算:

S=Sb+ΔS(2)式中:

Sb——单位质量土壤中某种物质的现状值,g/kg;

S——单位质量土壤中某种物质的预测值,g/kg。

上述预测方法适用于某种物质可概化为以面源形式进入土壤环境的影响预测。本项目主要为烟气二噁英大气沉降污染,该预测方法较为符合本项目可能发生的土壤污染途径分析结果。

3.2预测参数确定

3.2.1输入量IS的确定

本项目的输入量IS实际为烟气二噁英在评价范围内土壤中的沉降量,因此二噁英输入量可取烟气排放量的80%,即IS=0.077g。

3.2.2输出量LS、Rs的确定

根据土壤评价导则要求,涉及大气沉降影响的,可不考虑输出量。从数据易获得性、实际可操作性及环评预测保守性的要求考虑,因此本项目亦可不考虑土壤二噁英输出量,即LS=0g、RS=0g。

3.2.3土壤容重ρb的确定

土壤容重即自然垒结状态下单位容积土体(包括土粒和孔隙)的质量,一般可通过实际取样检测活动数据,本项目所在区域周边土壤容重为1.1kg/m3。

3.2.4预测评价范围A的确定

二噁英的传输、扩散及沉降主要跟地形复杂程度、气象条件等有关。本项目判定为一级评价,且属于污染影响型,经综合考虑,预测评价范围为项目周边半径1千米的圆形范围,即A=3140000m2。

3.2.5表层土壤深度D的确定

一般而言,大气中二噁英类污染物进入土壤后,由于土壤的固定作用,浅层土壤中二噁英毒性当量浓度明显高于深层土壤,短时间内难以从表层土壤向下层土壤迁移。根据导则要求,表层土壤深度一般可取D=0.2m。

3.2.6持续年份n的选择

污染物影响持续年份主要和企业项目经营生产延续时间有关,为更加直观的反应污染物对土壤的累积影响,可间隔选取多个持续年份,在此主要考虑项目投产1年、5年、10年、30年后的项目二噁英污染对土壤的影响。

3.2.7污染物现状值Sb的获取

污染物现状值主要采用实际调查监测的方法获得数据。根据现状调查,本项目周边区域土壤中二噁英类浓度Sb=3.57×10-6g/kg。

3.3预测结果

根据上述预测模式及确定的预测参数,可得出本项目投产1年、5年、10年、30年后的二噁英在评价范围内土壤的预测结果,在正常情况下,本项目在投产1年、5年、10年、30年后周边区域土壤二噁英累积量较小,均未超过《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)中的第二类建设用地风险筛选值。上述预测结果表明垃圾焚烧发电企业在做好污染防治措施的前提下,项目的建设投产对周边土壤环境影响有限。

4结束语

综上所述,土壤导则推荐的预测模式对垃圾焚烧发电项目烟气二噁英沉降研究具有指导意义,但如需精准预测评价结果,则需深入开展垃圾焚烧发电项目二噁英沉降分布、迁移和转化规律研究,更加合理科学的确定输入量、输出量、评价范围等预测参数。


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