生活垃圾焚烧飞灰二噁英控制技术研究进展-北极星垃圾发电网

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摘要：随着当前我国经济的不断发展，如今我国人民的生活水平不断提升，人们经济能力的增长让人们对于自身生存环境的重视程度在不断提升，因此环境问题成为了当前人们重视的内容之一，人们不断加强对这方面的关注，国家也出台了很多政策，在一定程度上减少了污染的现象发生，但是生活垃圾处理依旧采用焚烧的方式，这就导致了有害物质的数量没有本质上的减少，其中飞灰二噁英等对人体以及环境的影响非常大，所以必须解决这样的现象，才可以保证人们的生命健康，为人们提供更好的生活环境。

关键词：生活垃圾；二噁英；控制技术

引言：城市生活垃圾焚烧飞灰（以下简称飞灰）是指城市生活垃圾焚烧设施烟气净化系统收集的粉尘和沉降在烟道和烟囱底部的底灰。粉煤灰含有二恶英等剧毒物质和Cr、Hg等微量重金属，被列入国家危险废物名录（代码：hw18）。二恶英是持久性有机污染物 (POPs)，包括多氯二苯并对二噁英 (PCDD) 和多氯苯并呋喃 (pcdes)。近年来，随着生活垃圾的增加和垃圾焚烧发电行业的逐年增加，飞灰量迅速增加。飞灰是二噁英污染的主要载体之一。研究表明，飞灰中PCDD/Fs的浓度和毒性当量因焚烧垃圾的种类、焚烧炉类型、焚烧能力和除尘设备的不同而有很大差异，焚烧源产生的二噁英总量中约有一半来自飞灰.所以必须控制好二噁英等有害物质的排放，才可以保证人们的生活健康，实现人们生活的进步。在应对当前二噁英德处理之中，主要有以下的集中方式。

高温熔融技术

高温熔融技术是指将粉煤灰或其处理产物与其他铝硅酸盐组分和助熔剂混合，然后在1300℃以上的高温下完全熔融，包括在高温下分解二噁英，然后用水淬火成形成熔融玻璃制品，主要是等离子体中产生的电弧，加热空气和温度较高的气体等混合形成高温等离子体，实现二恶英的高效降解。在这种方法中，主要使用方式是让二噁英等有害物质进入处理单元，然后通过燃烧、熔化的方式完成二噁英的处理。熔炼技术具有减容率高、渣性稳定、无重金属浸出等优点，同时该技术能耗高、设备投资大，会产生二次飞灰。一般而言，国内外粉煤灰中氯含量差异较大，技术趋于成熟，但在国内尚处于发展阶段。

除此之外，还有高温烧结技术。高温烧结技术主要是将粉煤灰或其处理产品与其他铝硅酸盐组分和熔剂混合，在高温下部分熔化，冷却后形成烧结产品。高温烧结与高温熔炼技术的区别主要体现在两个方面：一是高温烧结的温度范围一般在900℃～-1100℃之间，高温熔炼的温度范围一般在1300℃之间和1500℃；二是形成产物的差异。玻璃化烧结体的最终产品是通过高温烧结形成的，致密玻璃体的最终产品是通过高温熔化形成的。

化学技术

化学技术是当前常见的手段，内容丰富，适用性比较强，能够适合较多的范围，主要分为以下几个大类：

光催化降解技术。光催化降解是指通过吸收光能将二恶英分子分解。当光照射时，表面电子发生能量跃迁并在低能价带中形成相应的空穴。空穴具有很强的氧化性，可以带走有机污染物的电子，使其被氧化分解。该方法主要结合萃取技术用于粉煤灰中二噁英的降解。飞灰中的二噁英在溶液中富集，然后在某些光催化剂γ TiO₂、ZnO和SnO₂的作用下降解，是二噁英光催化降解技术中常见的半导体光催化剂。国内学者发现TiO₂和ZnO/SnO₂等氧化物在汞灯或紫外线下可加速二噁英的降解效率。在光催化反应体系中引入强氧化剂，在强光照射下可产生具有强氧化能力的羟基自由基(·OH)，可进一步提高二噁英的降解效率。该技术具有操作简单、能耗低的优点，但其反应速度慢，降解主要通过脱氯来实现，降解产物可为毒性较大的二噁英同系物（如2378-tcdd），但达不到去毒目的。

机械化学法。机械化学法是通过机械力的不同方式，对固体、液体等物质施加机械能，引起化学反应。在机械化学法中，利用金属或金属氧化物等无机材料混合有机污染物来实现二恶英的有效分解，西澳大学的罗兰兹等人首先将机械化学法应用于POPs，从而开始研究其处理方法用机械化学方法处理有毒废物。该振动球磨机被德国tribochem公司用于测试PCB和DIO Ins等污染物的大规模降解。日本研究团队使用大型行星式球磨机高效降解粉煤灰和土壤中的二噁英、多氯联苯等。国内学者陆生勇等研究表明，在粉煤灰中加入曹铝系添加剂可有效提高球磨过程中二噁英的降解率，但粉煤灰中所含的无机氯化盐会大大阻碍二噁英的降解。机械化学球磨过程中飞灰中二噁英的降解。因此，粉煤灰水洗预处理是粉煤灰机械化学无害化处置的重要前提。

超临界水氯化法。超临界水氧化技术是指在超临界水中氧化二噁英。在超临界状态下，水不仅具有与气体相同的扩散系数和较低的介电常数和粘度，而且具有与液体相近的密度和对物质的良好溶解能力，因此具有很强的反应能力。

水热法。水热法是利用反应器提供相对高温高压的环境，加速溶剂分子的运动，增加离子积常数和扩散系数，增加溶剂对粉煤灰孔隙的渗透，增加其溶解度。系统中的二噁英等污染物，发生脱氯反应，从而达到降解飞灰中二噁英的目的。

微波加热法可分为微波水热法、微波烧结法和微波氧化法。张等人。提出了在HSO/HNO3溶液中微波过氧化氢去除二噁英的技术。将HNO3、H2SO4和H2O2的混合溶液分别加入微波消解系统中。结果表明，粉煤灰中99%的PCDDs/Fs在150℃下120min可被氧化降解，只有少部分PCDDs/FS溶于酸溶液。清华大学刘等人利用微波辅助活性炭吸附降解土壤中的三氯联苯。考察了活性炭用量、微波功率等影响因素。结果表明，三氯联苯的降解率可达100%。

其他方法

在降解的时候，还有一些其他的方法，主要包括：

低温热解技术通常是指在好氧或缺氧条件下，在有或没有固相催化剂的情况下，在低于500℃的温度下对粉煤灰进行热处理。二噁英在低温热解过程中发生在粉煤灰表面的吸附和解析，并发生污染物解析、脱氯降解、氧化开环降解、从头合成、前体合成和氯化反应等一系列物理化学变化。是否加氧，是否加催化剂，热脱附温度。

生物降解法。生物降解具有环境友好、低能耗、低污染等优点，为环境中二噁英的降解提供了一种新方法。二噁英降解酶主要分为四类，即双加氧酶、单加氧酶、木质素降解酶和脱卤酶。二噁英降解酶是生物降解的关键材料。目前，典型的二噁英降解酶主要集中在氯苯或氯苯酚，它们是二噁英的模型化合物。该技术未来的发展趋势是不断发展二噁英降解酶的工业化生产，采用最新的分子生物学技术全面开发二噁英降解酶λ探索二噁英降解酶的潜力，以高效降解二噁英类化合物。

催化耦合臭氧技术。催化剂耦合臭氧降解技术是指臭氧在加热条件下易分解产生活氧，可作为氧化剂参与催化反应。此外，臭氧还能在金属氧化物催化剂表面形成活性中间产物。这些活性物质具有很强的氧化性，在一定程度上可以增强催化剂的活性，从而有效地降解二噁英。

催化氯化技术。目前国内外用于工业烟气中二噁英降解的催化剂主要是2O₃/TiO₂型高钒催化剂。已在工业上应用的二噁英降解催化剂有国外壳牌SDDs系列、托普索DNX系列、中国中能国信Kat系列等。其他类型的催化剂，如Mn和CE基催化剂具有较高的SCR活性，但即使在极低浓度的SO₂存在下，Mn和CE的活性组分也容易被硫酸化形成硫酸盐，从而失活且难于再生。上述催化剂都是针对垃圾焚烧等行业烟气中二恶英和NO₃的联合脱除，尚未应用于飞灰热脱附烟气净化。

结束语

综上所述，在当前的垃圾处理中，非常大的一个问题就是二噁英等排放物造成的污染，而针对这样的现象，当前有很多的应对方法，但是我国在这些方面起步比较晚，因此导致效果也存在一定的局限，针对这样的现象，必须不断发展相关的技术，才可以实现我国环境的进步。

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