垃圾焚烧处置中二噁英和重金属污染控制技术进展

研究背景：焚烧法处置生活垃圾最符合“三化”处理原则，也是我国大力推行的垃圾处置方法，但存在不利因素限制生活垃圾焚烧处理的发展：①我国垃圾分类水平较低，垃圾热值较低且不稳定；②随着发展，我国垃圾焚烧处理可能发生过饱和；③垃圾焚烧前期资金投入大及运行费用高；④垃圾焚烧容易产生二次污染，尤其是垃圾焚烧过程中产生的剧毒物质二噁英和垃圾中残留的重金属，对生态环境造成巨大破坏，危害人体健康。目前，垃圾焚烧烟气净化已达到相关排放标准，但仍是大气中二噁英的主要来源之一。飞灰成为重金属和二噁英污染的主要来源，我国将其列为危险废弃物，需要经过无害化处理。我国垃圾焚烧主要采用炉排炉和流化床，其中炉排炉处理量占80%以上，炉排炉产生飞灰质量是入炉垃圾的3%～5%，而流化床飞灰为10%～15%。我国每年都会产生大量的焚烧飞灰，能否对飞灰进行妥善处理是制约垃圾焚烧技术发展的关键因素。

摘 要：论述了二噁英和重金属的污染及形成过程，对比分析了焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术和焚烧后的飞灰处置技术。垃圾焚烧过程中二噁英和重金属的控制技术主要包括燃烧前垃圾的分类分选及预处理；燃烧中的促进垃圾完全燃烧或添加二噁英生成抑制剂都能减少二噁英的生成；燃烧后的烟气急冷技术能避免二噁英再次生成，通过烟气净化技术降低烟气中二噁英和重金属的排放浓度，使烟气达标排放，并将烟气中的二噁英和重金属转移到飞灰中，对二噁英和重金属的最终处置主要针对飞灰进行。目前飞灰处置技术主要分为固化稳定化+填埋、分离提取、飞灰的资源化利用。固化稳定化+填埋技术成熟、操作简单、处置成本相对较低，其中化学药剂稳定化+填埋是我国飞灰处置的主要手段之一，但该技术存在二噁英和重金属的长期稳定性不足等问题，且填埋会占据大量土地资源，主要用作飞灰暂存技术。分离/提取飞灰中重金属和氯盐可以实现飞灰资源化利用，但垃圾中重金属和可溶盐的成分及含量、投资成本高及后续废水的处理难度大等问题制约了分离/萃取技术的应用，目前并未实现大规模工业化应用。通过水洗也可去除飞灰中部分重金属和大量氯盐，常用作飞灰的预处理，促进后续对飞灰的资源化利用。飞灰资源化利用的关键在于重金属的长期稳定性和二噁英的彻底降解，并达到相关产品的性能要求，实现飞灰的资源化利用。飞灰高温处置技术可有效固定重金属、彻底分解二噁英，是最具前景的飞灰处置技术之一，但由于飞灰高温处置技术投资及运行成本高、能量消耗大，且我国高温处置技术相对落后，该技术并未实现大规模应用。水泥窑协同处置技术通过高温固化直接实现飞灰的资源化利用，并不会额外消耗更多的能量，该技术已成为我国除化学稳定化+填埋外最主要的飞灰处置方式。水热法和机械化学法相对于高温处置能耗较低，具有很好的发展前景，目前还处于试验研究阶段。

重要图表

图1 二噁英的结构

图2二噁英的形成过程

图3 重金属的迁移过程

表1垃圾焚烧飞灰的主要元素组成

表 2 中性条件下不同化学药剂对飞灰中重金属的稳定作用

表 3 酸性条件下不同化学药剂对飞灰中重金属的稳定作用

表 4 飞灰处置技术

结 论

1)垃圾分类可以有效减少飞灰中的氯源和重金属源，是降低二次污染的有效途径。垃圾分类水平直接影响我国垃圾焚烧技术的发展，从上海、北京等地区开始施行强制垃圾分类条例，到全国各地争相效仿，我国的垃圾分类水平明显提高。

2)垃圾充分燃烧是降低二噁英污染的关键所在，“3T+E”是我国垃圾焚烧污染物控制的技术指标，是减少二噁英生成的关键技术。通过烟气净化技术使烟气排放达标，同时将烟气中的二噁英和重金属转移到飞灰中，对二噁英和重金属的最终处置主要针对飞灰进行。

3)化学药剂稳定化+填埋是目前我国飞灰处置的主要方式之一，稳定化+填埋无法应对与日俱增的飞灰，且填埋处理存在较大的环境风险、占据大量土地资源。飞灰资源化处置是应对我国巨大飞灰产量的最佳处理手段。

4)高温热处理能实现重金属的固定和二噁英的彻底降解，高温烧结陶粒、轻骨料和等离子体熔融已经进入半工业化研究，但该技术存在能量消耗高和二次飞灰污染的问题。水泥窑协同处置技术通过高温固化直接实现飞灰的资源化利用，且不会额外消耗更多的能量，已成为我国除化学稳定化+填埋之外最主要的飞灰处置方式。相较于熔融处理，水热法和机械化学法处理能耗较低，目前还处于试验研发阶段，有很好的应用前景。