生活垃圾焚烧二噁英生成机理及控制技术

王洪乾

近年来，我国居民和生活垃圾焚烧和水力发电迅猛，垃圾焚烧和水力发电需求量大幅增加，为彻底破解我国各地城市垃圾包围问题作出了贡献。对于生活垃圾焚烧二噁英的主要生成机制问题进行了研究，以其生成机制作为理论依据，寻求了控制二噁英主要生成的方法和途径。

关键词：生活垃圾 焚烧 二噁英 生成机理 控制技术

引言

生活垃圾的焚烧和发电已经被认为是处置固体废弃物的一种有效方式，在发达国家已经得到了广泛地运用。正在探索二噁英的脱除技术，有效地降低二噁英的污染物排放浓度，化解了生活垃圾焚烧后的发电相邻避效应，促进了生活垃圾焚烧后的发电相关技术健康和可持续发展。

生活垃圾中二噁英的形成

1.高温气相合成

二噁英高温高热气相人工合成的方法主要用途是专门用来研究泛指燃煤废弃物和垃圾在燃煤锅炉的一个高温高热地带（500～800℃）可以进行高温生成，并经过自由基缩合、脱氯等复杂化学反应以及工艺氧化过程而最终得以人工制备和取出二噁英，主要利用氯酚取代高温气相的主要前驱物质还包括邻二氯苯和近邻二甲基氯酚等。而且在日常生活中的垃圾全部进入高温炉排之后，由于此时炉膛内的空气温度相对较高，垃圾首先很有可能会被高温晾晒干燥然后再对其进行回炉焚烧。其中有些垃圾体积比较大或者特别是垃圾含水量比较大的燃烧垃圾容易就会产生不完全并且可以直接用来进行燃烧的氧化产物，由于这些燃烧后的垃圾中本身都主要包括了有机氧的氯和少量无机氧的氯。

2.从头合成

燃烧中然的废水所燃烧产生的部分燃烧废水被空气残碳直接通过吸附传输到燃烧飞灰密集的密聚空气孔中，当部分废水由密集空气和燃烧飞灰直接混合而来，空气残碳中的有机氧化阴离子就有机会迅速地直接扩散出来，并且在燃烧飞灰的密集空气孔中与燃烧自然的残碳之间直接进行氧化反应，这个氧化过程就是对大量小分子燃烧废水中自然碳的有机氧化和化学降解的一个过程，同时通过氯从燃烧飞灰气体表面的一种金属盐和氯化物的一个配体同位体过程中将部分废水直接传输到供给了大量小分子自然碳中，生成了已经氯被取代的一种芳香族化合物（二噁英类中间氯化产物），然后再次混合生成废水/FS，部分已经直接进入飞灰烟气中，部分废水储存于燃烧飞灰。影响二噁英从头合成的主要因素影响含量因素主要包括燃烧温度、残碳、催化剂物的种类、氧和氧化铝的浓度含量等，其中这些温度变化问题主要是与实际使用垃圾焚烧发电厂在项目建设和经营运行中容易出现受到广泛社会关注的一个重点因素影响。二噁英由于从头氧化合成的最优由头温度变化区域存在范围目前可以初步确定大约为300～350℃。

3.前驱物合成

有关科学研究结果表明，在二噁英的化学前驱物分子合成中，形成磷的和形成PCDF的分子机制结构并非全部是基本完全相同的。其主要工作原理就是通过复杂的偶联反应而得以形成，包括催化氯酚的一个偶联氧化反应和芳香基与环的一个闭合偶联反应等，在整个偶联反应的持续时间和作用过程当中，催化剂的主要功效就是氯酚可以直接充当一种通过电子向外在空气中进行传递的化学氧化剂，它甚至可以直接让2个芳香基的环互相进行偶联。PCDF主要由苯基氯苯和多氯联苯共同反应产生，其中主要包括了通过多种不同金属盐的催化而反应形成的苯环四个环。

控制二噁英形成的技术

1.形成抑制

可以在实践中通过采用如下几点方式来抑制二噁英的形成，这些不同的措施都会从不同的角度来直接遏制二噁英。

① 优化燃烧的参数

可以在分析不同炉形结构的基础上来更好地优化二噁英燃烧的参数，并通过运用相关的参数来直接抑制二噁英的形成。这是目前最为直接抑制二噁英的主要方法。

② 在炉子内部加入合适的抑制剂

可以在炉子内部投入各种不同类型的抑制剂，这些主要的抑制剂重点是由氯化物、碱性化合物和其他不同类型的物质组成。其中，高级的硫抑制剂则会通过消耗存在于氧气中的Cl2来和飞灰中的金属催化剂直接进行反应，最终自然可以直接降低催化剂自身的活性。

③ 优化焚烧炉的结构

不同类型的焚烧炉主要可以分为炉排式、流化床式和其他不通过的类型，更可以在燃烧的过程中采用包括两段式燃烧在内的不同燃烧方式。实践中主要可以运用“3T”原则来优化整个焚烧炉的结构，不仅要将燃烧的温度控制在850摄氏度以上，更需要在燃烧中形成新的燃烧结构，并注意在高温区停留超过2s的时间。

④ 清除积灰

存在于管道和换热面内部的积灰不仅可以在第一时间释放出一定的二噁英，更可以在不同的场合帮助形成不同的二噁英。只需要在第一时间有效地清除存在于管道内部的积灰才能够有效地减少在燃烧区域内部的二噁英。⑤ 烟气净化技术

多数二噁英中都会存在诸多类型的颗粒状物质，生活中产生的二噁英也多数是以颗粒状的状态存在的。其中气态的二噁英会因为氯原子数量的增加而不断地减少，而低氯形式的二噁英则会因为受到环境的影响而变得不太稳定。正因为环境中低氯代二噁英对环境的影响将会变得很大，所以只有控制气态二噁英的排放才能够发挥更大的作用。实际采用的治理方法包括如下几点：

第一，重点可以采用活性炭来实现高效除尘，这是目前多数垃圾焚烧电厂中采用的最佳方法。只要通过灵活地运用活性炭表面存在的吸附性就可以吸收空气中的二噁英。第二，采用选择性催化还原的方法。注意在进行脱销处理的同时直接处理二噁英，实践中分解的產物主要是由不同的产物组成。为了避免在垃圾焚烧的过程中存在中毒的现象，需要在设置除尘装置之后来设置合适的催化温度，并在较低温度范围内实现高效分解。多数公司实际更会采用催化反应和布袋除尘相互结合的方式，为的就是借助特殊的工艺附着在过滤膜上，最终让二噁英在第一时间被分解。第三，高能电子束实际是应用非常广泛的技术，主要借助电子束来直接分解二噁英。但是因为内部反应器非常不稳定，所以会在较短的时间内提升其使用的成本，但是此项技术还没有被纳入商业化的应用阶段。第四，实践中可以通过改进燃烧技术来直接控制燃烧系统。并通过在垃圾焚烧场内部设置较为先进和可靠的自动控制系统来让燃烧技术发挥更好的作用。第五，多数二噁英实际会直接吸附在飞灰上，因此专业人员需要借助专业的容器来直接收集飞灰，并在采用合适的技术来进行无害化处理。如果有条件也可以针对这些飞灰来进行加热脱氯处理，或者在融化之后再送到安全填埋场内部，最终自然可以降低灰飞中二噁英的含量。

结语

综上所述，深入地研究二噁英的生成和排放机理，提高目前现有的二噁英污水处理工艺和技术在二噁英的脱除利用效率，探索一种控制二噁英污水生成和排放的新技术，有效地减少二噁英的排放，为今后的生活垃圾焚烧和污水发电工艺和技术的健康快速发展创造良好的条件。