垃圾焚烧污染物的形成机理及控制研究

2022-11-06焦世娟

山西化工 2022年7期

焦世娟

（山西省运城市生态环境保护综合行政执法队，山西运城 044000）

引言

城市垃圾处理主要目的是为了减少垃圾空间污染，如何对城市垃圾进行无害化处理、资源化处理，贯彻落实可持续发展需求是城市垃圾治理需要注意的问题。焚烧是城市垃圾处理的一种方式，应用广泛，操作简单，符合城市垃圾减容需求，将其转化为热能，可实现对资源的二次利用。但垃圾在焚烧过程中没有实现无害化处理，导致焚烧造成了二次污染。

1 垃圾焚烧过程中产生的污染物质及其形成机理

1.1 酸性气体

焚烧产生酸性气体如果排放到空气中会对环境造成极其严重的污染。酸性气体可溶性比较强，可溶于水中，漂浮在空气中的气体与雨水融合后会形成酸雨，具有一定的腐蚀性。垃圾中含有聚乙烯、聚丙烯等物质，经过焚烧后部分物质在高温下发生反应，生成酸性气体。将焚烧垃圾所产生的烟气搜集到实验瓶中，经过实验后发现，垃圾焚烧物的烟气包括硫氧化物、氮氧化物等，其中还包括HF 以及HCl 等，均会对生态环境造成破坏，加剧环境污染，其中产生最多的酸性气体为SO2。该类物质的产生受垃圾性质影响，如果垃圾中存在含氮化合物以及含硫化合物，在高温环境下与氧气发生反应，实现分子之间的运动组合，经过分解、催化后形成具有酸性氧化物。例如，皮革类垃圾、橡胶类垃圾以及聚乙烯类塑料垃圾等，其反应机理如式（1）所示：

HCl 物质对生态环境的破坏尤其严重，HCl 气体在与水融合之后会产生盐酸，具有一定的腐蚀性，人吸入或者长时间生活在HCl 气体较多的环境中，会皮肤溃烂，声道黏膜被侵害，甚至会死亡。对于植物而言，HCl 物质会使得植物坏死。因此，相关人员需要加强对酸性气体的处理，实现对污染物的科学控制[1]。

1.2 微量有机化合物

微量有机化合物含量比较少，但其比较难降解，环境中的微量有机化合物会影响生物的正常生长。常见的有机化合物污染包括多环芳径物质、多氯联苯物质等，会严重污染生态水域。垃圾焚烧所产生的微量有机化合物多为人工合成，其中包括氯苯类物质以及酚类物质等，具有一定的致变突活性。对微量有机化合物的生成原理进行分析，垃圾中的含氯物质以及碳水化合物物质，在高温环境下产生触媒反应，生成相应的微量有机化合物。国际环境组织提出，垃圾焚烧会产生大量的二噁英物质，由于垃圾燃烧所产生的二噁英物质占据总体排放量的30%左右。对其合成路径进行分析，垃圾中的含氯化合物高温下分解，产生游离基物质以及大量的二噁英生成物，高温环境会加剧分子运动，推动自由基的快速缩合，最终产生了二噁英。锅炉内的垃圾燃烧不充分也会导致微量有机化合物生成，锅炉中的残留碳物质与过渡金属发生触媒，在高温环境下也会生成二噁英物质[2]。

微量有机化合物分子比较稳定，不溶于水，具有一定的毒性。其漂浮在水域中，人体食用后会堆积到脂肪中，严重时可以导致细胞癌变，影响人体的免疫功能。我国颁布相关文件规定焚烧排放二噁英物质标准为0.1 ng/m3[3]。

1.3 重金属

重金属污染是指金属物质以及金属化合物进入到环境或者人体中，导致金属含量超标，影响生态环境以及人体健康。目前，常见的重金属污染包括铅污染、镉污染、汞污染等，人体内的重金属含量增加，会导致白血病、贫血以及内脏损伤等相关疾病。城市垃圾焚烧所产生的烟气中含有大量的重金属化合物，由于垃圾中含有大量的金属氧化物以及盐类物质，经过高温分解后会附着在烟气中，如果不对其进行处理、控制，则会严重影响生态环境以及人体健康。可能产生重金属的垃圾包括灯管、油墨、电池、油漆等，焚烧无法改变重金属的性质，但在高温下重金属分子会发生转移，进入到空气之中[4]。

高温环境会使得重金属分子软化，使其以挥发状态附着在空气的烟气之中，在远离高温环境后，重金属分子会发生冷凝反应，逐渐形成颗粒状物质。该颗粒会附着在水源、食物、人体中，可以与水融合。重金属无法被有机分解，但在生物体内会逐渐形成毒性较强的化合物质，可以导致人体器官发生病变。目前。垃圾焚烧所产生的重金属污染物大都附着在垃圾燃烧后的灰烬之中，如果不科学地处置燃烧后的灰烬，将其运输至环境之中，也会造成生态环境破坏。

1.4 烟尘

烟尘是垃圾污染物燃烧所产生的烟气中的附着颗粒物，高温环境下垃圾出现氧化、升华、蒸发反应，颗粒物会随着烟气悬浮在空气中，在冷凝之后转化为固体微颗粒。碳燃烧也会产生大量的烟尘，其主要成分包括二氧化硅、氧化铁以及氧化钙等物质。由于烟尘会影响空气质量，人体吸入之后会影响人体健康，国际卫生组织将其定义为颗粒状的污染物。烟尘中还包括重金属颗粒物，同样会附着在烟气之中。对其形成原理进行分析，由于垃圾燃烧会形成相应的黑烟，在不完全燃烧情况下黑烟的数量会持续增多，黑烟中附着的大量碳粒子以固定颗粒物的形态，人吸入后会影响人体的身体健康。

2 垃圾焚烧污染物的控制措施

2.1 垃圾收集处理

垃圾的收集处理是基础工作，也是垃圾堆放燃烧的前提条件。通过对垃圾的科学收集以及规范处理，可以减少燃烧过程中的污染物排放，为垃圾燃烧污染控制奠定良好的基础。垃圾的收集处理应摒弃传统垃圾收集的弊端，传统垃圾收集将所有垃圾堆放到一起，通过垃圾车的运输将垃圾运至垃圾处理场，统一对其进行燃烧、填埋，该处理模式导致燃烧过程中的污染物增加，污染物含量更加复杂。本文从垃圾焚烧污染物控制角度探讨垃圾收集处理原则，具体内容如下：

首先，应对垃圾进行规范化处理，按照《生活垃圾焚烧污染控制标准》文件内容执行标准，确保垃圾收集、处理过程的规范化、系统化、体系化，减少可能导致垃圾焚烧污染的情况[5]。

其次，垃圾处理人员需要对城市垃圾进行分类处理，可以将垃圾分为生活垃圾、工业垃圾等，并按照其是否可以回收的性质将其分为可回收垃圾以及不可回收垃圾。垃圾分类收集是控制焚烧污染物的基础，不同的垃圾采取不同的处理方式。

最后，环境治理部门应根据城市产生的垃圾进行细分，建立系统化、标准化的垃圾处理工作体系，对垃圾处理方式、处理手段、处理效果进行明确。各项工作严格按照体系指标开展进行，创造良好的垃圾收集与焚烧处理环境，提高垃圾处理人员工作积极性，贯彻落实生态处理理念。因此，从源头控制垃圾焚烧污染物是重点工作，相关部门必须高度重视垃圾的收集以及处理，制定系统化的垃圾处理规范，完善垃圾焚烧管理体系，实现对焚烧垃圾的科学分类，贯彻落实可持续发展战略目标。

2.2 控制烟气污染

烟气污染是指垃圾在焚烧过程中所产生的烟气中含有大量碳粒子以及重金属颗粒物的污染，对其污染形成原理进行分析，如果燃烧条件较好，使得垃圾可以充分燃烧，便可以减少污染物的产生。针对由于不充分燃烧导致烟气中含有污染物问题，可以通过控制燃烧条件的方法实现对污染物的科学控制，具体可以分为以下几种：

首先，科学的焚烧炉炉膛以及炉排控制可以减少垃圾焚烧过程中的烟气污染问题。垃圾不充分燃烧会产生大量的黑烟、浓烟，对环境造成一定程度影响。通过更高焚烧炉结构，使得垃圾充分燃烧，可以达到控制污染物的目的。衡量烟气污染指标的条件是烟气中的一氧化碳浓度，通过一氧化碳的浓度指标分析，可以了解到垃圾焚烧的温度条件。一氧化碳浓度越低，垃圾燃烧越充分，污染物越少。我国规定垃圾焚烧烟气中一氧化碳浓度应在60 mg/m3以下。

其次，温度控制也是垃圾燃烧的条件之一，将焚烧炉出口温度控制在850 ℃以上，确保烟气在焚烧炉内的停留时间达到2 s 以上，可以实现对垃圾的充分燃烧。垃圾焚烧过程中需要合理控制燃烧时间、燃烧温度以及通风量等各种参数，确保燃烧过程中的氧气浓度可以支撑垃圾的充分燃烧，明确垃圾注入的位置。

最后，高温氧化是烟气污染物形成的条件之一，烟气中的金属附着物以及二噁英物质，在高温条件下产生，为保障垃圾在炉内充分燃烧，合理控制温度条件以及生产条件，可以应用脱硝装置实现对污染物的控制。

2.3 烟气净化处理

烟气净化系统是控制垃圾焚烧污染物的技术，通过净化装置可以将污染物浓度控制在合理的范围之内，在焚烧过程中实现对污染物的控制，对垃圾焚烧所产生的污染物进行分类，采取不同的净化处理手段，如果为酸性气体则采用脱酸手段进行处理，如果为颗粒物则应用除尘手段进行处理，具体处理工艺如下。

2.3.1 除尘

除尘器装置的应用具有一定的除尘效果，我国规定垃圾焚烧污染物处理必须安设相应的除尘装置，可以实现对焚烧粉尘污染物以及重金属污染物的收集与处理。通过在除尘装置上安装相应的活性炭装置，可以实现对有机物污染物的吸附。比较常用的是袋式除尘装置，其具备过滤装置，可以实现对焚烧污染物的过滤，去除烟气中的颗粒物以及二噁英化合物。

2.3.2 颗粒物去除

烟气净化系统可以实现对重金属污染物以及二噁英类污染物的处理。垃圾在燃烧过程中会产生大量的烟尘以及飞灰，二噁英物质就附着在上面部分重金属物质会停留在碳灰中。为实现对上述两种污染物的处理，可以应用烟气净化装置，控制烟气在系统中的停留时间，控制除尘器的出口温度，辅助应用混粉器装置安设活性炭实现对污染物的科学吸附，最后应用布袋除尘器对其进行收集处理。

2.3.3 酸性气体处理

针对垃圾焚烧过程中产生的酸性气体，烟气净化系统也可以实现对酸性气体的反应，实现对酸性气体的中和。酸性气体中的氯化氢、硫化物等可以应用碱性物质进行处理，将产生的酸气排放至反应容器内，在密闭的空间内注入碱性物质，使其发生酸碱中和反应。目前，可以应用的方法大致有三种，其中包括湿法中和、干法中和以及半干法中和，将酸性气体中和成中性物质。不同的方法具有明显的优点以及缺点，湿法的中和反应效率最高，但由于反应期间掺杂了大量的水分，会产生相应的污水，需要对污水进行处理。干法虽然不会造成二次污染，但中和反应效率较慢，无法完全实现对酸性气体的处理。因此，可以应用效率较高，无二次污染的半干法实现酸性气体与碱性气体的中和。应用干半干法实现对垃圾焚烧酸性污染的控制，需要注意中和反应期间的半干处理问题，避免反应后的固体物质黏附在装置内。

2.4 脱硝高效处理

脱硝主要应用接触还原反应实现对垃圾焚烧污染物的处理以及控制。脱硝技术的应用主要针对垃圾焚烧污染物中的氮氧化物，利用氨水与烟气中的氮氧化物发生还原反应，将其还原成对环境无污染的氮气以及水。经过脱硝高效处理后，可以减少垃圾焚烧污染物中90%以上的氮氧化物。

2.5 灰渣科学处理

垃圾在焚烧炉内燃烧所产生的灰渣中含有大量的污染物，如果将其直接运输到自然环境中，会严重破坏生态环境。如何对灰渣进行有效处理是垃圾处理人员需要着重考虑的内容，灰渣中含有重金属污染物，可以实现对该类污染物的回收处理。

应用净化装置提取的灰渣应对其进行保存处理，将其列为风险废品类中。将净化过程中所产生的灰渣储存在暂存间中，在灰渣内部添加相应的螯合剂使其固化，达到一定数量标准后将其运输至外面进行填埋处理。目前，也有很多垃圾焚烧厂贯彻落实可持续发展观念，建立了灰渣分拣工程，待燃烧完全之后对灰渣进行多级分拣，将重金属物质取出，实现对金属物质的二次利用。该方法对金属颗粒物分拣技术的要求比较高，需要应用相应的设备对灰渣进行处理，但具有一定的经济效益，且减少了灰渣的后续处理，分拣后的重金属物质可以在道路施工、建材加工中发挥一定的作用。