垃圾焚燒二噁英非正常排放的環(huán)境影響探討
摘要:對生活垃圾焚燒項(xiàng)目二噁英非正常排放源強(qiáng)、評價(jià)思路進(jìn)行了分析。用實(shí)例分析了二噁英可能存在的非正常排放情況、產(chǎn)生的環(huán)節(jié)、排放源強(qiáng)及其影響程度和范圍。提出生活垃圾焚燒應(yīng)注重二噁英的非正常排放，并根據(jù)可能產(chǎn)生的環(huán)節(jié)、影響程度和范圍提出相應(yīng)的防范措施和運(yùn)行管理要求。
關(guān)鍵詞:垃圾焚燒 二噁英 非正常排放 環(huán)境影響
城市垃圾焚燒在發(fā)達(dá)國家相當(dāng)普遍。隨著我國城市的發(fā)展和人民生活水平的提高，妥善處理垃圾已成為當(dāng)務(wù)之急。目前，我國城市生活垃圾的處理已向資源化、無害化、減容化方向發(fā)展，F(xiàn)代垃圾焚燒發(fā)電廠可有效的控制二次污染，具有良好的環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)效益。但是，在城市生活垃圾焚燒過程中，若處理不當(dāng)，極易產(chǎn)生劇毒物質(zhì)二噁英，并隨煙氣排放到大氣環(huán)境中。二噁英類來源于一些工業(yè)過程中，譬如含氯化學(xué)品及農(nóng)藥生產(chǎn)過程，紙漿和造紙工業(yè)的氯氣漂白過程等[1]。自1977年在荷蘭阿姆斯特丹市城市生活垃圾焚燒爐排放的飛灰和煙道氣中檢出二噁英類后，普遍認(rèn)為廢物焚燒是環(huán)境二噁英類的一個(gè)主要來源[2]。
二噁英的毒性極強(qiáng)，是非常穩(wěn)定的親油性固體化合物，難以自然降解，對人體的健康危害極大。控制垃圾焚燒煙氣中的二噁英排放量已成為當(dāng)務(wù)之急。國內(nèi)外垃圾焚燒污染控制特別是噁英控制已有成熟的技術(shù)工藝，正常情況下，二噁英的排放可控制在0.1 ng-TEQ/m3以下，一般垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣通過高煙囪排放，不會對近地面環(huán)境產(chǎn)生重大影響。但對于某些非正常生產(chǎn)的情況，比如煙氣處理設(shè)施不正常運(yùn)行、點(diǎn)火閉爐等情況，生產(chǎn)控制必然受到影響，可能導(dǎo)致二噁英排放速率和濃度明顯增大，從而加重了對環(huán)境的影響。
筆者通過垃圾焚燒發(fā)電廠環(huán)境評價(jià)實(shí)例分析了非正常工況可能的二噁英排放環(huán)節(jié)及對環(huán)境的影響。由此，提出生活垃圾焚燒應(yīng)關(guān)注二噁英的非正常排放，并根據(jù)可能產(chǎn)生的環(huán)節(jié)和影響程度、范圍提出防范和規(guī)劃控制等運(yùn)行和管理方面的要求。
1 實(shí)例簡介
例舉的評價(jià)實(shí)例情況如下：X垃圾焚燒廠采用機(jī)械爐排爐工藝，建設(shè)兩條生產(chǎn)線（單條焚燒能力300 t/d），燃燒過程采用“3T”控制法，焚燒煙氣處理采用半干式反應(yīng)塔+活性炭吸附+袋式除塵器工藝，即煙氣進(jìn)入煙氣凈化裝置后，利用高效霧化器將石灰粉末從塔底和塔頂噴入干吸收塔中，尾氣與噴入的粉末以同向流或逆向流方式充分接觸并產(chǎn)生中和反應(yīng)，主要作用是脫酸中和，再通過噴入活性炭吸附二噁英類和重金屬類物質(zhì)，然后進(jìn)入袋式除塵器，廢氣通過濾袋時(shí)粒狀污染物附在濾層上，再以脈動沖洗方式清除，可將煙氣中細(xì)灰塵粒、中和劑及脫酸反應(yīng)產(chǎn)物顆粒、吸附有二噁英類和重金屬的活性炭顆粒等捕捉下來，煙氣最終經(jīng)高煙囪排入大氣。
2 X垃圾焚燒廠二噁英非正常排放的環(huán)境影響分析
2.1 二噁英非正常排放源強(qiáng)估算
分析該工程二噁英非正常排放可能發(fā)生的環(huán)節(jié)為：廢氣治理設(shè)施（活性炭噴射裝置及布袋除塵）不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)；焚燒爐啟動或停爐；其他生產(chǎn)控制不利，如生活垃圾熱值過低焚燒爐不能正常運(yùn)行未采取有效的輔助燃燒措施。
2.1.1 廢氣治理設(shè)施故障導(dǎo)致二噁英非正常排放
據(jù)國外相關(guān)資料，在正常工況下（CO為50 mg/Nm3),鍋爐出口二噁英產(chǎn)生濃度為3 ng-TEQ/Nm3；根據(jù)對長青環(huán)保能源中山有限公司垃圾焚燒爐監(jiān)測結(jié)果：布袋除塵前二噁英濃度為1.674～4.956（平均3.315） ng-TEQ/Nm3，布袋除塵后二噁英濃度為0.030～0.066（平均0.049）ng-TEQ/Nm3，可見該設(shè)施對二噁英去除效率達(dá)到98.5％以上。一般認(rèn)為，生活垃圾焚燒產(chǎn)生二噁英類物質(zhì)的濃度在2～10 ng-TEQ/Nm3。綜合考慮該工程工藝技術(shù)控制水平二噁英排放濃度可控制在0.1 ng-TEQ/Nm3，推斷二噁英產(chǎn)生濃度不超過6.67 ng-TEQ/Nm3，產(chǎn)生量約6.67×105 ng-TEQ/h。
由于多種原因，活性炭不噴或風(fēng)機(jī)損壞，需更換備件或啟用備用風(fēng)機(jī)，一般在30 min左右，最長不超過1 h。此種情況一年最多1～2次。正常情況下，布袋可在停爐檢修時(shí)按使用周期成批更換。運(yùn)行中布袋泄漏，在線監(jiān)測儀可立即發(fā)現(xiàn)。該工程布袋除塵器有多個(gè)獨(dú)立倉位，可逐一隔離檢查更換，對塵粒處理仍然有效，此種情況一年不超過2次。因此，在當(dāng)活性炭和布袋除塵均發(fā)生故障時(shí)，對吸附在顆粒物上的二噁英處理仍有效。
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果,在布袋除塵器內(nèi)添加活性炭時(shí)，焚燒飛灰中二噁英類的總濃度從未加活性炭時(shí)的254 ng/g增加到460 ng/g[3]，這主要是由于活性炭粉末被布袋除塵器收集進(jìn)入飛灰，導(dǎo)致焚燒飛灰中二噁英類含量增加；使用活性炭粉末時(shí)，焚燒排放尾氣中的二噁英類濃度比未加活性炭時(shí)降低54％。從上述研究結(jié)果分析，即無活性炭噴射，吸附在飛灰上的二噁英，吸附量相當(dāng)于有活性炭時(shí)候的55％，由此分析二噁英處理效果可達(dá)到45％左右。
新民熱電有限公司的垃圾焚燒處理系統(tǒng)與筆者例舉工程相似，為半干法+活性炭噴射+布袋除塵，由中國科學(xué)院水生生物二噁英檢測室對其凈化后的尾氣進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果為：灰中二噁英為0.004 82 ng-TEQ/m3(本文煙氣量均指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值)，氣相中二噁英為0.000 23 ng-TEQ/m3[4]。按此推算，有活性炭噴射時(shí)，吸附在飛灰中的二噁英的比例為95％左右，若無活性炭噴射，二噁英部分也吸附在飛灰上，按吸附量為有活性炭時(shí)候的55％測算，則當(dāng)活性炭噴射故障時(shí)，吸附在飛灰上的二噁英為總二噁英量的50％，X工程布袋除塵的除塵效率可達(dá)到99.8％以上，因此，吸附在飛灰上的二噁英基本可以全部去除。根據(jù)監(jiān)測統(tǒng)計(jì)，如布袋除塵器發(fā)生泄漏時(shí)，煙塵的最高濃度會增加為正常情況的3倍左右，因此，此時(shí)除塵效率仍可達(dá)到99.4％，即對二噁英的處理效率仍可達(dá)到50％左右，這與上述分析結(jié)果是基本一致的。由此估算，如發(fā)生布袋除塵和活性炭噴射同時(shí)故障，預(yù)計(jì)對二噁英的處理效率可達(dá)到45％以上。
當(dāng)考慮最不利情況，即煙氣凈化設(shè)施活性炭及布袋除塵同時(shí)出現(xiàn)故障，二噁英排放量最大，去除效率45％，即排放濃度3.67 ng-TEQ/m3，排放量為3.67×105 ng-TEQ/h。
2.1.2 焚燒爐啟動和停爐
在焚燒爐啟動(升溫)過程中，焚燒爐從冷狀態(tài)到煙氣處理系統(tǒng)正常運(yùn)行的升溫過程耗時(shí)約2～4 h(升溫)。從理論上說，煙氣在850 ℃停留時(shí)間達(dá)到2 s的情況下，基本不會產(chǎn)生二噁英。而在焚燒爐啟動(升溫)、關(guān)閉(熄火)過程中，如爐溫不夠情況下會產(chǎn)生二噁英類物質(zhì)。
在點(diǎn)火（閉爐），會啟動輔助燃燒系統(tǒng)，但若采取措施不到位，這時(shí)垃圾焚燒過程中二噁英類產(chǎn)生量將明顯高于正常工況。據(jù)有關(guān)資料，英國對6家公司垃圾焚燒爐啟動時(shí)非正常工況進(jìn)行了測試，焚燒爐啟動時(shí)二噁英類在焚燒爐出口濃度比正常時(shí)高2～3倍。按此推算，假定X工程未采取噴油輔助燃燒措施，此時(shí)二噁英類產(chǎn)生濃度可能達(dá)到20 ng-TEQ/Nm3，通過煙氣處理后，大部分二噁英類可去除，排放濃度不超過1.0 ng-TEQ/Nm3？紤]極端不利情況，如果此時(shí)活性炭吸附和煙氣凈化袋式過濾裝置均不能正常投入工作，則煙囪出口二噁英最大排放濃度可達(dá)到11 ng-TEQ/Nm3。此時(shí)，廢氣量低于正常工況，二噁英的排放量為550 000 ng-TEQ/h，持續(xù)時(shí)間不超過1 h。
2.1.3 焚燒爐不能正常運(yùn)行情況
由于其他生產(chǎn)控制不利原因?qū)е吕贌隣t不能正常運(yùn)行，主要可能為垃圾熱值過低導(dǎo)致爐溫不能滿足要求而又未及時(shí)采取噴油輔助燃燒措施，這時(shí)垃圾焚燒過程中產(chǎn)生二噁英類同停爐工況相似，此時(shí)二噁英類產(chǎn)生濃度可能達(dá)到20 ng-TEQ/Nm3，通過煙氣處理后，大部分二噁英類可去除，排放濃度不超過1.0 ng-TEQ/Nm3，持續(xù)時(shí)間不超過1 h，排放量為100 000 ng-TEQ/h。如果活性炭噴射及布袋除塵均不能正常投入工作，二噁英類最大排放量可達(dá)到1 100 000 ng-TEQ/h。
應(yīng)該特別指出的是：這類事故發(fā)生狀態(tài)是生產(chǎn)控制不利，爐溫過低，煙氣CO含量過高，而同時(shí)活性炭吸附和煙氣凈化袋式過濾裝置均不能正常投入工作，這種概率是很低的。
2.2 二噁英非正常排放環(huán)境影響預(yù)測結(jié)果
按照評價(jià)導(dǎo)則推薦的模型進(jìn)行環(huán)境空氣影響預(yù)測評價(jià)，考慮非正常工況一般持續(xù)時(shí)間不長，預(yù)測僅考慮進(jìn)行小時(shí)平均濃度計(jì)算。二噁英類日均濃度參照日本環(huán)境廳標(biāo)準(zhǔn)0.6 pg-TEQ/m3，小時(shí)濃度標(biāo)準(zhǔn)若按照《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則——大氣環(huán)境》一次取樣、日均1︰0.33比例換算，二噁英類小時(shí)平均濃度標(biāo)準(zhǔn)參考值取1.8 pg-TEQ/m3。
預(yù)測氣象條件選擇了平均風(fēng)速、小風(fēng)0.5 m/s，穩(wěn)定度為A~F（C類不考慮小風(fēng)）組合條件。
2.2.1 廢氣治理設(shè)施故障導(dǎo)致二噁英非正常排放
預(yù)測廢氣治理設(shè)施不能正常運(yùn)行時(shí)二噁英非正常排放的環(huán)境影響，結(jié)果表明二噁英最大落地濃度為0.622 5 pg-TEQ/m3，低于評價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)限值。
2.2.2 點(diǎn)火（停爐）時(shí)二噁英類非正常排放影響預(yù)測
考慮點(diǎn)火（停爐）時(shí)二噁英類非正常排放，在廢氣處理設(shè)施可正常運(yùn)行時(shí)，可明顯減少二噁英的排放，這種情況二噁英類最大落地濃度為0.284 8 pg-TEQ/m3，占評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值的15.8％，未出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。
當(dāng)考慮極端不利情況，點(diǎn)火（停爐）時(shí)，廢氣處理設(shè)施不能正常投入工作，預(yù)測結(jié)果見表1。由表1可見，在此類非正常情況下，二噁英類最大落地濃度出現(xiàn)超標(biāo),超標(biāo)范圍在排放源下風(fēng)向150 m范圍內(nèi)。
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表1 不同天氣條件下二噁英小時(shí)平均最大濃度值 (pg-TEQ/m3)
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2.2.3 焚燒爐由于其他生產(chǎn)控制不利不能正常運(yùn)行情況
本工程由于其他生產(chǎn)控制不利原因?qū)е吕贌隣t不能正常運(yùn)行，主要可能為垃圾熱值過低導(dǎo)致爐溫不能滿足要求而又未及時(shí)采取噴油輔助燃燒措施，此時(shí)二噁英類產(chǎn)生濃度可能達(dá)到20 ng-TEQ/Nm3，通過煙氣處理后，大部分二噁英類可去除，排放濃度不超過1.0 ng-TEQ/Nm3。預(yù)測此時(shí)二噁英二噁英小時(shí)平均最大濃度為0.169 7 pg-TEQ/m3，低于評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值。
當(dāng)考慮極端不利情況，即此時(shí)廢氣處理設(shè)施不能正常投入工作，二噁英的排放濃度將達(dá)到11 ng-TEQ/Nm3，預(yù)測結(jié)果見表2。由表2可見，在此類非正常情況下，二噁英類最大落地濃度為1.8 666 pg-TEQ/m3，下風(fēng)向預(yù)測濃度出現(xiàn)超標(biāo),超標(biāo)范圍在排放源下風(fēng)向100 m范圍內(nèi)。
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表2 不同天氣條件下二噁英小時(shí)平均最大濃度值 (pg-TEQ/m3)
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可見，當(dāng)點(diǎn)火（停爐）或其他生產(chǎn)控制不利情況，同時(shí)出現(xiàn)廢氣處理裝置不運(yùn)行時(shí)，二噁英非正常排放將導(dǎo)致下風(fēng)向污染物濃度可能出現(xiàn)超標(biāo)，超標(biāo)現(xiàn)象發(fā)生在出現(xiàn)小風(fēng)條件下，最大可能超標(biāo)范圍在距離煙囪150 m范圍內(nèi)。
3 X垃圾焚燒廠非正常工況建議防范措施及控制要求
3.1 運(yùn)營防范措施
為盡可能減輕非正常工況時(shí)可能帶來的不利影響，提出如下措施和要求：
（1）加強(qiáng)管理，提高工作人員技術(shù)水平，按技術(shù)規(guī)范操作；污染治理設(shè)施要定期維護(hù)、維修和保養(yǎng)，確保廢氣治理設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
（2）當(dāng)點(diǎn)火、閉爐時(shí)，通過噴入柴油助燃等方式提高溫度，延長輔助燃燒時(shí)間。點(diǎn)火時(shí)應(yīng)先噴油達(dá)到正常爐溫，閉爐時(shí)延長噴油時(shí)間，使?fàn)t內(nèi)殘余垃圾充分燃盡再停止噴油，減少二噁英的生成。
（3）在其他生產(chǎn)控制不利，如垃圾熱值過低不能達(dá)到正常爐溫時(shí)，也應(yīng)該立即啟動輔助燃燒設(shè)施，確保爐內(nèi)達(dá)到正常溫度和燃燒時(shí)間。
3.2 管理建議要求
（1）在極端不利的非正常工況情況，二噁英可能的超標(biāo)距離為工程煙囪周邊150 m范圍，建議工程煙囪周邊150 m范圍規(guī)劃控制距離，考慮這一范圍在本工程要求設(shè)定的衛(wèi)生防護(hù)距離內(nèi)，因此建議本工程要求設(shè)定的衛(wèi)生防護(hù)距離為規(guī)劃控制距離，當(dāng)?shù)匾?guī)劃管理部門應(yīng)禁止在該范圍內(nèi)新建民宅、學(xué)校、醫(yī)院等環(huán)境敏感目標(biāo)。
（2）要求規(guī)劃控制距離內(nèi)居民在該工程投運(yùn)前全部拆遷。
（3）鑒于工程規(guī)劃控制距離內(nèi)北側(cè)尚有居住用地，建議將這部分居住用地調(diào)整為工業(yè)或建設(shè)用地。
4 結(jié) 語
由于垃圾焚燒非正常工況可能導(dǎo)致二噁英排放量顯著增大，從而對局部環(huán)境產(chǎn)生很不利影響，因此，在對垃圾焚燒廠環(huán)境影響評價(jià)過程中應(yīng)特別注重二噁英非正常排放帶來的影響，并根據(jù)項(xiàng)目本身特點(diǎn)和影響情況，提出項(xiàng)目運(yùn)營后應(yīng)采取的防范措施和環(huán)境管理要求。
參考文獻(xiàn)
[1] HUTZINGER O，F(xiàn)IEDLER H．Sources and Emissions of PCDD/PCDF[J]. Chemnsphere,1989，18(1/6)：23-32．
[2] SCHATOWITZ B．Dioxin emissions from wood combustion[J]. Chemnsphere,1994，29(11)：2005-2013．
[3] 金宜英,田洪海,聶永豐,等.3個(gè)城市生活垃圾焚燒爐飛灰中二噁英類分析[J].環(huán)境科學(xué),2003,24(3)：21-25.
[4] 魯鋼.垃圾焚燒煙氣中二噁英零排放技術(shù)實(shí)踐[J].電力環(huán)境保護(hù),2005, 21(3)：39-40.
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