中国先进生活垃圾焚烧系统全流程二噁英的分配与平衡

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研究背景

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研究方法

    为了揭示二噁英在中国执行超低排放标准的超大城市生活垃圾焚烧厂的“归宿”，选取深圳某生活垃圾焚烧厂一台400 t/d的焚烧炉进行了采样分析（图2）。采用了3种方法测算了二噁英的质量平衡，其中包括被以往研究忽视的样品，如浸滤液、水平烟道落灰、原生烟气，以及烟气净化装置使用的氨水、活性炭、石灰等。

图2 工艺流程和采样点位布设

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03

主要研究结果

• 原生垃圾和入炉垃圾中的

  二噁英同系物特征

    原生垃圾中本来就含有一定量的二噁英，德国、日本、西班牙和中国广州均有报道。不过，原生垃圾在垃圾储坑内的发酵过程存在微生物作用，该过程是否会改变二噁英的同系物特征却尚未得到关注。本研究发现，原生垃圾和入炉垃圾中的二噁英同系物确实存在差异（图3），原生垃圾和入炉垃圾中高氯代和低氯代同系物对总质量浓度和毒性当量浓度的贡献均有所差异。具体表现为：原生垃圾中低氯代和高氯代PCDFs同系物对PCDFs的贡献分别为36.9%和63.1%，低氯代和高氯代PCDDs同系物对PCDDs的贡献分别为46.0%和54.0%。入炉垃圾中低氯代和高氯代PCDFs同系物对PCDFs的贡献分别为47.1%和52.9%。然而，入炉垃圾中低氯代PCDDs同系物对PCDDs的贡献（51.9%）大于高氯代PCDDs的贡献（48.1%）。因此，垃圾储坑内原生垃圾发酵过程可能改变了二噁英的同系物特征，并在一定程度上降低了二噁英TEQs。原生/入炉垃圾和渗滤液中二噁英同系物特征的差异为研究垃圾储坑内微生物作用对二噁英的变化提供了新视角。

图3 原生垃圾和入炉垃圾中二噁英同系物特征（注：本研究仅涉及17种2,3,7,8位同时被氯原子取代的具有生理毒性的二噁英同系物）

• 渗滤液中的二噁英

    本研究渗滤液中的二噁英TEQ约为37.52 pg I-TEQ/L，该水平明显高于已报道的好氧堆肥和垃圾填埋场渗滤液中的二噁英浓度。由于无法获取不同生活垃圾组分中的二噁英含量，因此无法确定哪种组分对渗滤液中的二噁英贡献最大。但可以总结为如下几个因素，（1）不同地区的生活垃圾组分差异较大，且不同地区的工业化程度不同，进而导致渗滤液中的二噁英浓度存在较大变化。（2）二噁英浓度较高的非生活组分混入其他垃圾中。（3）在取样过程中，渗滤液料仓中不同位置的二噁英浓度存在差异。（4）我国现代化生活垃圾焚烧厂一般都配备污水处理厂，渗滤液能做到“日产日消”，而堆肥和填埋的周期都比垃圾焚烧厂渗滤液的储存时间长。

图4 渗滤液中二噁英同系物特征

• 底灰和飞灰中的

  二噁英

    底灰中的二噁英TEQ约为2.05 ng I-TEQ/kg（图4），典型同系物为2,3,4,7,8-PeCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、2,3,7,8-TCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF和1,2,3,6,7,8-HxCDF，上述5类同系物合计约占2,3,7,8-PCDD/Fs的71.0%。与此前研究相比，本研究底灰中的二噁英TEQ相对较低。这表明该炉排炉的运行工况稳定，焚烧完全。布袋飞灰中的二噁英TEQ约为64.78 ng I-TEQ/kg（图4）。根据日常监测，该条生产线的飞灰二噁英TEQs在30‒500 ng I-TEQ/kg的范围内波动。本次研究的飞灰二噁英浓度低于以前日本、韩国、瑞典，以及中国东北、西南和东南地区的报道。这主要与入炉垃圾的组分以及焚烧工况有关，因为本研究原生烟气中的二噁英浓度（0.23 ng I-TEQ/Nm3）比已报道的二噁英浓度都要低。

• 二噁英质量平衡

根据以进厂垃圾为输入端样品，飞灰、底灰和烟囱烟气为输出端样品的质量平衡常规方法，该条线存在0.88 μg I-TEQ/t MSW的二噁英正平衡。在方法II中，由于考虑了渗滤液、氨水、熟石灰和活性炭中的二噁英，发现了更高的二噁英正平衡（0.89 μg I-TEQ/t MSW），二噁英在飞灰、底灰、烟囱烟气和渗滤液中的分布分别为生活垃圾中的149.0%、41.8%、1.6%和0.6%。对于焚烧炉系统（方法III），二噁英存在0.85 μg I-TEQ/t MSW的正平衡，这表明其他2种方法可能存在二噁英的“记忆效应”，当烟气中二噁英浓度较低时，管道内壁可能会释放二噁英。

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04

总结