垃圾焚烧烟气污染物的形成及其危害
垃圾焚烧烟气污染物以气态或固态形式存在,一般分为四类:酸性气态污染物、不完全燃烧的产物、颗粒污染物和重金属污染物。
1 酸性气体
焚烧烟气中的酸性气体主要由SOX 、NOX 、HCl 、HF 组成,均来源于相应垃圾组分的燃烧。SOX 由含硫化合物焚烧时氧化所致,大部分为SO2 。NOX 包括NO、NO2 、N2O3等,主要由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高温氧化生成。HCl 来源于垃圾中的有机氯化物和无机氯化物: (1) 含氯有机物如PVC 塑料、橡胶、皮革等高温燃烧时分解生成HCl ; (2) 大量的无机氯化物NaCl、MgCl2 等与其它物质反应也会产生HCl ,如: H2O +2NaCl + SO2 + 0. 5O2 →Na2 SO4 + 2HCl ,这是垃圾焚烧炉烟气中HCl 的主要来源。HF 由含氟塑料燃烧产生。
各类酸性气体中,以HCl 的生成量最多,危害最大。常温下,HCl 为无色气体,有刺激性气味,极易溶于水而形成盐酸。HCl 对人体的危害很大,能腐蚀皮肤和粘膜,致使声音嘶哑,鼻粘膜溃疡,眼角膜混浊,咳嗽直至咯血,严重者出现肺水肿以至死亡。对于植物,HCl 会导致叶子褪绿,进而出现变黄、棕、红至黑色的坏死现象。焚烧产生的酸性气体除污染环境外,还会对焚烧炉膛及其配套的热能回收锅炉造成过热器高温腐蚀和尾部受热面的低温腐蚀。如深圳市垃圾焚烧炉过热器曾经仅运行100 天就被HCl高温腐蚀损毁。
2 微量有机化合物
主要是垃圾中的氯、碳水化合物等在特殊温度场和特殊触媒作用下反应生成的微量有机化合物,如多环芳烃(PAHs) 、多氯联苯( PCBs) 、甲醛、二恶英( PCDD) 及呋喃(PCDF) 等。
联合国环境规划署于20 世纪末公布的报告《焚化炉与人类健康》中指出,垃圾焚烧是二恶英的最大来源。估计在全球范围内,由垃圾焚烧炉排放出的二恶英约占总排放量的10 %～40 %。垃圾本身可能含有微量成分的二恶英,但主要是焚烧过程中形成的。二恶英形成途径可以归纳为: (1) 携带着过渡金属元素和有机氯化合物的垃圾在焚烧炉内高温分解后,能够产生分子氯和氯游离基以及各种二恶英的前驱物,它们通过分子重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过程形成二恶英; (2) 由于燃烧不充分,烟气中存在过多的未燃烬物质,如残碳,并与适量的触媒物质,主要是过渡金属,特别是铜,在300～500 ℃的温度环境下,使高温燃烧中已经分解的二恶英重新生成。
二恶英、呋喃等有机化合物在常温下稳定,难溶于水,易溶于脂肪并在生物体内积累,不仅具有致癌性,还具有生殖毒性、内分泌毒性和免疫抑制作用。其中2 ,3 ,7 ,8 -四氯二苯并二恶英是目前人类发现的最毒的物质,其毒性相当于氰化钾的1000 倍以上。我国于2003 年6 月1 日起实施的《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485 - 2001) 规定二恶英的排放标准为1. 0ng - TEQPm3 。
3 重金属
垃圾焚烧烟气中的金属化合物一般由垃圾中所含的金属氧化物和盐类组成。这些金属来源于垃圾中的油漆、电池、灯管、化学溶剂、废油、油墨等,其中含有汞、镉、铅等微量有害元素。重金属在焚烧过程中不能被生成和破坏,它们将发生迁移和转化,最后几乎以相同的数量排入环境,最终通过大气、饮水、食物等渠道为人体所摄取而造成危害。
在焚烧过程中,挥发态的重金属及其化合物随着烟气离开焚烧区域后将经历冷凝过程,形成直径很小的颗粒,这些富集了有毒金属的细小颗粒会被排放到大气中,亦会一直停留在灰烬及其它残余物内。垃圾焚烧排放粉尘中所含的重金属主要存在于可吸入颗粒物中,这些粉尘可溶于水和酸中。
重金属不能被微生物分解且能在生物体内富集,或形成其它毒性更强的化合物,对人体的组织器官产生致癌、致变作用。目前随着空气污染控制技术的不断改良,除汞外焚烧炉烟气中的重金属含量已大为降低。然而,现代化焚烧炉所排放的重金属数量,仍有可能在环境和人体中累积起来。并且烟气中重金属的含量降低将意味着更多的重金属进入灰烬中,当灰烬随意被弃置时仍会造成环境污染。
4 烟尘
主要是烟气中夹带的不可燃物质及燃烧产物。垃圾中可燃组分因燃烧不完全会形成黑烟,黑烟中含有大量的碳粒子,对人体危害大的重金属主要集中于小于3μm 的颗粒物中。据资料介绍,在20 世纪70 年代中期,芝加哥地区垃圾焚烧炉排放的粉尘中含铅量达6. 9 %左右,其中粉尘粒度小于2μm 的固体铅含量大于95 %。由于一般存在于烟气的化合物,均同时包含于焚烧炉的灰烬和其它残余物内,故飞灰及底灰均需妥善处理。
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