垃圾焚燒的二惡英控制技術(shù)（II）

        垃圾焚燒產(chǎn)生二惡英的主要機(jī)制有兩種：前驅(qū)物合成和從頭合成。前驅(qū)體合成是通過不同的前驅(qū)體物質(zhì)，如氯苯和氯酚等生成二惡英。前驅(qū)體物質(zhì)可以通過不完全燃燒，或者飛灰表面異相催化反應(yīng)生成。從頭合成機(jī)制是在低溫下利用大分子碳和飛灰上的氯形成二惡英。由于焚燒過程中二惡英形成的反應(yīng)過于復(fù)雜，目前還沒有得出這兩種機(jī)制的詳細(xì)的反應(yīng)機(jī)理。

　　垃圾焚燒過程中二惡英的污染控制技術(shù)主要包括燃燒中控制和燃燒后煙氣污染控制兩種。燃燒中控制主要是在過程中控制二惡英的產(chǎn)生，而燃燒后控制主要是在末端對(duì)燃燒過程中二惡英污染物進(jìn)行進(jìn)一步的脫除處理，以減少二惡英的排放量。

　　1焚燒后煙氣中二惡英的控制技術(shù)

　　1.1洗滌器結(jié)合袋式過濾器或靜電除塵器

　　洗滌器與靜電除塵器或者袋式過濾器對(duì)PCDD/F的聯(lián)合脫除效果要優(yōu)于單獨(dú)使用時(shí)的效果。例如，A公司使用了包括一個(gè)散熱器，一個(gè)洗滌器和一個(gè)濕式靜電除塵器的聯(lián)合氣體清潔系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了90-92%的二惡英移除效率，并同時(shí)有效的移除了NOx，SOx，HCl和灰塵。H公司比較了濕式、干式和半干式系統(tǒng)對(duì)PCDD/F的脫除效率，結(jié)果顯示半干式和干式系統(tǒng)的效果優(yōu)于濕式系統(tǒng)，而半干式和干式系統(tǒng)的PCDD/F移除效率接近，為90-97%。

　　然而，近幾年研究者們發(fā)現(xiàn)濕式洗滌器會(huì)導(dǎo)致PCDD/F量的增加，使得濕式洗滌器變成了一個(gè)潛在的污染源。排放氣體和洗滌器中的塑料填充材料之間進(jìn)行的PCDD/F的吸附和脫附被認(rèn)為是濕式洗滌器中PCDD/F濃度加強(qiáng)的主要原因，這一現(xiàn)象被稱為“記憶效應(yīng)”。目前通常在濕式洗滌器中添加活性炭粉末，或者通過對(duì)濕式洗滌器的改進(jìn)，例如增加內(nèi)部循環(huán)水體積，減少冷卻和吸收塔底部的儲(chǔ)存部分，可以濕式洗滌器對(duì)PCDD/F的記憶效應(yīng)達(dá)到最小化。

　　最近，L發(fā)現(xiàn)袋式過濾器對(duì)PCDD/F也具有記憶效應(yīng)，為了減少這一效應(yīng)，需要避免不穩(wěn)定的燃燒條件，合理操作設(shè)備，并定期更換老化的過濾器。

　　1.2活性炭吸附

　　活性炭吸附二惡英的過程包括兩個(gè)步驟：首先，將活性炭注射入廢氣流中；隨后，在廢氣下游安置靜電除塵器或者織物過濾器來移除使用后的活性炭和殘余的灰塵。根據(jù)活性炭添加的方法，活性炭吸附二惡英過程可以分為三種不同的類型：攜帶流，移動(dòng)床和固定床過程。在所有的過程中，廢氣中PCDD/F的移除都是通過碳的吸附完成的。

　　活性炭吸附移除PCDD/F的效率通常比較高，在一個(gè)裝配有旋風(fēng)分離器，干石灰洗滌器和織物過濾器的生活垃圾焚燒爐中注射活性炭可以在第一年將二惡英的移除效率從26.9%提高到96.6%。由于活性炭對(duì)二惡英的吸附效果良好，已經(jīng)在垃圾焚燒廠中得到了廣泛的應(yīng)用，近年來對(duì)活性炭吸附二惡英的研究多集中于對(duì)吸附現(xiàn)象和特征的研究。然而需要注意的是，活性炭吸附技術(shù)雖然安裝方便，技術(shù)簡(jiǎn)單，但仍存在一定的問題。首先活性炭需要注射在冷卻的廢氣中，以防從頭合成作用的發(fā)生。同時(shí)，這一過程中消耗了大量的活性炭，因此增加了垃圾焚燒廠的花費(fèi)。解決這一問題的方法包括使用一個(gè)包含吸附器和再生器的系統(tǒng)，兩個(gè)過濾器交替使用來減少活性炭的使用量；使用一個(gè)雙袋式過濾器系統(tǒng)等。

　　1.3催化過濾器

　　催化氧化技術(shù)直接破壞廢氣中的PCDD/F被證明是一項(xiàng)有效的技術(shù)，其可以將廢氣中PCDD/F的濃度降低至0.1ngTEQ/Nm3以下。HM和他的同事們證明了用于選擇性催化還原（SCR）NOx的基于TiO2的V2O5/WO3催化劑也可以有效的用于破壞PCDD/F，且其反應(yīng)溫度與脫除NOx反應(yīng)的溫度一致。

　　催化氧化的反應(yīng)器有不同的形態(tài)，但是如果單獨(dú)用于去除PCDD/F的話，常用的反應(yīng)器類型是催化過濾器。目前常用的催化過濾器是由W.公司生產(chǎn)的REMEDIATMD/F催化過濾系統(tǒng)。利用這一催化系統(tǒng)進(jìn)行的大量的研究結(jié)果表明，其對(duì)PCDD/F的破壞率超過98%，且證明了使用了三年后的催化劑的活性沒有降低，并預(yù)計(jì)這一系統(tǒng)可以在垃圾焚燒廠中正常工作五年。此外，C等人在臺(tái)灣的垃圾焚燒廠中使用濕式洗滌結(jié)合催化過濾系統(tǒng)可以獲得93%的PCDD/F的去除率。

　　1.4催化氧化聯(lián)合脫除NOx過程

　　上面曾經(jīng)提到，用于選擇性催化還原NOx的V2O5/WO3-TiO2催化劑也可以有效的去除PCDD/F，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳，水和HCl，且其反應(yīng)溫度與脫除NOx反應(yīng)的溫度一致。也就是說，可以在一個(gè)整體反應(yīng)器中通入氨氣，進(jìn)行PCDD/F和NOx的聯(lián)合脫除。Dvorak等人使用REMEDIATM的催化過濾器實(shí)現(xiàn)了PCDD/F和NOx的聯(lián)合脫除。然而，在進(jìn)行PCDD/F和NOx的聯(lián)合脫除時(shí)，常用的方法是將催化劑沉積在蜂窩型載體或者金屬板載體上。目前這一方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)上的成功應(yīng)用。

    除了常用的基于TiO2的催化劑，一些基于金屬的催化劑也可以進(jìn)行PCDD/F和NOx的聯(lián)合脫除。如van等人研究了基于Pt的催化劑，Pop等人總結(jié)了基于過渡金屬鈣鈦礦的催化劑，而Pad等人使用了鉻基催化劑。事實(shí)證明，這些催化劑的效果并沒有高于釩基催化劑，且目前的應(yīng)用非常有限。

　　1.5電子輻射過程

　　電子輻射過程是在廢氣中破壞二惡英的新方法。Paur等人首先證明了使用電子束降解廢氣中的氣態(tài)PCDD/F的可行性。Hirota等人報(bào)道了使用電子束輻射和熟石灰聯(lián)合去除焚燒廠廢氣中的HCl，SO2，NOx和含氯化合物。Fengler發(fā)現(xiàn)電子束使用相當(dāng)?shù)偷哪芎膶⒂卸镜暮�氯化合物分解成為無毒的有機(jī)酸，例如甲酸、乙酸和氯乙酸。

　　電子束輻射可以處理大量的廢氣，特別是當(dāng)廢氣溫度相對(duì)低的時(shí)候。同時(shí)，這一過程沒有二次污染，能耗適中，且過程簡(jiǎn)單，可以在現(xiàn)有的焚燒爐上直接安裝，因此具有良好的發(fā)展前景。Han等人使用10kGy的電子加速器時(shí)，氯苯（二惡英形成的可能的前驅(qū)體）的降解率達(dá)85%。Hirota等人在200℃下使用14kGy的電子加速器在實(shí)際的垃圾焚燒廠中獲得了超過90%的PCDD/F分解率。與袋式過濾器相比，其成本要減少接近50%。

　　1.6其他技術(shù)

　　等離子體技術(shù)最近被證明可以應(yīng)用于垃圾焚燒廠中飛灰和廢氣的處理，但其中可能會(huì)產(chǎn)生一些不利的副產(chǎn)物。一種可能的技術(shù)是將等離子體與催化法結(jié)合。與單純的SCR系統(tǒng)相比，聯(lián)合系統(tǒng)的操作溫度可以顯著減少，而且等離子體中產(chǎn)生了很多有利于二惡英消除的活性粒子，而等離子體產(chǎn)生的不利的副產(chǎn)物可以通過催化作用消除。

　　另外，由于SCR系統(tǒng)的投資和維護(hù)費(fèi)用較高，很多國家的垃圾焚燒廠中多使用SNCR系統(tǒng)。但由于SNCR系統(tǒng)需要的溫度過高（高于1123K），因此其對(duì)NOx和PCDD/F的去除效率不高，還需要尋找新的還原劑或者添加劑來降低SNCR反應(yīng)溫度。

　　2.小結(jié)

　　雖然很多垃圾焚燒廠在進(jìn)行垃圾焚燒的過程中采用了燃燒中控制技術(shù)，但由于存在后燃燒區(qū)域形成PCDD/F的機(jī)制，使得生活垃圾焚燒廠排出的未處理廢氣中仍可能包含的二惡英濃度大約為1-100ngTEQ/Nm3，而允許的二惡英排放限制通常小于1ngTEQ/Nm3。因此焚燒后的煙氣必須采用末端煙氣控制技術(shù)來限制二惡英的釋放。

　　已開發(fā)的燃燒煙氣二惡英控制技術(shù)對(duì)于二惡英的脫除有一定的效果，但不同方法存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。目前最常用的末端處理工藝是半干式洗滌器+噴射活性炭吸附+袋式除塵器工藝。但是活性炭技術(shù)僅僅將二惡英從氣態(tài)轉(zhuǎn)向固態(tài)，且大量的活性炭消耗增加了垃圾焚燒廠的花費(fèi)。此外，顆�；钚蕴靠赡軐�(dǎo)致火災(zāi)或者設(shè)備故障，需要進(jìn)行操作和維護(hù)，可能需要建立新的設(shè)備。

　　采用催化氧化的方法能徹底破壞PCDD/F，可以克服活性炭吸附法存在的各種問題，并減少了活性炭注射的環(huán)節(jié)，同時(shí)，不需要在現(xiàn)有的垃圾焚燒廠中加入新的設(shè)備和操作程序，成本較低。使用催化法在去除PCDD/F的同時(shí)，還可以聯(lián)合NOx的選擇性催化氧化。目前這一技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)上成功的應(yīng)用，但與活性炭注射技術(shù)相比，它也存在一定的局限性。例如，顆�；钚蕴靠梢砸瞥�汞，而催化過濾不能做到；活性炭在低溫下也可以有效去除PCDD/F，但是催化劑在小于160℃時(shí)就幾乎無效了；系統(tǒng)的投資和維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較高，因此需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

　　電子輻射技術(shù)、等離子體技術(shù)和SNCR是破壞二惡英的新工藝，還沒有在工業(yè)上廣泛的應(yīng)用，且需要進(jìn)行更多的研究。

    --作者單位北京大學(xué)。文章發(fā)表在《環(huán)境工程》2013年S1期 .（本網(wǎng)摘自網(wǎng)絡(luò)，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如涉及權(quán)限請(qǐng)聯(lián)系。）