生活垃圾焚燒爐廢氣污染物排放特征研究

陳少宏 凡傳明 潘錦 吳益陽(yáng)

（1. 中山市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院有限公司，廣東中山 528400；2. 廣東省中山生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東中山 528400）

1 引言

隨著城市生活垃圾的產(chǎn)生量逐年增多，城市生活垃圾的處理已經(jīng)成為全社會(huì)普遍關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。垃圾焚燒處理具有減量化、無(wú)害化、資源化以及節(jié)約土地資源的突出特點(diǎn)，在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛應(yīng)用，我國(guó)垃圾焚燒處理比例也在逐年提高。2014年我國(guó)擁有垃圾焚燒發(fā)電廠189 個(gè)，生活垃圾焚燒處理能力達(dá)到18 萬(wàn)t/d［1］，截至2017 年年底，我國(guó)擁有垃圾焚燒發(fā)電廠352 個(gè)，生活垃圾焚燒處理能力達(dá)到33 萬(wàn)t/d［2］，垃圾焚燒必將成為我國(guó)城市生活垃圾無(wú)害化處理的主流方式。

生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的煙氣成分較為復(fù)雜，含有顆粒物、重金屬、酸性氣體、有機(jī)物等多種成分［3］，會(huì)給環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，以至于引發(fā)了多起垃圾焚燒處理設(shè)施的“鄰避效應(yīng)”，因此，明確生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的煙氣污染物排放特征，對(duì)垃圾焚燒爐排放煙氣進(jìn)行有效的控制處理，降低垃圾焚燒的污染影響，就顯得格外重要。根據(jù)我國(guó)GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》［4］的要求，目前的研究大多針對(duì)垃圾焚燒爐排放的顆粒物、重金屬、酸性氣體，鮮有針對(duì)垃圾焚燒爐排放的揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs）的研究。本研究以中山市正在運(yùn)行的2 臺(tái)垃圾焚燒爐廢氣排放的顆粒物、重金屬、酸性氣體、VOCs 為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采樣和實(shí)驗(yàn)室分析相結(jié)合的方法，明確垃圾焚燒爐煙氣污染物排放特征，為垃圾焚燒污染的排放控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)

2.1 垃圾焚燒爐運(yùn)行工況

選擇中山市2 家垃圾焚燒處理基地的2 臺(tái)垃圾焚燒爐，爐型均為爐排爐，廢氣采用主流處理工藝，1號(hào)爐為1 臺(tái)450 t/d 的焚燒爐，配置1 套SNCR 系統(tǒng)＋半干法脫酸＋活性炭吸附＋袋式除塵器煙氣凈化系統(tǒng)，煙氣經(jīng)90 m 高煙囪排放；2 號(hào)爐為1 條600 t/d的焚燒線，并配置建設(shè)SNCR＋半干法（石灰漿溶液）＋干法（氫氧化鈣干粉）＋活性炭噴射＋布袋除塵器的煙氣凈化系統(tǒng)。

2.2 污染物的采樣與分析

垃圾焚燒爐排放顆粒物、重金屬、酸性氣體等污染項(xiàng)目按照GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的測(cè)定方法的要求采樣、分析。

VOCs 的采樣與分析儀器為HAPSITE ER 便攜式氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)INFICON 公司），儀器內(nèi)置2 種內(nèi)標(biāo)，其中，內(nèi)標(biāo)1 為1，3，5－三氟甲基苯，內(nèi)標(biāo)2 為溴五氟苯（BPFB），載氣為高純氮?dú)狻２蓸訒r(shí)將便攜式GC－MS 配置的取樣探頭伸入污染源排氣筒中心位置，通過(guò)內(nèi)置采樣泵進(jìn)行樣品采集。取樣探頭溫度40 ℃，樣品經(jīng)活性炭濃縮器濃縮后再加熱解吸，氣相色譜分離后進(jìn)入MS 檢測(cè)器分析［5］。

便攜式GC－MS 每次開(kāi)機(jī)或工作12 h 后會(huì)執(zhí)行自動(dòng)調(diào)諧，通過(guò)調(diào)諧后儀器正常工作。每次樣品采集前運(yùn)行1 次空白樣品，以提供環(huán)境本底數(shù)據(jù)；當(dāng)樣品濃度過(guò)高時(shí)，分析結(jié)束后需運(yùn)行“濃縮管清洗”，清除儀器中的殘留物，以保證實(shí)際樣品在采集與分析過(guò)程中的真實(shí)性和有效性。

3 結(jié)果與討論

3.1 顆粒物和重金屬排放水平

生活垃圾中的灰分在焚燒的過(guò)程中產(chǎn)生煙塵顆粒物，采用布袋除塵器去除。生活垃圾中的重金屬在焚燒過(guò)程中發(fā)生遷移或轉(zhuǎn)化，部分重金屬在高溫下由固態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)形式，存在于煙氣中或附著在煙氣顆粒物上。重金屬的控制手段，主要是在煙氣進(jìn)入布袋除塵器之前，在進(jìn)風(fēng)道處噴入活性炭對(duì)其吸附，最終通過(guò)高效布袋除塵器去除［1］。1 號(hào)垃圾焚燒爐與2 號(hào)垃圾焚燒爐廢氣中顆粒物、重金屬的排放情況見(jiàn)表1。由表1 可見(jiàn)，顆粒物濃度分別為4.2，3.5 mg/m3，遠(yuǎn)低于控制標(biāo)準(zhǔn)要求限值30 mg/m3，煙氣中重金屬含量基本都處在較低的水平，其中鉻的含量最高，分別為9.8×10－3，7.1×10－3mg/m3，汞、銅、鎘、銻未檢出。2臺(tái)爐廢氣中重金屬含量遠(yuǎn)低于控制標(biāo)準(zhǔn)要求，這說(shuō)明垃圾焚燒煙氣在經(jīng)活性炭噴射、布袋除塵器除塵之后其所含顆粒物及重金屬濃度可以得到有效控制。

表1 垃圾焚燒爐排放廢氣中顆粒物和重金屬濃度mg/m3

3.2 酸性氣體及一氧化碳排放水平

目前垃圾焚燒爐煙氣脫酸大多采用半干法技術(shù)，通過(guò)石灰漿的噴入，中和吸收去除酸性氣體二氧化硫、氯化氫等，煙氣中氮氧化物的控制措施主要是通過(guò)低氮燃燒技術(shù)以及在后續(xù)處理中增加脫硝裝置去除。垃圾不完全焚燒會(huì)產(chǎn)生大量一氧化碳?xì)怏w，煙氣中一氧化碳?xì)怏w可以表征焚燒爐焚燒是否完全。1號(hào)垃圾焚燒爐與2 號(hào)垃圾焚燒爐廢氣中酸性氣體及一氧化碳的排放情況見(jiàn)表2。由表2 可見(jiàn)，二氧化硫、氯化氫處于較低水平，均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。2 號(hào)垃圾焚燒爐排放氮氧化物濃度為226 mg/m3，雖然低于控制標(biāo)準(zhǔn)限值300 mg/m3，但也反映出垃圾焚燒爐煙氣中氮氧化物去除的難度。一氧化碳濃度未檢出，說(shuō)明通過(guò)對(duì)垃圾焚燒爐焚燒的控制，垃圾基本上可以達(dá)到完全燃燒。

表2 垃圾焚燒爐廢氣中酸性氣體及一氧化碳排放濃度mg/m3

3.3 VOCs 排放水平

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2 臺(tái)爐檢測(cè)出的VOCs 種類及數(shù)量基本一致，濃度都處于較低水平（見(jiàn)表3）。其中1號(hào)垃圾焚燒爐中檢出了44 種VOCs，VOCs 總質(zhì)量濃度為74.0 μg/m3；2 號(hào)垃圾焚燒爐檢出了39 種VOCs，VOCs 總質(zhì)量濃度為31.3 μg/m3；丙酮、甲基異丁酮、2－己酮、1，4－二氧己烷在2 臺(tái)爐的煙氣中均未檢出。生活垃圾焚燒爐前10 位VOCs 排放物種相加所得質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到90%左右。其中，二氯甲烷、1，1－二氯乙烯是最主要物種，占比達(dá)到56%～61%，是生活垃圾焚燒爐的特征物質(zhì)。

表3 2 臺(tái)垃圾焚燒爐排放廢氣中VOCs 濃度 μg/m3

生活垃圾焚燒爐煙氣中VOCs 具體組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖1 所示。由圖1 可以看出，盡管2 臺(tái)生活垃圾焚燒爐的處理設(shè)施有所不同，但其排放的VOCs 組分相似。其中，鹵代烴的排放最高，達(dá)到65%左右，其次為芳香烴，這可能與生活垃圾中存在含有鹵素元素的塑料制品有關(guān)。

圖1 生活垃圾焚燒爐各組分VOCs 質(zhì)量百分比

4 結(jié)論

生活垃圾焚燒處理可有效減少垃圾容量75%以上［6］，在土地資源日漸緊缺和環(huán)境問(wèn)題備受關(guān)注的現(xiàn)今，是城市生活垃圾無(wú)害化處理的最佳選擇之一［7］，明確生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的煙氣污染物排放特征，對(duì)解決垃圾焚燒處理設(shè)施附近居民投訴、化解“鄰避效應(yīng)”有重要的意義。

（1）1 號(hào)垃圾焚燒爐與2 號(hào)垃圾焚燒爐排放的煙氣中，顆粒物、重金屬含量基本都處在較低的水平，2臺(tái)爐煙氣顆粒物、重金屬遠(yuǎn)低于控制標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明垃圾焚燒煙氣在經(jīng)活性炭噴射、布袋除塵器除塵之后，其所含顆粒物及重金屬濃度可以得到有效控制。

（2）1 號(hào)垃圾焚燒爐與2 號(hào)垃圾焚燒爐煙氣中二氧化硫、氯化氫處于較低水平，均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。2號(hào)垃圾焚燒爐排放氮氧化物濃度為226 mg/m3，雖然低于控制標(biāo)準(zhǔn)限值300 mg/m3，但也反映出煙氣氮氧化物去除的難度。一氧化碳濃度未檢出，說(shuō)明通過(guò)對(duì)垃圾焚燒爐焚燒的控制，垃圾基本上可以達(dá)到完全燃燒。

（3）2 臺(tái)垃圾焚燒爐檢測(cè)出的VOCs 種類及數(shù)量基本一致，整體排放濃度水平較低，其中1 號(hào)垃圾焚燒爐中檢出了44 種VOCs，VOCs 總質(zhì)量濃度為74.0 μg/m3；2 號(hào) 垃 圾 焚 燒 爐 檢 出 了39 種VOCs，VOCs 總質(zhì)量濃度為31.3 μg/m3。其中，二氯甲烷、1，1－二氯乙烯是最主要物種，占比達(dá)到56%～61%，是生活垃圾焚燒爐的特征物質(zhì)。生活垃圾焚燒爐煙氣中VOCs 具體組分相似，其中，鹵代烴的排放最高，達(dá)到65%左右，其次為芳香烴，這可能與生活垃圾中存在含有鹵素元素的塑料制品有關(guān)。