垃圾處理條件下排放污染物組成與排放系數研究

文_劉文 山東創思環?？萍加邢薰?/p>

1 垃圾處理的發展背景

按照國家統計局披露的數據顯示，從2011年起的后10年，生活垃圾清運量已經突破了24000萬t。龐大的生活垃圾規模成為社會難題，為更好地解決這個問題，垃圾處理及排放系統成為人們關注的焦點，垃圾處理量仍然處于增長趨勢。

2 垃圾處理技術現狀

生活垃圾物理成分包括玻璃、磚瓦、金屬、動物皮毛、植物、紙類、纖維類、塑料、竹木等，其中可燃物可高于3%。生活垃圾中含水率、有機質、碳氮比、熱值也隨著垃圾產生種類的不同而不同，居民垃圾含水率較低，市場、商業垃圾含水率較高，可達50%左右。生活垃圾中化學成分包括碳、氮、磷、鉀、灰分、有機質、硫、重金屬等。因此，垃圾處理技術及方法有多種。

2.1 衛生填埋法

衛生填埋垃圾處理技術，是指將垃圾進行壓實和填充處理，對垃圾進行覆蓋并達到一定的儲存目的。填埋到的空間主要是人工建造或天然地形。選擇這種垃圾處理方式，操作簡單且成本低，能夠處理較多種類的垃圾。

2.2 堆肥處理法

采取堆肥處理法處理垃圾的工作較為簡單，適用于生活垃圾處理。該處理法利用微生物，促使垃圾中有機物經過生物化學反應后形成類似于腐殖質土壤物質，可將其當作改良版的土壤和肥料。

2.3 焚燒處理法

焚燒處理法的優勢是兼容性、資源化程度較高，能夠處理大量垃圾。垃圾焚燒產生的能量能夠用作發電。對此，焚燒法被廣泛應用在很多國家的垃圾處理方面上。

3 垃圾處理下排放污染物的組成

對于衛生填埋、堆肥處理、焚燒處理三種垃圾處理方式，垃圾焚燒潛在二次污染的問題，這導致垃圾焚燒的過程中產生污染物也是人們關注的焦點。

3.1 酸性氣體

垃圾焚燒的煙氣中含有的酸性氣體，主要包括SOx、NOx、HCl、HF等組分。SOx主要是含硫化合物的焚燒過程氧化所致，NOx包含了N2O3、NO2、NO等成分。HCl源自于垃圾處理過程伴隨的無機氯化物和有機氯化物，其中無機氯化物包括MgCl2、NaCl等，具體反應公式為H2O+2NaCl+SO2+1/2O2→Na2SO4+2HCl；有氯有機物，如橡膠、PVC塑料或皮革等。垃圾焚燒爐散出煙氣，是HCl主要來源。而HF多數是含有氟塑料的垃圾，在燃燒過程中所產生。但這些垃圾焚燒伴隨產生的酸性氣體，不及對人和環境的污染影響較大，同樣也影響焚燒爐及配套回收爐高溫腐蝕或尾部受熱面低溫而腐蝕。

3.2 微量有機化合物

垃圾處理過程中，碳、氯化合物在特殊媒介或溫度場條件下，生成微量的有毒有機化合物，如多環芳烴（PAHS）、多氯聯苯（PCBs）、甲醛、二噁英（PCDD）及呋喃（PCDF）等。其中，垃圾攜帶有機氯化合物或重金屬的元素，在經過焚燒爐的高溫燃燒后分解為氯游離基和氯分子，通過自由基縮合、分子重排，或者是分子反應、脫氯等方式形成二噁英。垃圾燃燒不充分會產生未燃燒殆盡的碳物質，并與觸媒物質，在高溫300～500℃的條件下，如與銅等過渡金屬產生反應，則會生成二噁英。

3.3 重金屬

垃圾焚燒處理排放的煙氣中含有重金屬化合物，一般是重金屬氧化物與鹽類所組成。而重金屬在焚燒處理中不能被破壞掉成分結構，進而發生轉化與遷移，隨著排放污染物的過程，其以相同數量進入爐渣、飛灰、廢水中。且重金屬無法采取微生物分解方式處理掉，如果處置不當，不僅能進入大氣，也能進入飲用水、土壤，經植物、動物富集，通過食入進入人體，進而威脅人體健康。雖然，現在大氣污染控制技術在不斷改良，但除了汞之外，其他重金屬污染物處理技術仍然有待加強。

3.4 煙塵

垃圾焚燒產生的煙氣攜帶不可燃燒物以及燃燒的產物，以煙塵形式排放。垃圾焚燒不充分，會產生黑煙，黑煙中有大量碳粒子，大部分為粒徑不大于3μm的顆粒物，易被人體大量吸入，進而對人體健康產生風險。據相關調查，垃圾焚燒爐排放的煙塵中鉛含量超過6.9%，則煙塵粒度會小于2μm，而固體鉛含量不小于95%。在煙氣中存在的化合物，也會夾雜在焚燒爐燃不盡的灰燼或其他殘留物當中，以飛灰形式排出，還應該對飛灰采取措施進行處理。

4 垃圾處理條件下污染物的排放特征及排放系數

4.1 生活垃圾排放污染物的核算方法

垃圾焚燒排放污染物的產生量和排放量核算工作，僅僅是針對生活垃圾焚燒中大氣污染物的產生量和排放量核算，并不考慮生活源及其他能源使用過程所產生的廢氣污染物，不考慮治理措施處理后的排放情況，也不考慮工業非重點調查單位治理設施所產生的減排情況。NOx、SO2、顆粒物、揮發性有機物污染物排放量根據排放系數進行計算，即為污染物排放量等于能源消費量和排放系數的乘積。而對于重金屬污染物核算方法，則不需要確定產排污的系數，而是采用含物料衡算法。根據生產工藝、污染治理與生產規模的不同，產排污系數及其影響因素不同，進而再分別核算污染物的產生量與排放量。

4.2 排放污染物特征

垃圾焚燒排放污染物有NOx、SO2、CO、HCl等排放濃度控制在mg/m3的水平，重金屬排放濃度控制在μg/m3的水平上。其中，排放污染物的重金屬檢測率由高到低分別為Hg、As、Pb、Cr，且分布在1～10μg/m3的區間內。垃圾焚燒產生的大氣污染物中，含二噁英污染物的排放同樣受到了關注，其主要來源于生活垃圾的焚燒處理中含氯的廢棄塑料制品，含氯廢棄塑料制品通過高溫焚燒，含氯有機物裂解，是二噁英生成主要來源，且濃度平均在0.06ngTEQ/m3內。而除二噁英焚燒排放廢氣之外，CO、NOx、SO2、HCl等物質并沒有明顯的季節性特征。

4.3 污染物排放系數

排污系數是指污染物的排放系數，若將排放污染物直接進行排放，則排放系數和產污系數是相同的。根據《工業污染源產排污系數手冊》對照垃圾焚燒煙氣排污系數，工業廢氣直排、煙塵采用過濾式除塵法+半干法吸收塔、SO2采用半干法吸收塔、NOx采用直接排方式，則廢氣量、煙塵、SO2、NOx排污系數分別為6722、0.072、0.626、3.06。

根據二污普數據，垃圾焚燒爐選擇固定床形式的煙氣流量系數最小，而流化床焚燒爐的煙氣流量系數最大。SO2經過除塵、脫硫+除塵或脫硝+脫硫+除塵的方式，其每立方米所產處理的廢氣污染物分別為275、25、25mg；NOx經過除塵、脫硫+除塵或脫硝+脫硫+除塵的方式，其每立方米所產處理的廢氣污染物分別為235、180、130mg；顆粒物經過除塵、脫硫+除塵或脫硝+脫硫+除塵的方式，其每立方米所產處理的廢氣污染物分別為18、15、15mg；汞及其化合物經過除塵、脫硫+除塵或脫硝+脫硫+除塵的方式，其每立方米所產處理的廢氣污染物分別為0.035、0.006、0.006mg。經過對垃圾焚燒煙氣量排放系數的研究，焚燒爐的排污系數明顯低于一污普國家系數，垃圾焚燒過程中煙氣凈化工藝效率明顯提高。

對于生活垃圾焚燒煙氣的排放濃度和檢出率較高重金屬物質是Hg、As、Pb、Cr，則是垃圾焚燒煙氣量貢獻最大的重金屬成分。對此，實測或估算生活垃圾焚燒工藝與煙氣凈化工藝中廢氣排放污染物的系數，排放系數主要分布在三個排放量級。即第一級是顆粒物與四種氣態污染物g/t；第二級是重金屬的排放污染物mg/t；第三級是二噁英類排放物質ugTEQ/t。相比較第一次全國污染源的普查所制定國家排放系數，SO2、顆粒物排放系數有所下降，煙氣排放量系數呈現出持平的現象。

5 結語

垃圾處理科學化焚燒技術為垃圾處理工作提供了很大的便捷性，促使垃圾資源有效利用，以及使得垃圾處理盡可能實現無害化處理，降低垃圾處理過程所產生的二次污染程度。