日本生活垃圾焚燒設(shè)施中煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)研究

關(guān)鍵詞：生活垃圾焚燒設(shè)施；煙氣；二噁英類；排放標(biāo)準(zhǔn)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2025.01.018

0 引言

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，日本的焚燒技術(shù)已經(jīng)非常成熟。根據(jù)日本環(huán)境省的統(tǒng)計[1]，截至2021年底，日本全國共有1028座垃圾焚燒設(shè)施，其80%以上的生活垃圾都進(jìn)行焚燒處理。日本的垃圾焚燒設(shè)施布局較分散，處理規(guī)模相對較小，82%的處理能力在300t/d以下，600t/d以上的設(shè)施僅占5%。焚燒對于垃圾減量化、無害化、資源化等具有重要意義，但垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣可能對環(huán)境造成不良影響，尤其是二噁英類引起了社會的廣泛關(guān)注。本文重點研究日本垃圾焚燒設(shè)施中煙氣排放限值及其制定標(biāo)準(zhǔn)，探討其嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)背后的深層次原因。

1 《大氣污染防治法》對煙氣污染物的限制

1968年，日本制定了《大氣污染防治法》[2]。該法將大氣污染物來源分為固定污染源（如：工廠等）和移動污染源（如：汽車等）兩部分，固定污染源中，產(chǎn)生煙塵、揮發(fā)性有機化合物、一般粉塵、特定粉塵（石棉）、汞的設(shè)施均需按照法律規(guī)定進(jìn)行報備。其中，煙塵包括硫氧化物（SOx）、顆粒物（PM）、氯化氫（HCl）、氮氧化物（NOx）、鎘（Cd）、氟（F）和鉛（Pb）等。

生活垃圾焚燒設(shè)施屬于產(chǎn)生煙塵和汞的設(shè)施，需要遵守該法的排放限值。最初，該法只規(guī)定了垃圾焚燒設(shè)施中PM、SOx和汞（Hg）的排放標(biāo)準(zhǔn)，后來在1977年進(jìn)行了修訂，增加了HCl和NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。

2 二噁英類的排放標(biāo)準(zhǔn)

2.1 排放標(biāo)準(zhǔn)

1999年，日本制定了《二噁英類對策特別措施法》（以下簡稱《二噁英法》），規(guī)定了大氣中二噁英類的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該法的定義，“二噁英類”指的是多氯二苯并呋喃（PCDFs）、多氯二苯并對二噁英（PCDDs）、共平面多氯聯(lián)苯（Co-PCBs）的統(tǒng)稱[3]。

《二噁英法》規(guī)定，垃圾焚燒設(shè)施的設(shè)置者需每年測定1次以上煙氣及排水中的二噁英類，并將測定結(jié)果報告給都道府縣的行政長官。垃圾焚燒設(shè)施的排放標(biāo)準(zhǔn)方面，按照設(shè)施處理能力分為２t/h以下、２～４t/h、４t/h以上3種不同的情況，并制定了差異化的排放限值，詳見表2。

此外，《二噁英法》還規(guī)定了確保垃圾完全燃燒不產(chǎn)生二噁英類的條件，即焚燒溫度應(yīng)在800℃以上，燃燒停留時間應(yīng)至少為2秒，并在充足的空氣供應(yīng)下對物料進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?997年，在《二噁英法》出臺之前，日本生活垃圾焚燒設(shè)施煙氣中排放的二噁英類達(dá)到5000g-TEQ/年，但《二噁英法》施行后，其排放量大幅減少，并一直維持在較低的水平。根據(jù)日本環(huán)境省的最新統(tǒng)計，2021年生活垃圾焚燒設(shè)施中產(chǎn)生的二噁英類為19g-TEQ/年[4]，減排效果顯著。

此外，日本有些垃圾焚燒設(shè)施還規(guī)定了一氧化碳（CO）的排放限值，但CO并不是《大氣污染防治法》規(guī)定的煙氣排放限制類別，因此屬于自主限制項目。對其進(jìn)行限制主要是因為1997年制定的《防止垃圾處理設(shè)施產(chǎn)生二噁英類等的指南》中提出了兩個維護(hù)管理目標(biāo)：（1）煙囪出口處CO的濃度要在30ppm以下（以含氧量12%換算的4小時均值）；（2）穩(wěn)定燃燒時需要盡力避免CO的瞬間濃度值高峰超過100ppm。二噁英類是由于燃燒不充分而合成的，而CO濃度是燃燒不充分的一個重要指標(biāo)，且其濃度可以連續(xù)測定，因此，CO濃度也被用作測定二噁英類的重要指標(biāo)。

2.2 二噁英類的測定方法

排放氣體中的二噁英類按照J(rèn)ISK0311《排放氣體中的二噁英類的測定方法》進(jìn)行采樣測定。JISK0311是日本在1999年制定的固定源排氣中二噁英類的標(biāo)準(zhǔn)分析方法，該標(biāo)準(zhǔn)建立在歐洲和美國現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，并結(jié)合了日本近十年的研究經(jīng)驗，具有更強的針對性和良好的可操作性，有嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施[5]。該標(biāo)準(zhǔn)將Co－PCBs也納入了二噁英類的范疇，要求同時分離和測定樣品中的二噁英類和Co－PCBs，增加了分析難度和成本。該標(biāo)準(zhǔn)先后于2008年和2020年進(jìn)行了2次修訂，最新修訂版為JISK0311-2020。

由于二噁英類在檢測時樣品量特別少，使用高分辨率氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀的檢測方法費時又費力。為了能以快速又低廉的方式完成檢測，2004年12月，日本環(huán)境省修訂了《二噁英法》，規(guī)定對于焚燒能力小于2000kg/h的焚燒爐中排放的氣體、產(chǎn)生的煙塵及爐渣中含有的二噁英類可采用簡易測定法，并于2005年9月確定了4類生物檢測法。

除了生物檢測法之外，日本環(huán)境省還探討了使用低分辨率質(zhì)譜儀的測定方法和使用現(xiàn)有高分辨率質(zhì)譜儀的簡化方法，并在2010年3月制定了《測定排放氣體、煙塵及爐渣中二噁英類的簡易測定法指南（儀器分析法）》，對儀器分析法進(jìn)行了具體的規(guī)定。

3 自主排放標(biāo)準(zhǔn)

3.1 排放標(biāo)準(zhǔn)的類型

除了國家層面法律規(guī)定的國家法定標(biāo)準(zhǔn)之外，日本還有另外3種煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。（1）在大氣污染比較嚴(yán)重的地區(qū)，對新建設(shè)施中SOx和PM的排放進(jìn)行特殊規(guī)定，稱為“特殊排放標(biāo)準(zhǔn)”。例如：設(shè)置在東京23區(qū)范圍內(nèi)的垃圾焚燒設(shè)施即適用該標(biāo)準(zhǔn)，而設(shè)置在東京23區(qū)之外的設(shè)施則適用國家法定標(biāo)準(zhǔn)；（2）在國家法定標(biāo)準(zhǔn)和特殊排放標(biāo)準(zhǔn)都不能充分保證環(huán)境安全的地區(qū)，都道府縣會通過條例來制定更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，即“自主排放標(biāo)準(zhǔn)”；（3）當(dāng)以上標(biāo)準(zhǔn)都無法滿足環(huán)保要求時，還可以算出各地區(qū)的允許排放總量并制定總量削減計劃，以此來控制污染物的排放，這叫做“總量控制標(biāo)準(zhǔn)”。也就是說，日本通過國家法定標(biāo)準(zhǔn)、特殊排放標(biāo)準(zhǔn)、自主排放標(biāo)準(zhǔn)、總量控制標(biāo)準(zhǔn)等4類標(biāo)準(zhǔn)對不同的地區(qū)采取不同的排放限制。

例如：垃圾焚燒設(shè)施中SOx根據(jù)各地區(qū)規(guī)定的數(shù)值（K值）和煙囪的有效高度（He）來計算允許排放量，其中K是隨地區(qū)變化的定值，K值的大小決定排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格程度，因而被稱為K值標(biāo)準(zhǔn)，其計算公式如下：

式（1）中，Q 為S O x 濃度，m³ N / h ；K 為各地區(qū)規(guī)定的排放值，在國家法定標(biāo)準(zhǔn)適用區(qū)域，K=3 . 0～17. 5，在特殊排放標(biāo)準(zhǔn)適用區(qū)域，K=1.17～2.34；He為煙囪有效高度，m，即實際煙囪高度加上由于煙氣動力抬升和熱力抬升的高度。這一公式是基于煙囪擴散的SOx地面最大落地濃度與SOx的排放量成正比、與煙囪有效高度的二次方成反比的關(guān)系（薩頓擴散模式）而確定的[6]。

3.2 自主排放標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定原則

日本垃圾焚燒設(shè)施的自主排放標(biāo)準(zhǔn)，通常在制定《設(shè)施建設(shè)基本規(guī)劃》的階段便已確定下來。焚燒設(shè)施的運營單位會與當(dāng)?shù)卣炗喴粋€公害防治協(xié)議，有時也會與周邊居民簽訂此協(xié)議，以確保煙氣污染物不會對居民造成影響。

在設(shè)定煙氣污染物自主排放標(biāo)準(zhǔn)時，通常有以下4種類型[7]：比國家法定標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格、跟現(xiàn)有設(shè)施同等或更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)（A標(biāo)準(zhǔn)）；采用最新或最優(yōu)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)（B標(biāo)準(zhǔn)）；最頂級的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)（C標(biāo)準(zhǔn)）；最常見、周邊設(shè)施采用最多的標(biāo)準(zhǔn)值（E標(biāo)準(zhǔn)）。

3.3 自主排放標(biāo)準(zhǔn)的傾向性

一項針對日本全國生活垃圾焚燒廠的調(diào)查結(jié)果顯示[8]，越是新建的設(shè)施，越是規(guī)模大的設(shè)施，其排放標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格。二噁英類成為社會關(guān)注的對象基本是在2000年以后，但在1989年以前，40%的設(shè)施中HCl的排放值已在100ppm以下，20%的設(shè)施中NOx的排放值也在100ppm以下，這說明日本各地早已設(shè)定了比較嚴(yán)苛的自主排放標(biāo)準(zhǔn)。

分地區(qū)來看，關(guān)東地區(qū)的千葉縣、埼玉縣、神奈川縣、東京都，以及近畿地區(qū)的大阪府、兵庫縣、京都府均采用了非常嚴(yán)格的自主排放標(biāo)準(zhǔn)。以東京都為例，其在1969年就制定了《東京都公害防治條例》，設(shè)定HCl的排放標(biāo)準(zhǔn)為25ppm。

3.4 自主排放標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)濟成本

通常情況下，自主排放標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格，相應(yīng)的費用也會越高。在日本，SOx和HCl通常采用濕式洗凈法，NOx則采用催化劑脫硝法，要實現(xiàn)更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，則需要增加藥物和催化劑的使用量，這樣運營成本就會提高，同時還要購買催化劑脫硝設(shè)備等，初始成本也會增加。

E標(biāo)準(zhǔn)考慮了自主排放標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)濟性的平衡問題，但在具體實踐中，各地區(qū)在確定排放標(biāo)準(zhǔn)時，比起經(jīng)濟成本通常更加注重有害氣體去除率，會將保護(hù)周邊居民的生活環(huán)境放在第一位。因此，經(jīng)濟成本并不是日本各地制定自主排放標(biāo)準(zhǔn)的首要考慮要素。

4 存在問題

由于自主排放標(biāo)準(zhǔn)過于嚴(yán)格，日本有些設(shè)施出現(xiàn)了因排放超標(biāo)而關(guān)停或整頓的情況。這里的超標(biāo)是指超過了自主排放標(biāo)準(zhǔn)，而不是超出了國家法定標(biāo)準(zhǔn)，這也說明排放標(biāo)準(zhǔn)并不是越嚴(yán)苛越好，而要根據(jù)設(shè)施的技術(shù)水平、處理規(guī)模等合理確定，不能盲目地追求更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。日本的垃圾焚燒設(shè)施中，84%的煙囪高度都在59米以上，煙氣會在空氣中稀釋后才到達(dá)地面，嚴(yán)苛的自主排放標(biāo)準(zhǔn)未必能起到最佳的效果。

此外，國家法定標(biāo)準(zhǔn)的出發(fā)點是“即便一直吸入也不會有不良影響”[ 7 ]，也就是說，保持國家法定標(biāo)準(zhǔn)就幾乎不會對健康產(chǎn)生影響。比如：二噁英類，大多數(shù)人都認(rèn)為其是致癌物，吸入后就會對身體產(chǎn)生不良影響，但實際上二噁英類普遍存在于各種食物中，例如：通過魚蝦類攝入的約占87%，肉蛋類約占10%，而從大氣中直接吸入的僅為1%左右（2019年數(shù)據(jù)）。日本在1999年制定《二噁英法》時，二噁英類的人均日攝入量約為2.1pg-TEQ/kg，其中通過空氣吸入的僅占3.3%。因此，二噁英類的排放限值需要根據(jù)實際情況確定。

5 對我國的啟示

5.1 針對垃圾焚燒爐規(guī)模制定差異化的排放限值

我國對生活垃圾焚燒爐中煙氣污染物的限制主要通過GB 18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行了規(guī)定。其采用1小時均值和24小時均值的方式對煙氣污染物進(jìn)行了差異限值，但該標(biāo)準(zhǔn)未考慮焚燒爐規(guī)模與技術(shù)差異化的影響，很多未兼顧小型焚燒爐。應(yīng)根據(jù)實際情況給予小型焚燒爐合理的差異化限值，以提高標(biāo)準(zhǔn)的可操作性。

5.2 加強對煙氣排放達(dá)標(biāo)情況的監(jiān)管

我國很多地方都制定了比較嚴(yán)格的煙氣排放限值，但嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)并不是最終目的，關(guān)鍵在于保護(hù)人民群眾的生活環(huán)境不受到污染，身體健康得到保障。GB 18485—2014中規(guī)定了焚燒廠要安裝煙氣和爐溫的自動監(jiān)測設(shè)備。相關(guān)部門還應(yīng)加強環(huán)境監(jiān)管，實時計算焚燒爐非正常工況的累計時長，確保污染物排放不超標(biāo)，讓監(jiān)管真正起到實效。

5.3 定期公開煙氣數(shù)據(jù)，增強精細(xì)化管理水平

日本的垃圾焚燒設(shè)施會將其煙氣污染物的監(jiān)測數(shù)據(jù)公布在網(wǎng)站上，保證公開透明，市民可預(yù)約參觀焚燒設(shè)施，了解運行情況。我國也應(yīng)該做好宣傳教育，定期公開煙氣數(shù)據(jù)，提高居民的信任度。垃圾焚燒廠可通過升級改造生產(chǎn)工藝和污染防治設(shè)施等方式，增強運行維護(hù)的精細(xì)化水平，減少焚燒廠的“鄰避效應(yīng)”。