垃圾焚燒的二惡英控制技術（II）垃圾焚燒產生二惡英的主要機制有兩種：前驅物合成和從頭合成。前驅體合成是通過不同的前驅體物質，如氯苯和氯酚等生成二惡英。前驅體物質可以通過不完全燃燒，或者飛灰表面異相催化反應生成。從頭合成機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過于復雜，目前還沒有得出這兩種機制的詳細的反應機理。 垃圾焚燒過程中二惡英的污染控制技術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生，而燃燒后控制主要是在末端對燃燒過程中二惡英污染物進行進一步的脫除處理，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 1.1洗滌器結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PCDD/F的聯合脫除效果要優于單獨使用時的效果。例如，A公司使用了包括一個散熱器，一個洗滌器和一個濕式靜電除塵器的聯合氣體清潔系統，實現了90-92%的二惡英移除效率，并同時有效的移除了NOx，SOx，HCl和灰塵。H公司比較了濕式、干式和半干式系統對PCDD/F的脫除效率，結果顯示半干式和干式系統的效果優于濕式系統，而半干式和干式系統的PCDD/F移除效率接近，為90-97%。 然而，近幾年研究者們發現濕式洗滌器會導致PCDD/F量的增加，使得濕式洗滌器變成了一個潛在的污染源。排放氣體和洗滌器中的塑料填充材料之間進行的PCDD/F的吸附和脫附被認為是濕式洗滌器中PCDD/F濃度加強的主要原因，這一現象被稱為“記憶效應”。目前通常在濕式洗滌器中添加活性炭粉末，或者通過對濕式洗滌器的改進，例如增加內部循環水體積，減少冷卻和吸收塔底部的儲存部分，可以濕式洗滌器對PCDD/F的記憶效應達到最小化。 最近，L發現袋式過濾器對PCDD/F也具有記憶效應，為了減少這一效應，需要避免不穩定的燃燒條件，合理操作設備，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，在一個裝配有旋風分離器，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%。由于活性炭對二惡英的吸附效果良好，已經在垃圾焚燒廠中得到了廣泛的應用，近年來對活性炭吸附二惡英的研究多集中于對吸附現象和特征的研究。然而需要注意的是，活性炭吸附技術雖然安裝方便，技術簡單，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生。同時，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。解決這一問題的方法包括使用一個包含吸附器和再生器的系統，兩個過濾器交替使用來減少活性炭的使用量；使用一個雙袋式過濾器系統等。 1.3催化過濾器 催化氧化技術直接破壞廢氣中的PCDD/F被證明是一項有效的技術，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，且其反應溫度與脫除NOx反應的溫度一致。 催化氧化的反應器有不同的形態，但是如果單獨用于去除PCDD/F的話，常用的反應器類型是催化過濾器。目前常用的催化過濾器是由W.公司生產的REMEDIATMD/F催化過濾系統。利用這一催化系統進行的大量的研究結果表明，其對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，并預計這一系統可以在垃圾焚燒廠中正常工作五年。此外，C等人在臺灣的垃圾焚燒廠中使用濕式洗滌結合催化過濾系統可以獲得93%的PCDD/F的去除率。 1.4催化氧化聯合脫除NOx過程 上面曾經提到，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，將其轉化為二氧化碳，水和HCl，且其反應溫度與脫除NOx反應的溫度一致。也就是說，可以在一個整體反應器中通入氨氣，進行PCDD/F和NOx的聯合脫除。Dvorak等人使用REMEDIATM的催化過濾器實現了PCDD/F和NOx的聯合脫除。然而，在進行PCDD/F和NOx的聯合脫除時，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。目前這一方法已經實現了工業上的成功應用。 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行PCDD/F和NOx的聯合脫除。如van等人研究了基于Pt的催化劑，Pop等人總結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PCDD/F的可行性。Hirota等人報道了使用電子束輻射和熟石灰聯合去除焚燒廠廢氣中的HCl，SO2，NOx和含氯化合物。Fengler發現電子束使用相當低的能耗將有毒的含氯化合物分解成為無毒的有機酸，例如甲酸、乙酸和氯乙酸。 電子束輻射可以處理大量的廢氣，特別是當廢氣溫度相對低的時候。同時，這一過程沒有二次污染，能耗適中，且過程簡單，可以在現有的焚燒爐上直接安裝，因此具有良好的發展前景。Han等人使用10kGy的電子加速器時，氯苯（二惡英形成的可能的前驅體）的降解率達85%。Hirota等人在200℃下使用14kGy的電子加速器在實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 等離子體技術最近被證明可以應用于垃圾焚燒廠中飛灰和廢氣的處理，但其中可能會產生一些不利的副產物。一種可能的技術是將等離子體與催化法結合。與單純的SCR系統相比，聯合系統的操作溫度可以顯著減少，而且等離子體中產生了很多有利于二惡英消除的活性粒子，而等離子體產生的不利的副產物可以通過催化作用消除。 另外，由于SCR系統的投資和維護費用較高，很多國家的垃圾焚燒廠中多使用SNCR系統。但由于SNCR系統需要的溫度過高（高于1123K），因此其對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反應溫度。 2.小結 雖然很多垃圾焚燒廠在進行垃圾焚燒的過程中采用了燃燒中控制技術，但由于存在后燃燒區域形成PCDD/F的機制，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來限制二惡英的釋放。 已開發的燃燒煙氣二惡英控制技術對于二惡英的脫除有一定的效果，但不同方法存在各自的優缺點。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。但是活性炭技術僅僅將二惡英從氣態轉向固態，且大量的活性炭消耗增加了垃圾焚燒廠的花費。此外，顆�；钚蕴靠赡軐е禄馂幕蛘咴O備故障，需要進行操作和維護，可能需要建立新的設備。 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節，同時，不需要在現有的垃圾焚燒廠中加入新的設備和操作程序，成本較低。使用催化法在去除PCDD/F的同時，還可以聯合NOx的選擇性催化氧化。目前這一技術已經在工業上成功的應用，但與活性炭注射技術相比，它也存在一定的局限性。例如，顆�；钚蕴靠梢砸瞥�，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℃時就幾乎無效了；系統的投資和維護費用相對較高，因此需要進一步完善和改進。 電子輻射技術、等離子體技術和SNCR是破壞二惡英的新工藝，還沒有在工業上廣泛的應用，且需要進行更多的研究。 --作者單位北京大學。文章發表在《環境工程》2013年S1期 .（本網摘自網絡，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及權限請聯系。）
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