文章导读

生活垃圾组分的变化以及焚烧炉和烟气净化系统的升级对二噁英的排放有显著影响。中国实施了与国际先进标准接轨的《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014），垃圾焚烧烟气净化系统不断升级；近年来中国开始大力推动生活垃圾源头分类，进入焚烧炉的垃圾组分发生了变化。在这种背景下，研究装配了先进烟气净化系统的大型生活垃圾焚烧全流程二噁英的分配与平衡，揭示大型先进垃圾焚烧系统二噁英产生、分解与截留机制，对推动垃圾焚烧低风险高质量发展具有重要意义。

中国先进生活垃圾焚烧系统全流程二噁英的分配与平衡

图1 图形摘

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研究背景

生活垃圾组分的变化以及焚烧炉和烟气净化系统的升级对二噁英的排放有显著影响。中国实施了与国际先进标准接轨的《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014），垃圾焚烧烟气净化系统不断升级；近年来中国开始大力推动生活垃圾源头分类，进入焚烧炉的垃圾组分发生了变化。在这种背景下，研究装配了先进烟气净化系统的大型生活垃圾焚烧全流程二噁英的分配与平衡，揭示大型先进垃圾焚烧系统二噁英产生、分解与截留机制，对推动垃圾焚烧低风险高质量发展具有重要意义。

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02

研究方法

为了揭示二噁英在中国执行超低排放标准的超大城市生活垃圾焚烧厂的“归宿”，选取深圳某生活垃圾焚烧厂一台400 t/d的焚烧炉进行了采样分析（图2）。采用了3种方法测算了二噁英的质量平衡，其中包括被以往研究忽视的样品，如浸滤液、水平烟道落灰、原生烟气，以及烟气净化装置使用的氨水、活性炭、石灰等。

图2 工艺流程和采样点位布设

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主要研究结果

• 原生垃圾和入炉垃圾中的

二噁英同系物特征

原生垃圾中本来就含有一定量的二噁英，德国、日本、西班牙和中国广州均有报道。不过，原生垃圾在垃圾储坑内的发酵过程存在微生物作用，该过程是否会改变二噁英的同系物特征却尚未得到关注。本研究发现，原生垃圾和入炉垃圾中的二噁英同系物确实存在差异（图3），原生垃圾和入炉垃圾中高氯代和低氯代同系物对总质量浓度和毒性当量浓度的贡献均有所差异。具体表现为：原生垃圾中低氯代和高氯代PCDFs同系物对PCDFs的贡献分别为36.9%和63.1%，低氯代和高氯代PCDDs同系物对PCDDs的贡献分别为46.0%和54.0%。入炉垃圾中低氯代和高氯代PCDFs同系物对PCDFs的贡献分别为47.1%和52.9%。然而，入炉垃圾中低氯代PCDDs同系物对PCDDs的贡献（51.9%）大于高氯代PCDDs的贡献（48.1%）。因此，垃圾储坑内原生垃圾发酵过程可能改变了二噁英的同系物特征，并在一定程度上降低了二噁英TEQs。原生/入炉垃圾和渗滤液中二噁英同系物特征的差异为研究垃圾储坑内微生物作用对二噁英的变化提供了新视角。

图3 原生垃圾和入炉垃圾中二噁英同系物特征（注：本研究仅涉及17种2,3,7,8位同时被氯原子取代的具有生理毒性的二噁英同系物）

• 渗滤液中的二噁英

本研究渗滤液中的二噁英TEQ约为37.52 pg I-TEQ/L，该水平明显高于已报道的好氧堆肥和垃圾填埋场渗滤液中的二噁英浓度。由于无法获取不同生活垃圾组分中的二噁英含量，因此无法确定哪种组分对渗滤液中的二噁英贡献最大。但可以总结为如下几个因素，（1）不同地区的生活垃圾组分差异较大，且不同地区的工业化程度不同，进而导致渗滤液中的二噁英浓度存在较大变化。（2）二噁英浓度较高的非生活组分混入其他垃圾中。（3）在取样过程中，渗滤液料仓中不同位置的二噁英浓度存在差异。（4）我国现代化生活垃圾焚烧厂一般都配备污水处理厂，渗滤液能做到“日产日消”，而堆肥和填埋的周期都比垃圾焚烧厂渗滤液的储存时间长。

图4 渗滤液中二噁英同系物特征

• 底灰和飞灰中的

二噁英

底灰中的二噁英TEQ约为2.05 ng I-TEQ/kg（图4），典型同系物为2,3,4,7,8-PeCDF、2,3,4,6,7,8-HxCDF、2,3,7,8-TCDD、1,2,3,4,7,8-HxCDF和1,2,3,6,7,8-HxCDF，上述5类同系物合计约占2,3,7,8-PCDD/Fs的71.0%。与此前研究相比，本研究底灰中的二噁英TEQ相对较低。这表明该炉排炉的运行工况稳定，焚烧完全。布袋飞灰中的二噁英TEQ约为64.78 ng I-TEQ/kg（图4）。根据日常监测，该条生产线的飞灰二噁英TEQs在30‒500 ng I-TEQ/kg的范围内波动。本次研究的飞灰二噁英浓度低于以前日本、韩国、瑞典，以及中国东北、西南和东南地区的报道。这主要与入炉垃圾的组分以及焚烧工况有关，因为本研究原生烟气中的二噁英浓度（0.23 ng I-TEQ/Nm3）比已报道的二噁英浓度都要低。

• 二噁英质量平衡

根据以进厂垃圾为输入端样品，飞灰、底灰和烟囱烟气为输出端样品的质量平衡常规方法，该条线存在0.88 μg I-TEQ/t MSW的二噁英正平衡。在方法II中，由于考虑了渗滤液、氨水、熟石灰和活性炭中的二噁英，发现了更高的二噁英正平衡（0.89 μg I-TEQ/t MSW），二噁英在飞灰、底灰、烟囱烟气和渗滤液中的分布分别为生活垃圾中的149.0%、41.8%、1.6%和0.6%。对于焚烧炉系统（方法III），二噁英存在0.85 μg I-TEQ/t MSW的正平衡，这表明其他2种方法可能存在二噁英的“记忆效应”，当烟气中二噁英浓度较低时，管道内壁可能会释放二噁英。

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04

总结

本研究是在GB 18485-2014实施后首次开展的垃圾焚烧厂二噁英质量平衡研究，并引入了重新定义的二噁英质量平衡方法。此外，这项研究也是首次针对中国超大城市装配先进烟气净化设施的现代化大型生活垃圾焚烧系统进行的。主要结论如下：

01

稳定的焚烧工况可以将原生烟气中的二噁英浓度控制在低水平。因此，中国的生活垃圾焚烧厂必须严格执行“3T+E”要求，以保证先进的烟气净化工艺稳定运行，使烟囱烟气二噁英达到超低水排放平。

02

根据以进厂垃圾为输入端样品，飞灰、底灰和烟囱烟气为输出端样品的质量平衡常规方法，该条线存在0.88 μg I-TEQ/t MSW的二噁英正平衡。如果考虑渗滤液、氨水、熟石灰和活性炭中的二噁英，该条线存在0.89 μg I-TEQ/t MSW的二噁英正平衡。仅考虑焚烧炉系统，存在0.85 μg I-TEQ/t MSW的二噁英正平衡，表明布袋除尘器和SCR内部可能存在二噁英的的“记忆效应”。本研究原生垃圾中二噁英浓度显著低于文献报道中的数据是 “二噁英正平衡”的主要原因。

03

二噁英在飞灰、底灰、烟囱烟气和渗滤液中的分布分别为生活垃圾中的149.0%、41.8%、1.6%和0.6%，因此飞灰的安全处置对于垃圾焚烧厂的二噁英控制至关重要，烟囱烟气二噁英排放的环境风险较小。

04

随着深圳市生活垃圾分类的逐步推进和烟气净化系统的升级换代，应进一步对二噁英质量平衡进行研究。本研究为准确估算二噁英排放提供了新视角，并提供了生活垃圾焚烧二噁英超低排放的典型案例报告。