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科普贴:垃圾焚烧与二噁英的那些事儿
编辑:Vivian 来源:E20水网固废网 浏览:次 发布时间:2018-03-12 09:15

生活垃圾焚烧作为垃圾减容、减量效果最显著的垃圾处理方式受到各地青睐,逐渐已发展成为我国乃至世界各国目前最主流的生活垃圾处理方式。然而垃圾焚烧所伴随的社会问题也接踵而至,其中最令人深恶痛绝的便是二噁英污染问题。在漫天充斥着二噁英新闻的当下,您了解二噁英是什么嘛?您知道二噁英从何而来吗?

随着经济的稳步发展、城市化进程的加快、城市人口的持续增加以及民众生活消费水平的不断提高,我国城市生活垃圾产生量持续走高,许多城市面临严重的“垃圾围城”,生活垃圾治理改革迫在眉睫。生活垃圾焚烧作为垃圾减容、减量效果最显著的垃圾处理方式受到各地青睐,逐渐已发展成为我国乃至世界各国目前最主流的生活垃圾处理方式。然而垃圾焚烧所伴随的社会问题也接踵而至,其中最令人深恶痛绝的便是二噁英污染问题。一些媒体、个人在介绍垃圾焚烧时有意无意地夸大了垃圾焚烧的危害,我国多起由垃圾焚烧引起的“邻避”事件的主要诱因也来自被妖魔化的二噁英。在漫天充斥着二噁英新闻的当下,您了解二噁英是什么嘛?您知道二噁英从何而来吗?接下来,小编带您走近二噁英那些事儿。

1、二噁英是什么?

二噁英,又作“二恶英”,英文名dioxin,不是一种物质,而是三大类(CDDs、CDFs和PCBs)共计约210种无色无味、毒性剧烈的脂溶性物质的总称。二噁英类的毒性因氯原子的取代数量和取代位置不同而有差异 ,含有1-3个氯原子的被认为无明显毒性;而含4-8个氯原子的有毒,毒性最大的2,3,7,8-四氯二苯并二噁英的毒性约为氰化物的130倍、砒霜的900倍,只要28克左右就可杀死100万人,被称作世纪之毒。

二噁英属于持久性有机污染物(POPs),极难降解,在人体中的半衰期长达7-11年,即摄入到人体内的二噁英类物质要经过7-11年才能自然降解掉摄入量的一半。人体摄入、累积后会造成免疫及神经系统损伤,还会影响激素、生殖、发育等,严重者会致癌。世界卫生组织在1997年就将二噁英列为一级致癌物。

越战期间,美军为了打击藏在森林中的越共,广泛使用一种含氯落叶剂,其中的副产品便包括二噁英。它导致污染地区人群大量出现非正常流产、畸形和怪胎等生殖异常,仅仅广治省就有2000名儿童患有先天性缺陷,严重摧残了许多越南平民乃至战后新一代的健康。而参与喷洒脱叶剂的飞行员在返回美国20年后,体脂中依旧可以检验出高达21ng/kg的毒性当量的二噁英类物质。而世界卫生组织公布的二噁英类物质人体的安全摄入量约为每年不超过59ng。假设该飞行员体重约70kg,则在他体脂内检测到的二噁英毒性当量达到了1470ng。约为25年的安全摄入量之多。

二噁英类物质在生物体内积累、放大的效应也是十分显著。例如位于美国旧金山附近的Tule湖就曾发生过DDT污染。DDT是一种结构、特性都与二噁英十分类似的有机含氯类杀虫剂,曾被广泛用于灭杀疟蚊。在Tule的湖水中DDT的含量仅为0.000003ppm(ppm为百万分之一)。然而经过复杂食物链的沉积(浮游生物吸收水、小鱼吃浮游生物、大鱼吃小鱼、鸟类吃大鱼),鸟类体脂中的DDT含量竟高达25ppm,足足翻了800多万倍。可以想象,若是人类摄入了被污染的鱼或鸟类等,人体内的DDT浓度将累积到更加高的水平。


DDT浓度经生态食物链积聚(图片来自互联网)

然而,人们对于二噁英存在很大的理解误区。

由于近些年垃圾焚烧与二噁英问题的炒作,大家通常认为二噁英是主要通过呼吸系统进入人体。但是据美国环境保护署(EPA)统计,二噁英主要存在于动物的脂肪组织中,超过90%的二噁英是通过食品摄入人体,主要是肉类、奶制品、鱼及贝类食物。而通过呼吸和皮肤摄入的二噁英不到总摄入量的10%。而据美国公布的北美人每日二噁英摄入量分析,北美人平均每日共摄入119pg(1pg=10-12g),其中摄入量排名前四位的是啤酒、奶制品、牛奶和鸡肉。

北美人人均每日摄入二噁英来源

事实上近些年间也曾出现过多起食物受二噁英污染而引发的危机。

1999年5月,比利时发生了震惊欧洲乃至整个世界的“毒鸡事件”。当时肉鸡和鸡蛋中的二噁英含量超标达1500倍,成为继英国“疯牛病事件”后欧洲最大的一起食品污染案。该事件直接导致200多种衍生产品在欧洲被紧急下架。经调查发现,饲养场使用的粉料掺入了被二噁英严重污染的废机油。该事件造成的直接经济损失高达7.67亿美元,并影响了比利时当年6月进行的总统大选并最终导致该届政府下台。此外由于出现信任危机,比利时贸易自此之后长达数年萎靡不振。

类似事件也曾影响我国,2008年12月一份研究报告显示爱尔兰猪肉被严重污染,其二噁英含量超标200余倍。而其中就有2047吨“毒猪肉”被销往了中国。爱尔兰渔农食品部迅速展开调查,发现饲养这批猪的饲料组成部分之一的面团在烘干过程中吸收了二噁英造成污染。事件得到各方的高度重视,很快便召回了3个月内所有的相关商品。即便如此,也造成了高达5亿欧元的经济损失。

2. 二噁英从何而来?

据美国环境保护署(EPA)研究分析,在二噁英家族的三类物质中,CDDs和CDFs在自然界中本就存在,也有一部分由人类的活动间接产生排放到环境中。而另一类物质(PCBs)在自然界中本不存在,是由工业生产产生,可用作电容器的介质及油漆的添加剂。由于其毒性及难降解性,我国及美国等大部分国家早已禁止主动生产及使用这类物质。但它仍然会出现在工业生产的副产物及焚烧炉尾气中。

我国二噁英排放行业分布(单位:毫克)

以2008年为例,2008年我国二噁英排放总量为6.5kg TEQ(毒性当量),占世界总二噁英排放量的约30%,成为世界最大二噁英排放国家。而日本在2003年时二噁英总排放量仅为0.37kgTEQ。在我国6.5kg的二噁英排放量中,有色金属生产排放量最多占我国排放总量的46%,炼钢生产排放量占比17%,废弃物燃烧占比8%,铁矿石烧结占比7%成为我们二噁英排放量排名前四位的污染源。

二噁英的主要来源

废弃物焚烧当中还分做多种途径,包括生活废弃物、医疗废弃物、危险废弃物及工业废弃物焚烧。其中医疗废弃物及危险废弃物都进入拥有国家发放许可证的危废处置企业进行终端处理。国家对于这类废弃物的定义明确,要求严格,且对危废处置资格许可证发放标准较高,使得企业达标率通常较高,同时处置设施多建在工业区或其他远离人群的地方,所以被公众认识的机会并不多。环保部还出台了《二噁英污染防治技术政策》,为铁矿石烧结、炼钢、有色金属再生、制浆造纸、遗体焚化等产业提供了相应的二噁英污染防治技术路线和技术方法,从源头上降低了这些行业排放的二噁英数量。于是出现在人们视野里较多的当属生活废弃物燃烧了。

生活废弃物的焚烧又分为两种形式,生活垃圾焚烧厂和所谓的露天焚烧。我国古代几乎家家都有一个小炉子。需要的时候便将炉子摆在后院里,将垃圾、落叶等物投入燃烧,这种习惯一直保留到近代,甚至近几年间在我国部分农村地区还可见到露天焚烧秸秆等行为。露天焚烧并不单指这种焚烧方式,垃圾填埋场或其他露天堆放的垃圾堆在达到一定条件的情况下会发生自燃甚至爆炸。由于同样是在露天环境下燃烧生活垃圾,这种自燃也被归为露天焚烧。另外现在部分村镇仍在使用的简易焚烧炉,由于其排烟管道较短,且不具备良好的烟气处理系统,烟气被直接排放至大气中,也被归类为露天焚烧。而焚烧厂焚烧则是指将生活垃圾集中到现代化管理的焚烧厂统一进行焚烧,焚烧过程受控,烟气处理要求严格,处理过的尾气经过数十米高的排烟管道排放至大气中。

两种焚烧方式都会产生令人深恶痛绝的二噁英,但国外的研究表明,1吨垃圾露天焚烧所产生排放的二噁英是同等重量垃圾经过现代化焚烧炉焚烧所排放二噁英的数千倍。

据统计,在欧美、日本等国家露天焚烧虽然处理垃圾的数量远不及焚烧厂焚烧所处理的垃圾,但是排放的二噁英数量却远远超过了焚烧厂所排放的二噁英。2000年美国生活垃圾焚烧厂共计排放二噁英83.8g TEQ,占二噁英总排放的5.9%;而与此同时,露天焚烧所排放的二噁英总量为499g TEQ占到了全部排放的35%成为当年美国第一大二噁英污染源。2003年的日本,民用焚烧设施(露天焚烧)排放二噁英也以占比26%一跃成为日本第一大二噁英污染源。德国在2005年全年生活垃圾焚烧厂排放的二噁英总量仅为不足0.5g TEQ,占德国当年二噁英总排放量的不足1%。曾经工业污染严重的英国在2004年全年焚烧厂排放二噁英总量也仅为0.54g TEQ,占全部排放的不足0.5%。以欧盟总体统计来看,在2005年露天焚烧所排放的二噁英占到了二噁英总排放量的高达45%,毫无悬念的成为第一大污染源。而其他传统二噁英排放“重灾区”的钢铁、电力、有色金属等行业紧随其后排名2-4位也仅占总体排放的8%、5%和5%。

两种焚烧方式产生的差异还要从二噁英的产生、控制原理说起。

3. 生活垃圾焚烧到底是技术不行还是垃圾不行

二噁英是在有氯元素存在下,碳氢化合物燃烧时所产生的。在生活垃圾中的少量金属元素会对二噁英的生成产生催化作用,加速其产生。一般情况下,当垃圾焚烧达到200度以上时开始产生二噁英,在焚烧达到300-450度时二噁英的生成达到峰值。超过705度后二噁英在焚烧炉内开始逐渐分解,在800度左右时焚烧炉内的二噁英基本上全部分解。但烟气从800度以上的焚烧炉内排放到只有20度左右的环境的过程中烟气必然会降温。当烟气温度降至700度以下200度以上时,二噁英会重新在烟气中生成。可以看出二噁英的生成主要存在于两个阶段,垃圾的焚烧和在烟道中的二次生成。

从另一方面来看,限制我国垃圾焚烧技术的推行和发展的主要因素还需从源头说起。由于我国数千年来的生活习惯与西方有天壤之别,甚至我国内部不同地区的不同城市生活方式都有不同。这导致了我国的城市生活垃圾的成分上与其他国家、地区会存在决定性的差异。比如下图总结了北京、上海及纽约市的城市垃圾中所含有几类废物的含量。

北京、上海、纽约生活垃圾成分

通过这张图不难看出,不要说中国和美国的整体差异,就连北京和上海的城市垃圾成分之间都存在着巨大的差异。这种差异会直接影响到垃圾焚烧炉的效率甚至二噁英的排放。以厨余垃圾为例,厨余垃圾中水分较多,可占到总重量的50%以上。而这些水分在进入焚烧炉后随着温度的升高会蒸发为水蒸气。这对焚烧炉的整体设计会有很大影响。第一,多余的气体产生会使得炉内烟气流动速度加快,减少了含二噁英的烟气在800度以上的滞留时间,会造成二噁英分解不完全,从而使得有多余的二噁英留存在烟气中离开焚烧炉。第二,水蒸气的温度远低于设计炉温850度。导致炉内整体温度下降,有时只能达到500-600度。而在这个温度范围二噁英的产生最为活跃。最终使得生成的二噁英数量增加。受这两种因素综合影响,投入的垃圾中含有厨余垃圾较多的焚烧炉炉内温度低于国际认可的850度安全作业温度,产生的二噁英超出限制要求。同时由于厨余垃圾中的水分占比过多,垃圾整体的燃烧热值降低,导致炉内无法正常焚烧需要添加其他成分助燃,通常使用燃煤、重油等化石燃料。添加化石燃料虽然可以解决燃烧问题,却大大降低了垃圾焚烧炉本来的经济效益及环保效益,使得原本靠发电不但可以自给自足还可以将额外产生的电能接入电网销售的焚烧炉重新开始依赖化石能源。另外生活垃圾中的少量金属成分也会影响二噁英的产生。许多金属元素是二噁英生成反应中的催化剂,有催化剂的存在,反应速度会以指数形式增加。而且催化剂在反应中不发生变化,不会因消耗而减少,从而使得其可以在炉内持续催化炉内的反应使得二噁英增加。

实际上只要采取适当的技术和管理措施,就能有效控制烟气和灰渣中的二噁英含量,稳定达标排放。国际上有通用的3T1E减小垃圾焚烧厂烟气中二噁英浓度的主要方法是采取有效措施控制二噁英的生成,主要包括:选用合适的炉膛与炉排结构,使垃圾得以充分燃烧,控制烟气中CO浓度低于60mg/m3;控制炉膛、二次燃烧室、进入余热锅炉前温度不低于850度,停留时间不少于2s,余热锅炉出口氧浓度控制在6%-10%之间;缩短烟气在处理和排放过程中处于200度-700度温度域的时间,控制余热锅炉的排烟温度不超过250度;选用高效袋式除尘器,去除颗粒物中的二噁英;配备可靠的全套自动控制系统,使焚烧和净化工艺配合良好、快速联动;通过分类或者预分拣,控制垃圾中氯和重金属含量高的物质;对飞灰按标准要求严格进行稳定化和无害化处理;在标准要求的基础上,再加高排放烟囱的高度,尽量稀释排放的烟气。再配以严格的监测、管理系统,便可将垃圾焚烧厂的二噁英排放量降至最低。

然而公众对垃圾焚烧所带来的二噁英排放仍存顾虑,因此更要建立、完善公众参与的长效机制,对垃圾焚烧运营设施进行监测、监督。目前,烟气中的痕量二噁英尚不能做到实时在线监测,但可以通过其他在线监测的指标推测二噁英的排放状况。如从可以实时监测的烟气中一氧化碳含量可以推测大致燃烧效率,一氧化碳含量高说明焚烧炉内燃烧不完全,而二噁英正是一种不充分燃烧的产物,因此可以在一定程度上推测此时二噁英的排放量有可能较高,当然具体是否超标还要经过专业检测。另外由于二噁英会附着在烟尘中的微小颗粒上从而进入环境,烟气中的烟尘含量也能在一定程度推测二噁英是否可能发生超标。

目前,国内一些城市也在考虑在焚烧设施设立在线长期采样装置,通过长期采样装置可以设定采样周期及采样量,取得一定时间内焚烧设施烟气中排放二噁英的平均值。与每年仅进行一两次监测相比,这样更能反映企业长期排污情况,减少公众担心。

任何垃圾处理设施的运行都面临着有效处理垃圾和二次污染控制的双重任务,控制二噁英污染排放,使之不对周边环境和人体健康产生不良影响,是关系到我国焚烧行业能否可持续发展的关键所在。

结语:

从生活垃圾焚烧污染控制的实践上来看,我国生活垃圾焚烧厂特别是大型生活垃圾焚烧厂二噁英类物质防控措施和控制技术是有效的。总体来说,生活垃圾焚烧厂控制二噁英排放不存在技术问题。而由垃圾焚烧产生的二噁英排放量在总二噁英污染源排放中占比不足10%,仅因垃圾焚烧会产生二噁英便从根本上完全否定生活垃圾焚烧这一技术路线是不科学的。鉴于二噁英类物质产生的普遍性,我们不可能完全消除所有二噁英类排放源,因此也就不可能最终消灭二噁英类物质,只能在综合考虑环境、经济、人体健康风险等多种因素的前提下采取措施,尽量减少二噁英的环境释放。

原标题:周末科普贴:垃圾焚烧与二噁英的那些事儿

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