危废焚烧过程中二噁英和颗粒物的生成机理以及重金属迁移特征探究

王 琛，许继云，邵宁宁，张作泰，蔡宗苇

（1.南方科技大学环境科学与工程学院，广东 深圳 518055；2.香港浸会大学环境与生物分析国家重点实验室，香港；3.中国光大绿色环保有限公司，广东 深圳 518000）

译者：王 琛；审查： 张作泰；单位：南方科技大学

1 研究亮点

*首次通过在实际危废焚烧厂进料中添加含氯前驱物，评价急冷塔的二噁英抑制效果；

*发现焚烧废物中含大量前驱物时二噁英的主要生成路径为飞灰表面的催化氯化反应；

*通过TEM-EDS 技术，首次报道危废焚烧过程中产生的8 类一次颗粒物及其形貌特征、元素组成；

*结合单颗粒形态及重金属迁移特征，首次提出颗粒物在危废焚烧过程中的4 种生成路径。

2 背景

近年来，快速的工业化进程致使我国危险废物产生量剧增。危废焚烧技术具有减量化、无害化、热能回收率高等优点，目前在我国广泛应用。然而，由于危废成分复杂，且焚烧设备中的大气污染控制技术尚未完全成熟，致使该过程极易产生二噁英、重金属及颗粒物等二次污染。因此研究上述污染物的生成机理可为二次污染的防控减排提供重要理论支持。

3 研究方法

选取江苏某新建危废焚烧厂，在其性能测试期间分两个阶段添加萘及氯苯等前驱物，并在中途设置对照组，采集急冷塔前后及烟囱口处烟道气样品，探究二噁英在不同进料条件下的生成机理并评估急冷塔对二噁英的抑制效率；采集焚烧车间内颗粒物，通过单颗粒成像技术识别并归纳危废焚烧产生的一次颗粒物类型、成分；分析飞灰、底渣、烟道气中重金属含量，探究其在焚烧过程中的迁移特性。

4 主要研究结果

排放口烟道气中二噁英浓度分别为0.02 ng/m3（加萘组），0.72 ng/m3（空白对照组） 和0.83 ng/m3（加氯苯组），说明实际焚烧过程中，二噁英排放量或因进料成分变化、产生解吸附性记忆效应等原因而超出GB 18484—2001 危险废物焚烧污染控制标准（0.5 ng/m3）。值得注意的是，加氯苯组烟气中二噁英浓度从急冷前的0.15 ng/m3飞升至急冷后的1.61 ng/m3，说明急冷塔在进料前驱物含量高时无法有效抑制二噁英的生成。且由于从头合成的反应速率比前驱物-表面催化氯化反应约慢100 倍，可见前驱物-表面催化氯化反应是该阶段中二噁英的主要生成路径。

通过TEM-EDS 技术，识别出焚烧车间内的8 类单颗粒物，分别为球形有机粒子、烟尘集合体、富钾、富硫、富钠、富铁、矿物和飞灰粒子。重金属迁移特性研究表明汞、镉、铅主要通过蒸发-凝结-吸附富集于飞灰当中，而低挥发性金属如铬、铜、锰、镍大部分富集于底渣中。结合烟气中各工段颗粒物成像结果及重金属迁移特性，提出4 种主要的颗粒物生成路径，分别为不完全燃烧的芳香烃类聚合形成烟尘聚合物；链状烃部分氧化形成球状有机颗粒物；链状烃液化附着于预冷凝结成核的金属核表面；金属蒸气与S、N 元素氧化形成金属硫酸盐、硝酸盐类颗粒物。

5 结论与展望

为有效控制二噁英排放，该研究建议严格控制危废焚烧厂进料氯含量、优化配伍，并定期进行除尘装置内部清灰以降低记忆效应。此外通过单颗粒成像，对危废焚烧过程中的职业暴露风险评估提供理论依据。