垃圾焚烧厂启炉阶段二恶英排放不容忽视

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原文始发于微信公众号( 天下无焚 ):垃圾焚烧厂启炉阶段二恶英排放不容忽视

 

201512月,国际著名学术期刊Chemosphere刊载了台湾“国立”中央大学和大陆浙江大学两校研究人员合作的一篇有关生活垃圾焚烧厂二恶英(PCDD/Fs)排放的论文。作者在文中指出通过传统的烟道采样方法(每年采样一次,每次采样3-6小时)得出的PCDD/Fs年度排放结果并不能有效代表焚烧厂全年运行的情况——包括启停炉工况和时有发生的燃烧故障。

根据之前台湾环保署(Taiwan EPA)的调查,启炉阶段PCDD/Fs的排放量要显著高于焚烧厂正常工况下的排放量。为了调查启炉阶段和正常工况下生活垃圾焚烧厂的二恶英排放情况,研究人员自主研发了一套连续采样装置,这套装置符合美国环保署的相关方法标准(U.S. EPA Method 23),经实践证明能方便、有效且可信地搜集过渡状态下生活垃圾焚烧厂的排放数据。

论文的研究对象位于台湾北部,是一座具有两条生产线、处理能力为600/天的大型生活垃圾焚烧厂。焚烧厂的空气污染控制措施包括选择性非催化还原工艺、半干吸收器以及活性炭喷射+袋式过滤系统。

研究人员分别于201110121025日和2012425201258日进行了两轮启炉阶段的采样活动。各采样点分别位于每个空气污染控制装置的入口和出口处:1号采样点(SP1)位于半干吸收器的入口、2号采样点(SP2)位于活性炭注入+袋式过滤系统的入口、3号采样点(SP3)位于尾气排放的烟道内,各点的位置如图1所示。

垃圾焚烧厂启炉阶段二恶英排放不容忽视

 图1 采样点分布图

 

研究发现,在正常运行的条件下,SP1PCDD/F浓度是7.35 ng I-TEQ/Nm3,明显高于排放限值(0.1 ng I-TEQ/Nm3),而经过半干吸收器(SP2)后PCDD/F浓度显著下降至2.27~3.21 ng I-TEQ/Nm3(平均值为2.87±0.42 ng I-TEQ/Nm3)。再经过活性炭喷射+袋式过滤器系统之后,进入烟道的尾气中PCDD/F浓度更降至0.042~0.065 ng I-TEQ/Nm3,达到了排放限值的要求。

有意思的是,在半干吸收器的入口处,PCDD/Fs无论是以毒性当量计还是以总质量计,均主要存在于气相中,而经过半干吸收器的处理之后,尽管气相中的PCDD/Fs仍对毒性当量贡献较多,但固相和气相中的PCDD/Fs的浓度已相差不大,说明已有相当一部分的二恶英从气相转移到了固相中。

经过活性炭喷射+袋式过滤器系统之后,PCDD/Fs的去除效率达到了98.1%,气相和固相PCDD/Fs的除去率分别是97.6%98.9%。进一步的研究发现,气相中的PCDD/Fs主要是氯含量较低的PCDD/F同系物,而固相中则主要是氯含量较高的PCDD/F同系物,这是因为氯含量较高的同系物沸点要高于氯含量低的同系物(图2)。

垃圾焚烧厂启炉阶段二恶英排放不容忽视 图2 生活焚烧厂垃圾正常运行条件条件下活性炭注入和袋式过滤系统入口和出口处PCDD/Fs毒性当量(TEQ)在气相和固相的分布情况(横坐标为二恶英同系物,纵坐标为TEQ分布百分比)

 

不同于正常运行时的情况,启炉阶段焚烧厂排放烟气中的PCDD/F浓度会随运行时间的增加,呈现出明显下降的趋势。由图3、图4可以看出,第1轮采样期的第1次采样(No.1-1)及第2轮的第1次(No.2-1)采样的PCDD/Fs浓度有着显著的不同,分别是0.5251.45 ng I-TEQ/Nm3,但两者均远高于排放限值。直到启动后的第12天(第1轮采样期)和第9天(第2轮采样期),烟气PCDD/Fs浓度才降到了排放标准的限值之下。


通过对排放量的计算发现,由于No.2-1 PCDD/Fs排放浓度最高,这一天的PCDD/Fs排放量也是所有连续采样过程当中的最高值,达到了3.00 mg I-TEQ。不过,从No. 2-1No. 2-3过程中,PCDD/Fs的排放浓度经历了快速的下降(从1.45 ng I-TEQ/Nm3降至0.142 ng I-TEQ/Nm3),这一快速的下降过程最终使得两轮采样期的总排放量彼此相近,分别为5.40(第1轮)和5.51(第2轮)mg I-TEQ

 图3. 第1轮采样期PCDD/Fs排放浓度随时间的变化(横坐标为启动之后的天数,左侧纵坐标为PCDD/Fs浓度,右侧纵坐标为TEQ在气固两相中的分布百分比)


垃圾焚烧厂启炉阶段二恶英排放不容忽视图4. 第2轮采样期PCDD/Fs排放浓度随时间的变化(横坐标为启动之后的天数,左侧纵坐标为PCDD/Fs浓度,右侧纵坐标为TEQ在气固两相中的分布百分比)

 

由于所调查的垃圾焚烧厂每年需要进行两次维护,即意味着每年需要经历两次启炉工况,因此每年启炉阶段的PCDD/Fs排放量便达到10.91 mg I-TEQ。作者以此为基础,再根据2011年所报道的台湾平均每台焚烧装置(incinerating unit)的年启炉次数为4.75,由此可以计算出每台焚烧装置每年在启炉阶段产生的PCDD/F排放量为25.9 mg I-TEQ。又,根据正常工况下的排放浓度(0.056 ng I-TEQ/Nm3)、气流量(86160 Nm3/小时)和运行时间(7522小时/年),可计算出每台焚烧装置在正常工况下每年产生的排放量为36.2 mg I-TEQ。由此可见,垃圾焚烧厂启炉阶段二恶英排放量对二恶英总排放量有着重要的贡献。

 

中英文对照注释

Municipal waste:生活垃圾

Max. capacity:最大处理能力

Heat Exchanger:热交换器

Bottom ash:底灰

Slurry:浆料

Semi-dry absorberSDA):半干吸收器

SDA ash:半干吸收器灰渣

Activated carbon injectionACI+BF):活性炭喷射

Bag filterBF):袋式过滤器

BF ash:袋式过滤器灰渣

IDF:引风机

Stack:烟道

Inlet of ACI+BF system:活性炭喷射+袋式过滤器系统入口

Out of ACI+BF system:活性炭喷射+袋式过滤器系统出口

Vapor phase:气相

Solid phase:固相

Continuous monitor:连续监测

Emission standard:排放标准

 

编译:夏志坚、毛达 2017317

文献来源:Hung P C, Chang S H, Buekens A, et al. Continuous sampling of MSWI dioxins[J]. Chemosphere, 2016, 145:119-124.


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