垃圾焚燒的主要污染物

1、垃圾焚燒的主要污染物前言垃圾焚燒處理的目的是將生活垃圾經(jīng)高溫氧化處理，使其對(duì)人類(lèi)的危害最小，最大限度地實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化和資源化的目標(biāo)。但是如果垃圾焚燒處理不當(dāng)，污染物排放將不達(dá)標(biāo)，則固態(tài)污染轉(zhuǎn)化為氣態(tài)污染或其他形式的污染繼續(xù)危害環(huán)境，影響人們的健康。垃圾焚燒所產(chǎn)生的污染物主要有SO2、HCl和HF、NOx、CO、可吸入顆粒物（IP）、二惡英類(lèi)（PCDD/Fs）、重金屬等。本文將介紹一些國(guó)家和地區(qū)關(guān)于垃圾焚燒污染物排放的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)總結(jié)了這些污染物對(duì)人體的危害。1垃圾焚燒的污染物原始濃度及排放標(biāo)準(zhǔn)垃圾焚燒處理時(shí)的二次污染物濃度與焚燒爐結(jié)構(gòu)、燃燒組織以及垃圾成分等有關(guān)，表1給出了垃圾焚燒爐排放的主

2、要二次污染物濃度。為了降低垃圾焚燒二次污染物的危害，焚燒煙氣必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理后才能排放，飛灰捕集主要采用布袋除塵器（早期焚燒爐也采用電除塵器）；對(duì)SO2和HCl主要采用干法、半干法、濕法等脫除手段進(jìn)行減排；對(duì)NOx可用選擇性或者非選擇性催化還原處理煙氣或在燃燒室通過(guò)燃燒組織優(yōu)化抑制NOx生成等方法控制其排放；對(duì)重金屬和PCDD/Fs可用活性炭吸附處理。總之，焚燒煙氣在排放前必須經(jīng)過(guò)必要的工藝方法進(jìn)行處理。鑒于各國(guó)對(duì)環(huán)保的重視程度不同，技術(shù)水平也存在差異，不同國(guó)家和地區(qū)的垃圾焚燒排放標(biāo)準(zhǔn)也不同。表2列舉了一些國(guó)家和地區(qū)垃圾焚燒煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)。從排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)比我國(guó)嚴(yán)格。表3給出了

3、目前我國(guó)已建成的一些垃圾焚燒爐的排放現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果或設(shè)計(jì)值，從表中可以看出：在我國(guó)CO排放與發(fā)達(dá)國(guó)家的指標(biāo)差距比較大，一方面是由于我國(guó)的垃圾焚燒爐和國(guó)外相關(guān)技術(shù)在燃燒組織上相比還存在一定差距，另一方面是因?yàn)槲覈?guó)垃圾熱值低、水分高，以及輔助燃料（油）投入量少；SO2、NOx的排放也存在著同樣的問(wèn)題；在煙塵的排放方面差距不大，這與國(guó)內(nèi)布袋除塵器技術(shù)相對(duì)比較成熟有關(guān)。表1垃圾焚燒爐產(chǎn)生的原始有害物質(zhì)濃度2污染物的危害垃圾焚燒二次污染物的危害性，從毒理學(xué)上主要表現(xiàn)在致癌、導(dǎo)致人體呼吸道和內(nèi)臟疾病等，下面分別討論。2.1二氧化硫（SO2）SO2是一種有刺激性氣味的氣體，屬中等毒性物質(zhì)它對(duì)人體健康的影響主要

4、是刺激眼和鼻腔等粘膜。由于SO2易溶于水，吸入后易被鼻腔和上呼吸道粘膜吸收，而不易進(jìn)入肺部。但如果空氣中含有各種顆粒物，則SO2可以吸附于顆粒物表面而深入呼吸道內(nèi)部?？諝庵胁煌瑵舛萐O2對(duì)人體健康的影響見(jiàn)表4。表2一些國(guó)家垃圾焚燒排放標(biāo)準(zhǔn)比較 單位mg/Nm3表3國(guó)內(nèi)垃圾焚燒爐排放情況表4不同濃度SO2對(duì)人體健康的影響2.2氮氧化物（NOx）氮氧化物通常指一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2），其中NO在空氣中能與氧（O2）或臭氧（O3）生成二氧化氮。NO本身無(wú)刺激性，但它作用于動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在高濃度下（如3057mgjm3）NO幾分鐘即可引起動(dòng)物麻痹和驚厥，甚至死亡。它還能和血紅蛋白結(jié)合

5、，形成亞硝基血紅蛋白，使血液中高鐵血紅蛋白含量增加，導(dǎo)致紅細(xì)胞攜帶氧的能力下降。NO2是刺激性氣體，在陽(yáng)光作用下能形成NO和O3，其毒性為NO的45倍。不同濃度的NO2對(duì)人健康的急性影響見(jiàn)表5。表5不同濃度NO2對(duì)人健康的急性影響2.3一級(jí)化碳（CO）CO是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)刺激性的有毒氣體，吸入人體的CO通過(guò)肺泡進(jìn)入血液，與血紅蛋白結(jié)合生成碳氧血紅蛋白（COHb）。CO與血紅蛋白結(jié)合力比氧與血紅蛋白的結(jié)合力大200300倍，而碳氧血紅蛋白的離解速度僅為氧合血紅蛋白離解速度的1/3600,所以CO可降低紅細(xì)胞的攜氧能力。碳氧血紅蛋白還有抑制、減緩氧合血紅蛋白離解釋放氧的作用。CO中毒的程

6、度主要取決于血液中COHb的飽和濃度，COHb飽和度達(dá)7時(shí)，發(fā)生輕度頭昏；12時(shí)，發(fā)生中度頭昏與眩暈，25時(shí)，嚴(yán)重頭痛；4560時(shí)，發(fā)生惡心、嘔吐與昏迷：90時(shí)死亡。2.4氯化氫（HCl） HCl是無(wú)色有刺激性氣味的發(fā)煙性氣體，它的毒性很強(qiáng)，空氣中容許濃度為5ppm，即使少量也會(huì)刺激眼睛、皮膚和粘膜。HCl對(duì)人體健康的影響見(jiàn)表6。表6空氣中HCl濃度對(duì)人體健康的影響2.6可吸入顆粒物和重金屬垃圾焚燒排放的煙是指燃燒不完全的直徑小于1m的碳粒，塵是指直徑大于1m的碳粒、工業(yè)粉塵和自然灰塵。顆粒粒徑小于等于10m者能長(zhǎng)時(shí)間浮游在空中，被稱(chēng)為可吸入顆粒物。不同粒徑的可吸入顆粒物滯留在呼吸道的部位不同

7、。大于5m的多滯留在上部氣道，小于5m的多滯留在細(xì)支氣管和肺泡。顆粒物越小，進(jìn)入的部位越深。1m以下的在肺泡內(nèi)沉積率最高，但小于0.4m的顆粒能進(jìn)入肺泡隨呼吸氣體排出體外，故沉積較少。垃圾焚燒產(chǎn)生的可吸入顆粒物成分較復(fù)雜，除含有碳、二氧化硅、石棉外，還含有許多重金屬，如鉛、汞、鉻、鎳、鎘、鐵、鈹?shù)?，并具有很?qiáng)的吸附性，常吸附一些有害氣體和致癌性碳?xì)浠衔?，是多種有害物質(zhì)的載體，對(duì)人體危害較大。重金屬對(duì)人體的危害因元素的種類(lèi)不同而不同，但其在人體中都具有積累效應(yīng)，被吸入人體的重金屬極難排出，長(zhǎng)期接觸對(duì)人體的傷害極為嚴(yán)重。人體攝入的鉛進(jìn)入血液后，形成可溶性磷酸氫鹽及蛋白質(zhì)結(jié)合物，被運(yùn)送至肝、腎、脾

8、、肺、腦中。血鉛濃度對(duì)人健康的有害作用影響紅細(xì)胞?-ALAD活性，影響神經(jīng)系統(tǒng)、導(dǎo)致貧血、腦病等。長(zhǎng)期過(guò)量吸收鎘主要損害腎小管和干擾腎臟近端腎小管對(duì)蛋白質(zhì)的重吸收作用，引起蛋白尿、糖尿、氨基酸尿，并導(dǎo)致尿鈣及尿磷增加。國(guó)際癌癥研究中心認(rèn)為，鎘是人類(lèi)的致癌物，可引起肺癌、前列腺癌及腎癌。無(wú)機(jī)汞對(duì)人體損傷的部位，以肝臟和腎臟為主。無(wú)機(jī)汞的慢性中毒則常由于長(zhǎng)期少量的職業(yè)接觸而引起，其典型的臨床特征為易興奮、震顫、口腔-牙齦炎。鉻經(jīng)皮膚接觸可引起接觸性皮炎、濕疹、潰瘍、“鉻瘡”。鉻經(jīng)呼吸道進(jìn)入體內(nèi)，可引起鼻炎、鼻中隔穿孔、咽炎、支氣管炎、哮喘、肺氣腫等。經(jīng)消化道進(jìn)入體內(nèi)引起口腔炎、胃腸道的燒傷、肝腎損

9、害和繼發(fā)性貧血等。2.6二惡英類(lèi)（PCDD/Fs）PCDD/Fs是最近引起人們強(qiáng)烈關(guān)注的一類(lèi)有害物質(zhì)。在PCDD/Fs的210種同素異形體中，2,3,7,8-PCDD是毒性最強(qiáng)的一種。對(duì)于PCDD/Fs的同素異形體的毒性，相關(guān)學(xué)者在Geinea豬和老鼠身上做了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知，2,3,7,8-TCDD毒性最高，100只guinea豬，吸收2/kg體重的劑量后，30天后只有50只存活。從半數(shù)致死量來(lái)看，PCDD/Fs毒性相當(dāng)于氰化鉀毒性的50100倍，1滴PCDD/Fs即可殺死1000人。PCDD/Fs具有強(qiáng)致癌性，致肝癌劑量低達(dá)每公斤體重10ng，同時(shí)PCDD/Fs還具有免疫和

10、生殖毒性，作為內(nèi)分泌干擾物可能造成男性雌性化，這些毒性取決于體內(nèi)負(fù)荷。PCDD/Fs在動(dòng)物體內(nèi)半衰期較長(zhǎng)，2,3,7,8-PCDD半衰期小鼠為1015日，大鼠為1231日，而人則長(zhǎng)達(dá)510年（平均7年）。鑒于此，即使一次染毒，也可以在體內(nèi)長(zhǎng)期存在，如果長(zhǎng)期接觸就可造成體內(nèi)蓄積，長(zhǎng)期低劑量接觸可能造成嚴(yán)重?fù)p害。根據(jù)PCDD/Fs對(duì)人和試驗(yàn)動(dòng)物的肝臟毒性、生殖毒性和免疫毒性的研究數(shù)據(jù)，并綜合動(dòng)力學(xué)資料，WHO前后兩次制定了人體可接受的每日安全攝入量：1990年WHO規(guī)定每日安全攝入量為10pg/kg體重；1998年WHO根據(jù)獲得的最新毒性資料，尤其是對(duì)神經(jīng)發(fā)育和內(nèi)分泌毒性效應(yīng)，對(duì)二惡英的每日安全攝

11、入量修訂為14pg/kg體重。2.7垃圾焚燒污染物危害性比較以上分別敘述了垃圾焚燒中一些主要二次污染物的毒性，盡管這些污染物的毒性有強(qiáng)有弱，但不能忽略的另一個(gè)問(wèn)題是：毒性弱的物質(zhì)數(shù)量多，毒性強(qiáng)的物質(zhì)數(shù)量少，因而從對(duì)人類(lèi)及自然界的總體危害而言，有必要將毒性與數(shù)量同時(shí)考慮，以下舉例說(shuō)明。以一個(gè)1000t/d的垃圾焚燒廠(chǎng)為例，每噸垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣按4000Nm3估算，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)按我國(guó)的排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18485-2001）考慮，煙氣中各種污染物排放的達(dá)標(biāo)濃度分別為：二惡英為1TEQ-ng/Nm3、SO2為260mg/Nm3、NOx為400mg/Nm3、HCl為75mg/Nm3。在達(dá)標(biāo)排放條件下，該

12、廠(chǎng)每日從煙氣中釋放出的二惡英量為4mg,SO2為1040kg、CO為600kg、HCl為300kg,從排放數(shù)量上來(lái)看二惡英的排放量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)污染物。從危害性上來(lái)說(shuō)，假如將人置身于這種煙氣環(huán)境中，SO2的安全接觸時(shí)間為15min，HCl的安全接觸時(shí)間為1h，NOx的安全接觸時(shí)間也僅為幾個(gè)小時(shí)。如果按表7的半數(shù)致死數(shù)據(jù)2g/kg體重考慮，煙氣中PCDD/Fs將導(dǎo)致40人30日后半數(shù)死亡。如果按世界衛(wèi)生組織的安全攝入數(shù)據(jù)考慮，從毒性程度和數(shù)量上考慮，常規(guī)污染物的危害與二惡英相當(dāng)。如果按照半數(shù)致死量來(lái)考慮，常規(guī)污染物的危害尤甚。但是，是不是因?yàn)槔贌欧诺奈廴疚镂：θ祟?lèi)的健康就不能發(fā)展垃圾焚燒產(chǎn)業(yè)呢？這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)比較來(lái)給出答案。我國(guó)是能源消耗大國(guó)，目前燃煤火電裝機(jī)容量約25000萬(wàn)KW,按310g標(biāo)準(zhǔn)煤/kWh（發(fā)電效率按39估計(jì)）計(jì)算，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)每小時(shí)火電將消耗約77500噸標(biāo)準(zhǔn)煤，燃燒1噸標(biāo)準(zhǔn)煤釋放的煙氣量按10000Nm3估算，每小時(shí)向大氣釋放的煙氣量約7.8億Nm3。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB13271-2001）排放濃度：SO2濃度900mg/Nm3、NOx濃度400mg/Nm3考慮，每小時(shí)將向大氣釋放約700tSO2、310tNOx?？梢?jiàn)，火電排放的常規(guī)污染物總量是垃圾焚燒排放的上千倍。按1998年統(tǒng)計(jì)。美國(guó)垃圾焚燒釋放出的PCDD/Fs不足該國(guó)向環(huán)境中釋放PCDD/F