危废焚烧过程中有害物质的控制与减排技术研究

摘要：危险废物焚烧处理是当前废物处置的重要手段之一，具有减量化、无害化和资源化的特点。然而，焚烧过程中可能产生有害物质，如二噁英、酸性气体和重金属，这对环境和人类健康造成潜在威胁。本文从危废焚烧过程中有害物质的产生机制、控制策略和减排技术入手，分析现阶段的技术难点，探讨未来发展方向，为提升危废焚烧处理的环保水平提供技术支撑。

关键词：废危焚烧；有害物质；减排技术

1引言

随着工业化和城市化的快速推进，危险废物的种类和数量不断增加，其处理处置成为环境管理的核心问题之一。焚烧技术作为危废处置的主要方式，具有体积减小、能量回收的优点，但不可避免地产生二次污染物。如何有效控制和减少焚烧过程中有害物质的排放，是提升危废焚烧处理效率和环保水平的关键。

2危废焚烧过程中有害物质的产生机制

2.1二噁英类物质的产生机制

二噁英类物质（主要包括多氯二苯并对二噁英和多氯二苯并呋喃）是焚烧过程中的典型持久性有机污染物，具有强毒性、生物累积性和环境持久性。其生成机制主要包括以下两个方面：

燃烧阶段的不完全氧化：在焚烧炉中，当危险废物含有氯化物、有机物且燃烧条件不充分时，容易生成二噁英类物质。不完全燃烧会导致中间产物在高温下进一步反应生成二噁英。此外，燃烧室内气流分布不均和燃烧时间不足也会增加二噁英的生成风险。

冷却阶段的飞灰催化合成：二噁英类物质在焚烧烟气冷却过程中，通过“后合成反应”大量生成。温度区间200℃-500℃是后合成反应的高风险温度范围，在此区间内，飞灰中的金属催化能够促进二噁英的形成。研究表明，飞灰的化学成分、颗粒大小和表面特性均对后合成反应有显著影响。

2.2酸性气体的产生机制

酸性气体是危废焚烧过程中另一类典型的污染物，主要包括氯化氢、二氧化硫、氟化氢等。这些气体不仅对大气环境造成酸化影响，还可能腐蚀焚烧设备，增加运行维护成本。酸性气体的生成机制如下：

含氯废物的分解：危废中常含有含氯有机物或无机氯化物。在高温条件下，这些含氯物质会分解并与氧气反应生成氯化氢气体。例如，聚氯乙烯在焚烧过程中首先脱氯化氢，然后通过链式反应生成有机碳氧化物和氯化氢气体。

含硫废物的燃烧：废物中的硫化物或硫酸盐在焚烧过程中与氧气反应生成二氧化硫气体。在某些高硫含量废物的焚烧中，二氧化硫排放量显著增多，可能需要额外的烟气脱硫装置进行控制。

其他酸性气体的生成：含氟、含磷物质在焚烧中也可能生成氟化氢和磷氧化物等酸性气体。虽然生成量通常低于HCl和SO₂，但其危害性不容忽视。

2.3重金属的迁移与转化机制

重金属污染是危废焚烧处理中的重要挑战，其生成和迁移机制主要涉及高温挥发、飞灰吸附和烟气夹带等过程。

高温挥发与冷凝：某些重金属在焚烧温度下会以气态形式挥发到烟气中。汞的挥发性尤其强，几乎全部转化为气态汞。而挥发后的重金属在烟气冷却过程中可能凝结为微小颗粒，与飞灰结合，形成次生污染物。

固相重金属的迁移：非挥发性重金在焚烧过程中通常以氧化物或硫化物的形式残留在炉渣中。这些固相重金属在高温下可能与其他物质反应形成易溶性化合物，增加其环境迁移风险。

飞灰对重金属的吸附：飞灰表面具有较大的比表面积和丰富的活性位点，能够吸附部分挥发态重金属。吸附能力受飞灰成分和焚烧条件的影响。研究显示，含碱性化合物较高的飞灰对重金属的吸附能力较强，但吸附重金属的飞灰需要进一步处理以防止二次污染。

3有害物质的控制策略

3.1优化燃烧条件

燃烧温度控制：燃烧温度是影响二噁英类物质生成的重要因素。一般情况下，将焚烧炉温度控制在850℃以上（优选850℃-1100℃）可以破坏二噁英的分子结构，从而减少其生成。同时，高温环境有助于提高有机废物的完全燃烧效率，减少未燃尽颗粒物的排放。

充分氧化燃烧：合理分配焚烧炉内的一次风和二次风，确保氧气的充分供给，可降低因不完全燃烧产生的碳氢化合物、中间产物和一氧化碳的浓度。通过优化空气流场分布，避免燃烧区域出现氧气不足或过剩，有助于减少污染物生成。

停留时间延长：在燃烧室中适当延长烟气停留时间，使燃烧过程更加完全。研究表明，二噁英类物质在高温区停留时间超过2秒，可以大幅降低其浓度。同时，这一措施也能够有效减少有机污染物的未完全氧化排放。

焚烧炉设计改进：采用先进的焚烧炉型，如回转窑焚烧炉和流化床焚烧炉，可显著提升燃烧效率。其中，流化床焚烧炉能够提供均匀的燃烧环境，减少局部温差及氧气不均匀分布现象，有利于控制污染物生成。

3.2烟气净化系统

干法、半干法和湿法脱酸技术

干法脱酸：通过向烟气中喷射干燥的碱性吸附，中和酸性气体如HCl和SO₂，形成固体盐类，适用于中小型焚烧厂。

半干法脱酸：在吸附剂喷射的同时引入一定量的水分，以提高反应效率并降低吸附剂的消耗量。

湿法脱酸：通过碱液洗涤烟气来去除酸性气体，具有较高的脱除效率，但需处理产生的废液。湿法脱酸常用于大型焚烧厂，特别是对SO₂浓度较高的工况。

活性炭喷射与吸附技术：在烟气进入除尘设备前，喷射粉末状活性炭或活性炭纤维，以吸附二噁英类物质及重金属。活性炭具有高比表面积和优异的吸附性能，是当前控制二噁英排放的主流技术之一。被吸附的污染物通过后续飞灰收集装置处理，从而实现污染物去除。

高效过滤与催化分解技术

袋式除尘器：过滤烟气中的颗粒物和吸附在飞灰上的重金属及二噁英，具有较高的颗粒物去除效率。

催化分解技术：在脱酸装置后设置二噁英分解催化，将二噁英分解为无毒的二氧化碳和水，有效降低其排放浓度。

重金属捕集技术

通过在烟气中引入专用捕集，重金属蒸汽可被快速转化为不挥发的化合物并沉降到飞灰中。此外，冷凝装置的应用可回收部分挥发性金属，如汞。

3.3飞灰管理与资源化利用

固化/稳定化处理：通过添加水泥、石灰或专用固化剂，将飞灰中的重金属固化或转化为难溶性的矿物结构，降低其浸出毒性。这种方法简单易行，是当前飞灰处理的主流技术之一。

高温熔融技术：利用高温将飞灰中的重金属熔融转化为玻璃态物质，从而减少重金属的溶出风险。该技术能有效消除二噁英并减少飞灰体积，但能耗较高。

资源化利用：部分飞灰经过无害化处理后，可作为建筑材料的原料，如制备水泥、混凝土或砖块。资源化利用不仅能够减少废弃物排放，还可实现经济价值的回收。

4减排技术的研究进展

4.1焚烧前的废物预处理技术

废物分类与分选：通过自动化分选设备对废物进行物理分离，剔除不适合焚烧处理的组，以提高焚烧热值并减少污染物排放。例如，通过人工智能辅助的识别系统，可对含氯和含重金属物质进行高效分拣，从源头减少污染物的生成潜力。

脱氯和脱硫技术：通过化学处去除危险废物中的氯化物和硫化物，可以显著减少HCl、SO₂等酸性气体以及二噁英类物质的生成。例如，近年来开发的液相脱氯技术利用低毒性溶剂实现了对含氯废物的高效处理，同时减少了工艺的二次污染。

固体废物稳定化：对于含重金属的固体废物，通过添加稳定剂将重金属转化为难溶性的矿物结构，从而在焚烧过程中抑制重金属的挥发和迁移。

4.2焚烧过程中的优化技术

先进燃烧控制技术

动态燃烧优化系统：通过传感器实时监测焚烧炉内温度、压力、氧气浓度和燃烧产物成分，利用人工智能算法自动调整燃烧条件，提高燃烧效率并抑制污染物生成。

分级燃烧技术：采用一次风和二次风分级供氧的方式，减少局部过氧或缺氧的现象，从而抑制NOₓ和二噁英的生成。

低温氧化技术：在燃烧过程中引入低温氧化，可在中温区有效破坏二噁英类物质的分子结构，从而减少其排放。此外，低温氧化技术对设备改造需求较低，适合现有焚烧设施的升级改造。

流化床焚烧技术：流化床焚烧炉通过均匀分布的燃料和助燃剂，提供更稳定的燃烧环境。近年来，流化床焚烧技术的进一步优化如高效气固分离装置和智能控制系统的应用，大幅提升了燃烧效率，并降低了污染物排放量。

结论

危险废物焚烧过程中有害物质的控制与减排是一项复杂且重要的任务，关系到环境保护与公众健康。通过优化燃烧条件、采用高效烟气净化技术以及开发新型减排技术，可显著降低污染物排放水平。未来，需进一步加强智能化管理与多污染物协同控制技术的研究，同时完善政策法规，推动危废焚烧处理行业的可持续发展。

参考文献

[1]李文瀚.危险废物焚烧过程中重金属与氟的迁移转化及污染控制机理研究[D].浙江大学，2020.

[2] 我国危险废物处置技术浅析[J]. 章鹏飞;李敏;吴明;崔洁.能源与环境，2019（04）.