二恶英的生成机理及其控制技术

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二恶英的生成机理及其控制技术
城市生活垃圾是人类活动的伴随产物。随着城市人口增加和城市生活水平的提高,城市生活垃圾产量日益增长。日益增加的城市生活垃圾严重污染人类生活环境。如何实现城市生活垃圾无害化、减容化和资源化的“三化”处理已成为全世界关注的焦点。在常见的垃圾处理方法中,垃圾焚烧由于处理垃圾的无害化彻底,减容化程度深以及可能源化利用等优点而成为当今城市生活垃圾处理的主流。但是,垃圾焚烧容易产生二次污染,特别是产生的二恶英类剧毒物质对环境造成很大的危害,如何有效控制二恶英类物质的产生与扩散成为目前垃圾焚烧理论研究和技术开发的热点。
固体废弃物焚烧处理已有非常悠久的历史。在经济发达国家已获得了广泛的应用。日本、瑞士、丹麦、荷兰等国家50%一80%的城市生活垃圾均已采用了焚烧的方法进行处理、而对于有毒有害的可燃工业垃圾。更是已广泛采用焚烧的办法进行处理。九十年代初期。焚烧过程中所产生二恶英污染逐渐引起了各国政府的重视.尤其是1990年8月日本放送协会(NHK)多次就二恶英的污染问题进行了报道。引起了政府和民众的严重关注,甚至有些地方的居民因担心二恶英的危害而要求政府关闭了废物焚烧厂。
近十年来。工业发达国家对二恶英的形成原因及控制机理进行了深入地研究和探索。而在我国.固体废弃物焚烧处理才刚刚起步.二恶英的污染问题却由于前些时候的,,比利时污染鸡事件”为广大民众所熟知*因此。进一步加强二恶英形成及控制机理的研究已成为我国废物焚烧行业加速发展的重要课题。
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二恶英
二恶英。英文名称为Dioxin,台湾译为戴奥辛.是指由一个或两个氧键连接两个苯环的有机氯化物。二恶英—般可分为两类:一类为多氯代二苯并一对一二恶英(PCDDs);另一类为多氯代二笨并呋喃(PCDFs).分子结构通式如下:
二恶英物质共有210种化台物。其中毒性明显的有l7种(PCDDs有75种异构体,毒性明显的异构体7种;PCDFs有135种异构体,毒性强的有l0种).是世界上已知毒性最强的化合物,其致癌性超过,目前被列为一级致癌物。在l7种毒性明显的二恶英当中。彼此毒性度也相差1000倍。其中以2,3,7,8——二氯二苯并二瑶英(TCDD:Tetra—Chlori—nated Dibenzo一p—Dioxins)的毒性最贵阳景点排名大全集
强,对天竺鼠的LD50(半数致死量:能用致50%受试验动物死亡的药剂量)仅为0.6ng/g,毒性约为NaCN的一万倍,是目前所知的毒性最强的化学品,被称作“世纪之毒”。其化学分子式如下:
在国际化学与应用化学联合会规定的二恶英国际毒性当量系数TEF中.把TCDD 的TEF定义为1.0,其它16种的TEF分别为0.00l—0.5,由于二恶英类物质毒性极大,故它们的量以皮克或纳克来计量。TCDD具有很低的蒸汽压,25℃时仅为2.3e-4Pa,熔点为305℃,在水中的溶解度仅为0.2ng/L,热稳定性极好,即使温度高达700C也不会分解.生物降解能力差;由于其高亲脂性且能溶于水.故易进
入生物体并经食物链积累。曾发现污染区藻类体内的浓度为水中浓度的千倍以上.水蚤及鱼体内的浓度更为水中浓度的万倍以上。由于二恶英所特有的稳定性和长期残留性.所以它是废弃物中需要特别注意的有害成分。
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二恶英在空气中的存在形态可能是气体,也可能是气溶胶或颗粒物,通过大气的气流作用分布于人类的生活环境之中。二恶英首先会污染大气,然后沉积到
携程旅行下载app地表,进入食物链,最后达到在人体内的积累。世界上90%的人通过食物摄入了一定量的二恶英。
美国环境保护署(EPA)在1994年9月向公众发表了一份报告,在报告中清楚的描述了
二恶英是人类健康的严重威胁.可以与60年代的DDT相比。根据美国环境保护署的报告没有一个人接触二恶英的“安全”水平.但在普通美国人体内发现的二恶英和二恶英类的化合物的水平已经达到或接近于可以对人体健康产生不利影响的水平。美国环境保护署的报告证实二恶英是一种致癌物。接触二恶英也可以引起严重的生殖和发育问题,它也可以影响免疫系统和扰乱激素水平的调节。国际癌症研究中心(IARC)——世界卫生组织的一部分——1997年2月14日宣布,毒性最大的二恶英,“2.3.7.8一TCDD”。现在被认定是一种致癌物。二恶英还是三氯苯氧基醋酸的主要有毒成分,三氯苯氧基醋酸在
纽约的尼加拉瓜大瀑布的Love运河发现,并且是从密苏里州的Times海滩和意大利的Seveso撤离的根据。法国国家卫生与医学研究所最新完成的一项研究显示。二恶英的危害远远比过去人们所了解的要严重得多。在法国环境部和国家卫生总局的要求下,法国国家卫生与医学研究所进行了这项名为“环境中二恶英对人体危害”的研究。在让娜·埃蒂安布勒的组织协调下。该所15位专家阅读了大量科技文献,并对近年来有关二恶英污染的各类资料进行了细致分析。结果发现.长期生活在二恶英含量严重超标环境下的人。不但容易健患各类癌症.而且容易发生心血管病、免疫功能受损、内分泌失调、流产或精子异常等。研究人员在日前公布的报告中说,二恶英是一类由碳、氢、氧及卤族元素组成的环状分子,它们不易挥发、不易溶于水,但却溶于油脂。进入人体后极易留存。他们强调说.人体中的二恶英有95%是通过饮食渠道摄入的.而在通过饮食进入人体的二恶英中.有26.2%是通过海产品摄入的。20.2%是通过黄油及其他脂类制品摄入的。19.8%是通过奶制品摄入的,15%是通过肉类食品摄入的。9.3%是通过水果和蔬菜摄入的,6.1%是通过蛋类或其制品摄入的.还有3.4%是通过粮食摄入的。
在小垃圾焚烧厂一度风行的日本,二恶英对附近居民造成了巨大的影响。日本政府厚生省1999年8月表示,在妇女的人奶内发现致癌物质二恶英,而且含量很高.是婴儿可容许每日最高吸收量的26倍。厚生省是对日本各地415名刚在三
十日前分娩的妈妈进行调查后,发现人奶内每l克的脂肪中,便平均有22.2pg 的二恶英。而一个人每
日吸收二噶英的安全水平。是每一公斤体重之中最多只有4pg二恶英。不过,对妇女所进行的调查显示,婴儿可能平均每日从人奶中吸收了大约l03.6pg二恶英。日本是工业化国家中受二恶英污染最严重的国家之一.厚生省的调查报告中没有解释人奶中含大量二恶英的原因,但日本地少人多,大部分垃圾都是由焚化处理。所以当地的绝大多数居民认为是由于焚烧废物而产生的高二恶英含量的微粒污染了食物。
二恶英的危害目前已引起世界各国的重视。一些发达国家已相应制定了二恶英的控制标准。我国国家环保总局于今年!月29日发布了《生活垃圾焚烧污染控制标准》,其中在生活垃圾焚烧厂污染排放限值中,明确二恶英排放值不大于1.0ngTEQ/Nm3,并从今年6月1日起,在我国北京市、上海市、广州市和深圳市试行,2003年6月1日起在全国执行。
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二恶英不是自然环境中自发产生的化学物质,也不是人们有意生产的产品。到目前为止,人们还没有发现它具有什么实际的使用价值。二恶英通常是在许多含氯的工业处理
过程中作为一种无意识副产品被合成的。是化工生产和城市垃圾及有毒有害废弃物焚烧过程中所产生的副产品.存在于使用或生产有关化学产品的废水和废弃物以及焚烧烟气之中。可能产生二恶英的过程通常包括焚化垃圾、化工和杀虫剂制造业、纸浆和纸的漂白等。由于生活垃圾和工业废弃物中含有
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大量塑料制品、氯化物等.在含氯废物的不完全燃烧过程中与其它物质化合生成二恶英。因此,生活垃圾焚烧所产生的烟气可能是产生二恶英污染的主要来源之一。
废物焚烧所产生的废气及飞灰中常含有二恶英等有毒物质。德国曾测出焚烧炉废气之
PCDD/PCDF浓度平均为1.43e-8/Nm3,美国测出资料为3.5e-9g/Nm3,据估算焚比
1公斤垃圾可产生0.5e-9至2.5e-7g的PCDD/PCDF,而其中最具毒性之2,3,7,8一TCDD占全部PCDD之5%。
八十年代以前人们认为减少二恶英之办法须维持焚化温度800C一950℃,废气
体积含氧比6%以上。停留时间0.3秒以上。随着人们对二两英危害的认识深入,期望进一步提高焚烧温度以期完全分解二恶英.有的国家提出了更高的要求.如加拿大焚烧炉设计指导性参数就规定焚烧炉最低温度为1000C.最低停留时间1秒钟。有的公司甚至把焚烧温度提高列1300℃一1500℃,停留时间也从1秒提高到2秒。目前尚未见到二恶英分解与焚烧温度、停留时间的关系的实验数据。然而深入地调查研究表明,事情并非如此简单。根据日本的研究成果.废物焚烧过程中产生的二恶英可分为以下两类:
1.废物里的含氯有机构在焚烧炉内的分解、燃烧过程中由于温度的不均衡而产生的二恶英。
2.废物焚烧过程中由于不完全燃烧所产生的苯、氯苯等物质在锅炉或静电除尘器内.在
HCl、CuCl2和游离碳的催比作用下再合成的二恶英。
据日本有关实验证明.在焚烧工艺中.二恶英再合成的温度为250℃一300℃;而且做为PCDD/PCDF生成源,CuCl2与其它金属氧化物相比是高于其它金属氧化物数百倍的二恶英再合成催化剂。由实验结果可知CuCl2与未燃尽碳元素在dioxin再合成过程中起着非同小可的作用。
日本茬原公司采用30吨/天废物燃烧装置进行了分割切碎废弃物的燃烧试验,其结果证明了烟气中HCI的产生量受残氧浓度的影响。当残氧浓度为0时HCl的产生量为8000ppm,大约是理论发生量。当残氧浓度为11%(通常燃烧状态)时.HCl产生量降至1000PPm。通过调查分析袋滤器中灰的成分可判明其含有氯离子l0.6%,形成CuCl2。同时还发现其二恶英的再合成倍率为数十倍至数百倍。
根据上述资料,我们可以认为二恶英的生成过程如下:
由于上述过程中的中间反应过于复杂,我们目前还很难对其进行详细的定量分析.但我们也可以看出上述反应过程基本符合二恶英生成过程中的各种定性的表现,因此我们可以以该反应过程为假设进行更进一步的分析,并依靠推论结果的验证来反证上述假设反应过程的成立。
根据上述反应过程,二恶英的生成有四个最基本的条件.即氯、氧、温度和催化剂。每一基本条件的
作用情况现简述如图3。

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