固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术(2)

固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术

固体废物焚烧二恶英的生成机制及其控制技术　

郑玉峰

2.1.3　前体物合成[2-5,8-12]　　许多研究证明二

恶英可能从前体物分子(氯酚、氯苯或者氯代联苯

等有机物)形成。国外已经对前体物合成过程进行过大量研究,许多研究者认为这是焚烧系统中形成二恶英的主要路线。前体物主要是焚烧过程中不完全燃烧及飞灰表面异相催化反应的产物,在相对

)区域产生,后来在低温区域进高温(400℃～750℃

一步反应形成二恶英。

前体物合成二恶英的途径可粗略分为四个主要步骤:①形成飞灰颗粒、不完全燃烧产物、CO、挥发份和有机基团;②、③;④部分二,进入烟气。

从头合成和前体物合成有一些共同的特征,如两者相同的反应有氯化过程和芳基合成反应等。从头合成过程是由残碳氧化开始,前体物合成过程则从不完全燃烧产物起始,都是在飞灰作用下经过一系列复杂化学反应生成二恶英。所以二恶英的生成主要是不完全燃烧造成的。

前体物分子在飞灰中某些物质的催化作用下反应生成二恶英,二恶英的产量取决于前体物的浓度和反应温度。通常认为导致二恶英形成的最重要的前体物之一是氯酚。它是单环化合物,在主链结构上结合有一个或几个氯原子。氯酚形成二恶英的反应机理尚未研究透彻,一般认为是经过表面催化结合的氯酚阴离子,通过氧化环闭合形成二恶英。催化剂的作用是充当电子转移氧化剂,它使两个芳环结合。二恶英的形成伴随有HCl和Cl消除反应。图2以2,4,6-三氯酚形成1,3,7,9-T4CDD或1,3,6,8-T4CDD

为例说明了这个过程。

应还是前体物的异相催化反应,飞灰是生成二恶英主要的反应表面,但是飞灰表面的物化性质和结构十分复杂,因此对形成二恶英的表面反应机制仍没有研究透彻。一般认为,飞灰不仅提供了反应场所,同时含有未完全燃尽的碳及各种金属元素,提供了形成二恶英的条件。金属、金属氯化物或金属氧化物会催化二恶英生成。2.2.2　温度　　目前,普遍认℃。但,因此,二恶英的,也可能在二燃室或是烟道壁上附着的飞灰上发生。此外,部分研究者认为在230℃左右也存在着二恶英的一个峰值。2.2.3　氯源　　废物中氯的含量是影响二恶英产生的重要参数,二恶英在形成过程中需要含氯物质提供氯源。常见氯源可分为有机氯和无机氯,其中无机氯源里的过度金属氯化物既可作为催化剂,同时又可充当氯源。目前的研究结果表明,当废物中氯的浓度低于018%～111%(w),二恶英的生成总量与氯源不存在相关性;当废物中氯的浓度高于上述值时,二恶英生成总量随氯浓度的提高而增加,二者存在着相关性。2.2.4　残氧量　　残氧量对二恶英生成总量的影响具有两面性。一方面,残氧量的降低不利于燃烧的充分,会导致二恶英前体物质和反应物质浓度的提高;另一方面,氧作为二恶英合成组分之一,残氧量的提高又会有利于二恶英平衡浓度的提高。天津大学的马洪亭等人为研究氧分压与二恶英生成量的关系,进行了试验研究,结果表明,在6%～1215%的范围内,随着残氧量的提高,二恶英的生成总量也随之增加。

3　二恶英污染控制技术评价[13-17]

二恶英污染控制单元技术包括焚烧过程控制、烟气骤冷、添加抑制剂、物理吸附以及催化分解等。3.1　焚烧过程控制

焚烧过程控制主要为优化焚烧过程,从而有效降低飞灰中的残碳量和前驱体的含量,避免二恶英的大量合成,多采用3T+E的原则来实现。日本某垃圾焚烧厂采用该技术,使焚烧炉出口二恶英浓度从3311ngTEQ/Nm3降低到611ngTEQ/Nm3,效果十分明显。

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图2　前体物合成PCDD机理

2.2　影响因素

焚烧系统中形成二恶英的影响因素是复杂的

和多方面的,从微观反应机制上考虑这些影响因素主要包括反应介质、催化剂、温度、氯源、残氧量等。2.2.1　反应介质和催化剂　　无论是从头合成反