二恶英控制技术的研究现状及发展前景
1 概述
随着世界各国现代工业化进程的发展，产生的工业废物、生活垃圾越来越多，对废弃物和垃圾采用焚烧处理已成为目前各国处理废弃物最主要和最有效的技术之一。但垃圾在焚烧过程中不可避免地会产生大量污染物，如颗粒物、酸性气体、重金属以及二恶英等。这些污染物对人体健康存在着极大的危害，其中尤以二恶英的毒害最大，去除难度也最高。
二恶英包括210多种化合物，这类物质性质稳定，难溶于水，但可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，容易在生物体内积累。由于自然界的微生物和水解作用对二恶英的分子结构影响较小，因此，环境中的二恶英很难自然降解消除。二恶英的最大危害是具有不可逆的“三致”毒性，即致畸、致癌、致突变。其毒性相当于氰化钾的100倍以上，28.35g二恶英（1盎司）就能置100万人于死地。国际癌症研究中心已将它列为一级致癌物。此外，二恶英还会引起头痛、失聪、新生儿畸形等，并具有长期效应，会导致染色体损伤、心力衰竭、内分泌失调等。因此寻找一种新型有效的垃圾处理技术已迫在眉睫。
1977年，OLIVE等首次在垃圾焚烧飞灰中检测到二恶英，此后，国外对焚烧炉中二恶英的形成机理和控制技术展开了大量的研究。对于广泛采用废物焚烧的国家（如日本和美国等），废物焚烧已成为二恶英的重要排放源。目前我国垃圾焚烧技术发展十分迅速，生活垃圾焚烧技术已被越来越多的大中城市选用，与此同时，医疗废物和危险废物焚烧技术也在迅速发展。在此情况下，二恶英的削减将成为我国履行斯德哥尔摩公约的难点和重点之一。鉴于二恶英的极大毒性，国内外对其排放做出了严格的限定：美国、日本、德国等对二恶英的排放限值大多为0.1ngTEQ* /m3 ；韩国为0.5ngTEQ/m3 ，而其首都首尔为0.1ngTEQ/m3 。
我国国家环保总局于2000年颁布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》规定了生活垃圾二恶英排放限值为1ngTEQ/m3 ，2001年颁布的《危险废弃物焚烧污染控制标准》中规定危险废物焚烧的二恶英排放限值为0.5ngTEQ/m3 ，加快了控制二恶英污染法制化的步伐。
由于大部分的二恶英都是吸附在烟尘颗粒物上，因而对颗粒物的去除基本都是采用耐高温袋式除尘器。目前对二恶英的排放控制主要是提高袋式除尘器的过滤精度以有效截留颗粒物，有的同时采用活性炭吸附和使用催化剂塔反应去除。但使用活性炭不仅需要相配的设备、较强的维护手段，还需要根据不同的二恶英浓度注入不同剂量的活性炭，且吸附下来的含有二恶英的活性炭与飞灰一起都需要被作为有害废物来处置，日积月累的活性炭消耗和有毒有害废物的处置会大大增加垃圾焚烧厂的运行费用；有的企业为降低成本，采用填埋处理的方法，这种方法虽操作费用较低，但填埋的二恶英难以分解，对土壤和地下水会造成二次污染，因此这种方法只是将空气中的污染转移到了地下。而蜂窝状的催化剂塔不但设备投入高、占地面积大，而且增加了设备维护量。
2 国内外二恶英控制技术研究现状
我国的研究者对国内生活垃圾焚烧炉产生的飞灰中二恶英浓度进行了监测。冯军会等对上海某生活垃圾焚烧炉的长期监测结果表明，飞灰中二恶英含量为 0.74～4.46ngTEQ/g；王伟等对我国某地4台生活垃圾焚烧炉的分析结果表明，飞灰中二恶英含量为 0.34～3.80ngTEQ/g。按照国内公布的实验数据对我国生活垃圾焚烧产生的二恶英排放量进行估算，假设焚烧炉年运行330d，生活垃圾焚烧的烟气产率为 5500Nm3 /t，飞灰产率为3%，烟气中二恶英含量达到国家标准的1.0ngTEQ/m3 ，飞灰中二恶英含量取为 2.0ngTEQ/m3 ，则可计算得出目前我国生活垃圾焚烧烟气向大气排放二恶英总量约为54.45ngTEQ/a，而通过飞灰排放的二恶英总量约为594.0ngTEQ/a，相当于烟气中排放量的10倍之多。此外，危险废物焚烧和医疗废物焚烧也将向环境排放二恶英。由于国内的危险废物焚烧炉和医疗废物焚烧炉一般规模较小，导致不易在炉膛内形成良好的焚烧工况，从而会造成二恶英的大量生成，而采用活性炭吸附烟气中的二恶英，最终则会形成二恶英含量极高的飞灰。
世界各国对消除二恶英技术做了大量研究。对用于飞灰中二恶英处理技术的研究包括：
（1）熔融法。加热到熔融温度（300℃左右）以上，使二恶英分解。
（2）气相氢气还原法。在密闭容器中加热到 850℃以上，在氢气的还原作用下使二恶英脱氯。
（3）光化学分解法。通过紫外线等照射使二恶英脱氯，同时产生的臭氧的氧化作用使之分解。
（4）电子束分解技术。使用电子束让废气中的氧气和水等生成活性氧等易反应物质，进而破坏二恶英的化学结构。
（5）低温等离子体。外加脉冲电压产生不连续的非破坏性放电，激活二恶英并使之离子化、分解。目前，美国、德国、日本等国家的环境保护部门推荐的生活垃圾焚烧飞灰处理技术为熔融技术。熔融技术虽然有使灰渣减量近半等优点，但由于处理温度较高、挥发的低熔点金属需要进行无害化处理从而引发的高成本等问题，成为其推广应用的主要障碍。经济、高效应该是飞灰中二恶英去除技术的发展方向，因此低温脱氯技术得到了较好的发展。对于低温脱氯还原方法的处理效果， STIEGLITZ等报道过在还原气氛下，300℃时处理2h，飞灰中二恶英去除率高于90%，但与熔融法仍有一定差距。国内在飞灰中二恶英处理技术研究方面的报道较少，尚处于起步阶段。清华大学、张家口师范学校等分别采用低温等离子体、超临界水氧化技术分解二恶英，但这两种方法在我国的适用性同样存在成本高和操作复杂等问题。清华大学环境科学与工程系进行了低温药剂催化分解飞灰中二恶英的尝试，表明在次亚磷酸钠的作用下（添加量 10%），350℃环境中反应1h，飞灰中二恶英的脱氯效率高于99%，该技术实现了飞灰中二恶英的控制，是一种较为实用的固体废物中二恶英类污染物的去除技术，但该技术也存在成本较高并易产生有毒气体的问题。
3 控制二恶英的新途径
在此背景下，笔者提出一种工业可行、低成本的二恶英控制技术，即以PTFE纤维为主要载体的除尘/二恶英分解双效滤料。该具有自催化功能的除尘/二恶英分解双效功能的过滤材料，可在不影响目前垃圾焚烧炉运行参数和不增添额外设备的情况下使用。该二恶英催化分解滤料具有以下特点：
（1）具有除尘/二恶英分解双重功效。由于该产品是在原有过滤材料中复合了具有催化分解二恶英功能的材料，因此，在高效除尘的同时可以将二恶英在高温下同步分解。不仅可降低二恶英的排放浓度，也降低了二恶英在飞灰中的浓度，同时还可节省活性炭等原料的使用，大幅降低垃圾焚烧厂的运行费用。
（2）二恶英催化有效分解温度为150℃～220℃，与垃圾焚烧厂烟气除尘的运行温度相当，无需额外的热源，降低了垃圾焚烧厂的能耗。
（3）运行阻力较低，接近覆膜滤料，不会给垃圾焚烧厂带来额外的负担。
（4）对废气的分解效率高，在各方面条件较好的前提下最高可以超过90%，有望实现0.1ngTEQ/m3 的目标。
（5）对环境适应性好，可以在高湿度、高氧化、高酸碱腐蚀性的环境下保持良好的分解效率和滤料使用寿命。
（6）无需增加新的设备，由于该材料与普通滤料差异很小，可以直接在现有的袋式除尘器上使用，而目前垃圾焚烧厂都采用袋式除尘，因此没有任何设备改造等费用。
该技术将形成具有自主知识产权的加工新方法，设计开发出国家环保领域有重大需求的过滤材料，同时实现垃圾焚烧尾气中对颗粒物的高效捕集和二恶英的高效分解，为新型过滤材料的开发开辟新途径，将具有广阔的发展前景。
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