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垃圾焚燒發電煙氣二噁英沉降對土壤環境影響評價方法探討

2021-07-29信息來源 : 《工程建設標準化》

摘要:本文以一生活垃圾總處理能力為800t/d項目為例,根據該項目生產過程煙氣中二噁英的排放量、在大氣中的沉降規律以及在土壤中的累積規律,分析了土壤環境影響評價預測參數的選取確定過程,探討了二噁英沉降對土壤的環境影響。

關鍵詞:二噁英;沉降;土壤;環境影響;預測

二噁英(Dioxin)是多氯代二苯并-對-二噁英(PCDDs)及多氯代二苯并呋喃(PCDFs)的總稱,是《斯德哥爾摩公約》中首批必須優先控制的持久性有機污染物(POPs)之一,具有致畸、致癌和致突變作用。本文結合垃圾焚燒發電項目,探討其在生產過程中煙氣二噁英對土壤的環境影響。

1煙氣中二噁英去除工藝

二噁英的催化光化學分解技術光化學分解是PCDD和PCDF在環境中轉化的主要途徑。其產物為氯化程度較低的同系物。而其中毒性最大的TCDD的光化學分解條件較為苛刻,除必須有紫外光外,一般還應有質子給予體和光傳導層存在,在自然界中這種條件很難實現。但近年來的研究發現,納米二氧化鈦這一特性可以有效的治理有機物污染。日本名古屋工業技術研究所已開發出使用納米二氧化鈦做光催化劑的凈化裝置,該裝置在長1m左右的圓筒中填充10L涂敷了TiO2的硅膠,將它置于焚燒爐排出氣體通過的地方,在290W的紫外線燈光照射下,該裝置據稱能夠清除廢氣中99%的二噁英和55%的氮氧化物。

二噁英的催化過濾技術:該技術由1998年美國戈爾公司研發的Remedia工藝實現。該技術主要通過催化濾袋解決垃圾焚燒中的二噁英控制難題,成為一種新的技術。Remedia技術其實是一種“表面過濾”技術與“催化過濾”技術的復合技術。工藝系統由ePTFE薄膜與催化底布所組成。底部是一種針刺結構,纖維是由膨體聚四氟乙烯復合催化劑所組成。這種覆膜的催化劑材料能夠把PCDD/F在一個低溫態(180~260℃)通過催化反應來摧毀PCDD/F,同時在催化介質表面將二噁英分解成CO2、H2O和HCl。這種技術實現了對氣態二噁英污染物的摧毀與分解,而不是轉移,使廢氣排放完全達到歐洲標準,它適合于干法除酸工藝中對二噁英污染的控制。

二噁英的紫外光/臭氧分解技術:臭氧直接氧化法是利用臭氧的強氧化性直接氧化分解有機污染物,是治理有機污染物的一種重要方法。但此方法不可直接應用于氣態二噁英的治理,因為二噁英的性質及其穩定,只在高溫下發生氧化反應,而在此溫度下臭氧并不能穩定存在。但如果二噁英溶解于水中,則可以通過催化作用使臭氧分解成OH自由基,大大提高分解二噁英的效率。2002年日本倉紡公司開始著手研發的紫外光/臭氧分解技術正是應用了這一原理。該技術通過紫外光照射溶解在水中的臭氧,使其分解產生OH自由基,自由基對水中的二噁英進行氧化分解。該技術的最終目標是分解水中99.9%的二噁英。目前該技術不能用于直接分解煙氣中的氣態二噁英,但可以用于廢物焚燒飛灰浸出液的二噁英處理。

二噁英的活性炭吸附技術:活性炭吸附脫除煙氣中的二噁英是目前世界上應用最為廣泛的廢物焚燒煙氣凈化技術。該技術主要操作是向煙氣中噴入活性炭粉末,以吸收煙氣中的二噁英。該方法不僅可以吸附二噁英氣體,同時也可以吸附其他多種有害氣體,而且還具有投資少、效率高、方便使用,技術門檻低等優點,因此廣受各廢物焚燒企業歡迎。但其缺點也十分明顯,一是營運成本高,需要消耗大量高價的活性炭粉末,無形中增加了運行成本;二是與其他可以破壞二噁英的處理方法相比,活性炭吸附法只是實現了二噁英的轉移,降低了它的危害性,并沒有徹底的解決問題。目前較為流行的處理方法是將使用后的活性炭粉加瀝青或水泥固化,直接用作路基或建材,或直接安全填埋,防止其吸收的二噁英繼續污染環境。

2項目概況

項目生活垃圾總處理能力為800t/d(兩臺400t/d爐排焚燒爐),年處理垃圾量為29.2萬t/a,配套2臺7.5MW凝汽式汽輪發電機組,發電容量15MW,年發電量為9509.7萬kwh/a。項目熔煉爐爐膛燃燒室溫度均達到1100℃以上,可使原生二噁英絕大部分得以分解;熔煉煙氣離開爐膛后迅速被蓄熱體冷卻至200℃以下,有效避免爐外二噁英再生成;項目煙氣末端處理系統采用“旋風除塵器+布脈沖袋除塵器+活性炭吸附床”的組合系統,對煙氣二噁英設計凈化效率80%。

3環境影響預測

3.1預測模式確定

單位質量土壤中某種物質的增量可用式(1)計算:ΔS=n(IS-LS-RS)/(ρb×A×D)(1)式中:

ΔS——單位質量表層土壤中某種物質的增量,g/kg;

IS——預測評價范圍內單位年份表層土壤中某種物質的輸入量,g;

LS——預測評價范圍內單位年份表層土壤中某種物質經淋溶排出的量,g;RS——預測評價范圍內單位年份表層土壤中某種物質經徑流排出的量,g;ρb——表層土壤容重,kg/m3;

A——預測評價范圍,m2;

D——表層土壤深度,m;n——持續年份,a。

單位質量土壤中某種物質的預測值可用式(2)計算:

S=Sb+ΔS(2)式中:

Sb——單位質量土壤中某種物質的現狀值,g/kg;

S——單位質量土壤中某種物質的預測值,g/kg。

上述預測方法適用于某種物質可概化為以面源形式進入土壤環境的影響預測。本項目主要為煙氣二噁英大氣沉降污染,該預測方法較為符合本項目可能發生的土壤污染途徑分析結果。

3.2預測參數確定

3.2.1輸入量IS的確定

本項目的輸入量IS實際為煙氣二噁英在評價范圍內土壤中的沉降量,因此二噁英輸入量可取煙氣排放量的80%,即IS=0.077g。

3.2.2輸出量LS、Rs的確定

根據土壤評價導則要求,涉及大氣沉降影響的,可不考慮輸出量。從數據易獲得性、實際可操作性及環評預測保守性的要求考慮,因此本項目亦可不考慮土壤二噁英輸出量,即LS=0g、RS=0g。

3.2.3土壤容重ρb的確定

土壤容重即自然壘結狀態下單位容積土體(包括土粒和孔隙)的質量,一般可通過實際取樣檢測活動數據,本項目所在區域周邊土壤容重為1.1kg/m3。

3.2.4預測評價范圍A的確定

二噁英的傳輸、擴散及沉降主要跟地形復雜程度、氣象條件等有關。本項目判定為一級評價,且屬于污染影響型,經綜合考慮,預測評價范圍為項目周邊半徑1千米的圓形范圍,即A=3140000m2。

3.2.5表層土壤深度D的確定

一般而言,大氣中二噁英類污染物進入土壤后,由于土壤的固定作用,淺層土壤中二噁英毒性當量濃度明顯高于深層土壤,短時間內難以從表層土壤向下層土壤遷移。根據導則要求,表層土壤深度一般可取D=0.2m。

3.2.6持續年份n的選擇

污染物影響持續年份主要和企業項目經營生產延續時間有關,為更加直觀的反應污染物對土壤的累積影響,可間隔選取多個持續年份,在此主要考慮項目投產1年、5年、10年、30年后的項目二噁英污染對土壤的影響。

3.2.7污染物現狀值Sb的獲取

污染物現狀值主要采用實際調查監測的方法獲得數據。根據現狀調查,本項目周邊區域土壤中二噁英類濃度Sb=3.57×10-6g/kg。

3.3預測結果

根據上述預測模式及確定的預測參數,可得出本項目投產1年、5年、10年、30年后的二噁英在評價范圍內土壤的預測結果,在正常情況下,本項目在投產1年、5年、10年、30年后周邊區域土壤二噁英累積量較小,均未超過《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB36600-2018)中的第二類建設用地風險篩選值。上述預測結果表明垃圾焚燒發電企業在做好污染防治措施的前提下,項目的建設投產對周邊土壤環境影響有限。

4結束語

綜上所述,土壤導則推薦的預測模式對垃圾焚燒發電項目煙氣二噁英沉降研究具有指導意義,但如需精準預測評價結果,則需深入開展垃圾焚燒發電項目二噁英沉降分布、遷移和轉化規律研究,更加合理科學的確定輸入量、輸出量、評價范圍等預測參數。


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