中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
生活垃圾的處理是全球性緊迫性問題, 它不僅與生產(chǎn)發(fā)展、人民生活改善密切相關(guān), 且其實(shí)質(zhì)涉及可持續(xù)發(fā)展問題。而處理工藝的環(huán)境效應(yīng)是優(yōu)選的重要因素之一。國際上垃圾處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為: 堅(jiān)持垃圾處理的無害化、資源化和減量化原則,依靠和發(fā)展可靠的規(guī)�；幚砑夹g(shù),實(shí)現(xiàn)垃圾的綜合利用和安全處置。根據(jù)上述原則，焚燒已成為很多工業(yè)發(fā)達(dá)國家廢棄物處理的主要方法。
隨著我國城市可用土地資源的日益緊缺，以衛(wèi)生填埋為主的生活垃圾`處理方式也面臨著重大變革，越來越多的大中型城市積極探索采用焚燒方式處理生活垃圾。另外，我國生活垃圾在產(chǎn)量增加的同時(shí), 垃圾構(gòu)成也發(fā)生了很大變化, 表現(xiàn)為有機(jī)物增加,可燃物增多,可利用價(jià)值增大。垃圾構(gòu)成的變化為垃圾處理工藝由單一的填埋向包括焚燒在內(nèi)的多種處理技術(shù)和綜合利用的發(fā)展提供了可能性。
盡管垃圾焚燒技術(shù)被稱為清潔的垃圾處理方法, 但在垃圾焚燒過程中還會(huì)通過排煙或灰渣排放出諸如粉塵、有毒有害氣體、重金屬、二惡英類等污染物, 如不對(duì)它們加以有效控制, 將有可能使垃圾焚燒成為新的污染源。在上世紀(jì)80年代，西方一些國家曾因垃圾焚燒產(chǎn)生二惡英類污染而動(dòng)搖過對(duì)垃圾焚燒工藝的信心, 瑞典曾在1985年下令暫緩新建垃圾焚燒爐, 之后開展了調(diào)查研究, 1986年規(guī)定新建垃圾焚燒爐煙氣中二惡英類的排放限量為 0.1 ng TEQ/m3, 并于當(dāng)年解除了禁令。
近一段時(shí)間，由于一些擬建焚燒爐周邊居民的抗議以及媒體的廣泛報(bào)道，焚燒爐對(duì)周邊環(huán)境和人體健康影響特別是二惡英類污染問題成為公眾和市政決策者關(guān)注的熱點(diǎn)，而媒體對(duì)二惡英類的一些片面報(bào)道增加了公眾對(duì)垃圾焚燒的恐懼，影響了管理者決策。本文試圖對(duì)與生活垃圾焚燒二惡英類污染控制相關(guān)的一些問題做比較全面的介紹，以供在討論垃圾處理方式及環(huán)境保護(hù)時(shí)參考。
1.什么是二惡英類？
二惡英類是多氯代二苯并-對(duì)-二惡英(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins，PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzofurans，PCDFs)的總稱，它們是氯代三環(huán)芳香化合物，其結(jié)構(gòu)式見圖1。由于氯原子的取代數(shù)目和位置不同，構(gòu)成了75種PCDD和135種PCDF。 其中有17種(2,3,7,8位全部被氯原子取代的)二惡英類被認(rèn)為對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康有很大的危害。二惡英類非常穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，常溫下是固體，其極難溶于水（見表1），可以溶于大部分有機(jī)溶劑，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累。自然界的微生物降解和水解作用對(duì)二惡英類的影響較小，因此，環(huán)境中的二惡英類很難自然降解消除。
表1,2,3,7,8-TCDD的一些物理性質(zhì)
| 熔點(diǎn)（℃） | 沸點(diǎn)（℃） |
水中溶解度（mg/L, 25℃） |
蒸汽壓（Pa, 25℃） |
LgKow |
305-306 |
446 |
1.93×10-5 |
9.86×10-8 |
6.8 |
2. 二惡英類污染來源 [1]
除科學(xué)研究外，人類從來沒有有意生產(chǎn)或使用過二惡英類，環(huán)境中的二惡英類主要來源于人類生產(chǎn)活動(dòng)釋放的副產(chǎn)物。歷史上含氯有機(jī)化學(xué)品的生產(chǎn)是二惡英類的重要來源，大量用于木材防腐和滅釘螺的五氯酚和五氯酚鈉中都曾含有二惡英類，1972-1977年美國平均年產(chǎn)五氯酚2萬噸,其中二惡英含量在205-1070 ppm范圍, 由此估算在此期間美國每年由于使用五氯酚對(duì)環(huán)境輸入二惡英的總量為4-21噸；在越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍大量使用含有二惡英類雜質(zhì)的2,4,5-T落葉劑，給越南南方造成的生態(tài)破壞影響至今，美國1970年前2,4,5-T 產(chǎn)品中2,3,7,8-TCDD的含量在0.1-100 ppm范圍, 據(jù)此估計(jì)在此期間由于使用2,4,5-T對(duì)環(huán)境輸出2,3,7,8-TCDD的量為4.8噸；20世紀(jì)70年代之前很多國家生產(chǎn)并廣泛使用的多氯聯(lián)苯中也含有二惡英雜質(zhì)。
1977年Olive等人在荷蘭阿姆斯特丹市廢棄物焚燒爐排放的飛灰和煙道氣中檢出了二惡英類[2], 此后的研究表明廢棄物焚燒爐是許多國家環(huán)境中二惡英類的主要生成源[3,4]。近年來隨著對(duì)廢棄物焚燒爐的改進(jìn)以及安裝更先進(jìn)的污控裝置, 廢棄物焚燒排放二惡英類的量急劇下降。日本近10年來二惡英類的年排放總量由8.13 kg TEQ下降到400 g TEQ。目前工業(yè)發(fā)達(dá)國家二惡英類污染控制的重點(diǎn)已由廢棄物焚燒向金屬冶煉等其他工業(yè)污染源轉(zhuǎn)移。
我國潛在二惡英類污染源分布很廣，數(shù)量很大，對(duì)這些潛在污染源尚不能全面監(jiān)測(cè)和監(jiān)管，圖2 顯示了初步估計(jì)我國二惡英類的年排放量（主要基于我國2004年度各行業(yè)生產(chǎn)量），各類污染源的總排放量在 10 kg TEQ左右，其中向大氣的排放量在5 kg TEQ左右[5]。分析表明，我國生活垃圾焚燒總的二惡英類排放量在為338 g TEQ，其中向大氣排放126 g TEQ[5]；以目前規(guī)劃中生活垃圾焚燒廠所采用的焚燒技術(shù)和污控措施分析，在保持現(xiàn)有焚燒設(shè)施的情況下，如果生活垃圾年焚燒量達(dá)到2000萬噸時(shí)，焚燒設(shè)施向大氣排放二惡英類的量可能會(huì)增加25 g TEQ，達(dá)到 150 g TEQ左右。但如果關(guān)停、淘汰一些小型焚燒廠，增加垃圾焚燒量，生活垃圾焚燒二惡英類的排放量還有可能不升反降。
圖2 我國二惡英類的年排放量估算（以2004年為基準(zhǔn)年）
2. 二惡英類的毒性[7]
自1972年Nebert[8]等提出二惡英類受體致毒機(jī)制以來，二惡英類的毒理學(xué)研究一直環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。二惡英類高度脂溶性的特點(diǎn)使其極易透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞漿，在胞漿內(nèi)作為配體與轉(zhuǎn)錄因子芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor, AhR）結(jié)合后產(chǎn)生毒性作用。在17種高毒性二惡英類同類物中2,3,7,8-四氯代二苯并-對(duì)—二惡英(2,3,7,8-TCDD)在目前已知化合物中毒性最大且動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明其具有強(qiáng)致癌性。2,3,7,8-TCDD急性致死效應(yīng)LD50在不同種屬試驗(yàn)動(dòng)物之間差異極大，如最敏感的豚鼠LD50為0.6μg?kg-1BW，而倉鼠LD50 > 3000μg?kg-1BW, 兩者相差5000倍。由于在現(xiàn)實(shí)中人類不可能暴露于高濃度的二惡英類中，到目前為止尚未見到由于人類中毒而死亡的報(bào)告，人類暴露的觀測(cè)病例報(bào)道一是氯痤瘡，二是暫時(shí)性肝毒效應(yīng)。1997年國際癌癥研究中心將2,3,7,8-TCDD列為人類致癌物。雖然2,3,7,8-TCDD是致癌物，但目前還沒有一例人類因二惡英類致癌的病例報(bào)道。就目前人類二惡英類暴露實(shí)際背景值狀況而言，非致癌毒性作用比致癌毒性作用對(duì)人體健康危害的風(fēng)險(xiǎn)更大些[9]。另外，二惡英類具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，半衰期長(zhǎng)的特性，二惡英類在人體內(nèi)的半衰期長(zhǎng)達(dá)5-12年，長(zhǎng)期接觸可造成體內(nèi)蓄積。
為保護(hù)人體健康，世界衛(wèi)生組織1990年制訂了二惡英類的每日耐受量（TDI）為10 pg TEQ/天 公斤體重的標(biāo)準(zhǔn)，1998年WHO根據(jù)獲得的最新毒性數(shù)據(jù)對(duì)二惡英類的TDI修訂為1-4 pg TEQ/天 公斤體重�？紤]到二惡英類具有顯著的生物蓄積性，聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和WHO的食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)提出了70 pg TEQ/月 公斤體重的暫定每月允許攝入量（PTMI）標(biāo)準(zhǔn)。
研究表明，人類二惡英類的暴露途徑主要是通過食物。人體內(nèi)的二惡英類90%以上來自食品。二惡英類可能通過食物鏈傳遞、包裝材料的遷移和意外事故三種途徑污染食品。
3. 垃圾焚燒過程二惡英類生成機(jī)制
在垃圾焚燒減少二惡英排放量方面的所取得的成功應(yīng)主要?dú)w功于科學(xué)家們對(duì)焚燒過程中二惡英生成機(jī)理研究的突破性進(jìn)展。自上世紀(jì)80年代中至90年代初，焚燒過程中二惡英類的生成機(jī)理研究取得了一些共識(shí), 一些重要的前生體已得到確認(rèn)。圖3總結(jié)了廢棄物焚燒過程中二惡英的幾種主要生成途徑。
圖3 焚燒過程中二惡英的幾種主要生成途徑
垃圾在焚燒爐內(nèi)得以充分燃燒是減少二惡英類生成的根本所在，“3T+E"控制法是國際上普遍采用的措施，即保證焚燒爐出口煙氣的足夠溫度(Temperature)、煙氣在燃燒室內(nèi)停留足夠的時(shí)間(Time)、燃燒過程中適當(dāng)?shù)耐牧?Turbulence)、過量的空氣（Excess Air）。國外研究表明，即使是在300℃下經(jīng)飛灰催化, CO和CO2不能生成二惡英[10]。有關(guān)媒體報(bào)道二惡英類高溫分解，低溫會(huì)再合成的說法是不正確的。
由于焚燒爐煙氣中的二惡英類主要是吸附在飛灰表面，因此高效除塵可以極大減小焚燒設(shè)施向大氣排放二惡英類�；钚蕴课绞欠贌O(shè)施普遍采用的尾氣凈化方法，一般活性炭的吸附是不具有選擇性的，在活性炭吸附有機(jī)污染物的同時(shí)，揮發(fā)性重金屬及其化合物也可以被吸附，從而也減少了向大氣中釋放重金屬的量。自上世紀(jì)90年代，歐美已推出幾種可用于焚燒設(shè)施煙氣中二惡英類降解的催化劑，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示對(duì)煙氣中二惡英類的去除率很高，但設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用很大。
4. 垃圾焚燒不應(yīng)被妖魔化
對(duì)于垃圾的處理，焚燒與填埋哪種處理方式更好不能抽象而論，在垃圾處理方式的選擇上要做到因地制宜。垃圾焚燒確實(shí)存在二次污染問題，但垃圾填埋同樣也面臨著二次污染問題。現(xiàn)在一些媒體在介紹垃圾焚燒時(shí)有意或無意夸大了垃圾焚燒的危害，如最近有國內(nèi)媒體轉(zhuǎn)述西方報(bào)刊報(bào)道說“中國興建垃圾焚燒爐的計(jì)劃一旦實(shí)施，全球的二惡英排放可能會(huì)在現(xiàn)在的水平上翻番”，這完全與事實(shí)不符。據(jù)2009年5月在瑞士日內(nèi)瓦召開的斯德哥爾摩公約第四次締約方大會(huì)公布的文件，全球二惡英年排放量為130000 g TEQ，中國垃圾焚燒年排放二惡英在338 g TEQ。在對(duì)待中國建設(shè)垃圾焚燒設(shè)施的宣傳上，西方一些媒體也存在有意妖魔化中國的傾向。
我國采用焚燒方式處理生活垃圾起步較晚，在焚燒設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)行中已經(jīng)吸取了國外早期二惡英類污染的教訓(xùn)，掌握了二惡英類控制的成熟技術(shù)和方法。在對(duì)國內(nèi)19個(gè)生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英類排放量的檢測(cè)中，只有3家沒有達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)率達(dá)到84%。從抽檢中還看到，中國一些大型垃圾焚燒廠二惡英類的排放控制技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，在19家有生活垃圾焚燒廠有6家二惡英類排放量低于世界上最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)[11]。從生活垃圾焚燒污染控制的實(shí)踐上看來，總體說來，我國生活垃圾焚燒廠特別是大型生活垃圾焚燒廠二惡英類防控措施和控制技術(shù)是有效的。
鑒于二惡英類產(chǎn)生的普遍性，那種認(rèn)為“二惡英是個(gè)壞東西，一個(gè)分子也不能讓其產(chǎn)生”的看法是不現(xiàn)實(shí)的。人類不可能消除所有的二惡英類的排放源，因此也就不可能最終消滅二惡英類，只能在綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、人體健康風(fēng)險(xiǎn)等多種因素的情況下采取措施，盡量減少二惡英的環(huán)境釋放。初步估算生活垃圾焚燒向大氣排放二惡英類的量占我國各類二惡英類污染源大氣排放總量的2.5%，因生活垃圾焚燒焚燒可能會(huì)產(chǎn)生二惡英類就從根本上否定垃圾焚燒技術(shù)是不科學(xué)的。
國外焚燒設(shè)施多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，小型焚燒爐二惡英類污染問題很嚴(yán)重，集中處理的大型生活垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施二惡英類容易得到有效控制。自1986年歐洲一些國家實(shí)施0.1 ng TEQ/m3排放標(biāo)準(zhǔn)，已積累有25年的經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到0.1 ng TEQ/m3二惡英類控制技術(shù)工藝是公開可獲取的。當(dāng)煙氣中二惡英類的排放濃度低于1 ng TEQ/m3不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成不良影響。1996年美國環(huán)保局對(duì)距居民居住地、小學(xué)和飲用水源地都很近且運(yùn)行了10年的位于俄亥俄州East Liverpool的一座廢棄物焚燒廠開展了廣泛的環(huán)境和人體健康影響調(diào)查，耗資100萬美元，完成的調(diào)查報(bào)告厚達(dá)3300頁。報(bào)告結(jié)論是該焚燒廠運(yùn)行沒有對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和人體健康造成不利影響。
5. 垃圾焚燒二惡英類污染控制對(duì)策
在有關(guān)垃圾焚燒二惡英類污染控制對(duì)策方面，目前還存在人云亦云的現(xiàn)象。其中流行最廣的“垃圾中的塑料是焚燒中產(chǎn)生二惡英類的來源，不預(yù)先把塑料分檢出，肯定會(huì)造成二惡英類的高排放”，這種觀點(diǎn)是沒有科學(xué)依據(jù)的臆想。生活垃圾中的塑料主要是聚乙烯、聚丙烯等鏈烴，這些塑料與其它燃料成分燃燒從生成二惡英類的角度來看并無明顯優(yōu)勢(shì)。二惡英類是不完全燃燒的產(chǎn)物，二惡英類的生成與垃圾熱值及焚燒工藝有直接關(guān)系，與生活垃圾中的某些成分不存在直接顯著相關(guān)性（這點(diǎn)與危險(xiǎn)廢物焚燒是不同的）。
還有一種說法是焚燒設(shè)施必須裝備煙氣急冷設(shè)施，防止二惡英類生成。煙氣如能在1s內(nèi)從高溫降至200℃以下固然有利于減少二惡英類在煙氣降溫過程合成，但煙氣急冷不是控制二惡英類的必須措施。二惡英類在煙氣冷卻過程的合成的先決條件是有一定量的未完全燃燒的產(chǎn)物，這些未完全燃燒的有機(jī)物可以成為合成二惡英類的前生體，因此控制煙氣冷卻過程二惡英類合成的根本是要提高焚燒爐的燃燒效率，減少二惡英類的前生體的生成。目前有些過于教條的行政指令，要求焚燒設(shè)施必須裝備煙氣急冷設(shè)施，但對(duì)燃燒效率重視的不夠，而一些“急冷”設(shè)施造成煙氣在350℃左右停留時(shí)間反而增加，適得其反。
由于目前公眾存在對(duì)垃圾焚燒二惡英類排放的顧慮，要建立有公眾參與的對(duì)焚燒企業(yè)長(zhǎng)效監(jiān)督機(jī)制。煙氣中痕量的二惡英類尚不能做到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，但可以通過一些在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)推測(cè)二惡英類的排放情況。煙氣中的CO含量可以表征燃燒效率，煙氣中CO含量高說明燃燒不充分，二惡英類的含量就有可能高，反之亦然。煙氣中的煙塵含量能反映除塵器的除塵效率，在二惡英類生成量相同的情況下，煙塵排放量越低，煙氣中二惡英類的含量就越少。
目前國內(nèi)一些城市也在考慮在焚燒設(shè)施設(shè)立在線長(zhǎng)期采樣裝置，通過長(zhǎng)期采樣裝置可以設(shè)定每天、每周或每月的采樣時(shí)間及采樣量，取得一定時(shí)間內(nèi)焚燒設(shè)施煙氣中排放二惡英類的平均值，這樣可以減少公眾對(duì)每年1、2次監(jiān)測(cè)結(jié)果是否能反映企業(yè)長(zhǎng)期排污情況的擔(dān)心。
任何垃圾處理設(shè)施的運(yùn)行都面臨著有效處理垃圾和二次污染控制的雙重任務(wù)，控制二惡英污染排放，使之不對(duì)周邊環(huán)境和人體健康產(chǎn)生不良影響是關(guān)系到我國焚燒行業(yè)能否可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
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