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城市垃圾焚燒處理已有悠久的歷史，在經濟發達的國家已獲得廣泛應用。在日本、瑞士、丹麥以及荷蘭都是50%-80%的垃圾焚燒處理，主要焚燒方式為爐排爐直接焚燒，爐膛溫度在820 ℃-1000℃，煙氣含塵量大，有毒有害氣體排放量較高，需要龐大復雜的煙氣凈化系統。199 年在城市固體廢棄物焚燒爐(MSWI)的飛灰檢測出二惡英后，焚燒排放作為二惡英的環境來源，已經越來越受到環境科學家的重視。
一、二惡英的結構與毒性
多氯二苯異二惡英(polychlorinated dibenzo-p-dioxin簡稱PCDD)、多氯二苯異 呋喃(polychlorinated dibenzofuran,簡稱PODF)分別由75個和135個同族體(congener)構成 ，它們的化學結構相似，常寫成PCDD/Fs或鵒稱二惡英(dioxin)，化學結構如圖一所示。氯 原子取代數目不同而使它們各有八個同系物(homolog)，每個同系物隨氯原子取代的位置不 同而存在眾多異構體(isomer)，例如四氯二苯異二惡英(Tetra-Chloinated Dibenzo-p-Diox ins簡稱TCDD)共有22個異構體。
其毒性與氯原子取代的位置密切相關，尤以2-，3-，7-，8-四個共平面取代的位置上都 有氯原子的二惡英同族體具有毒性，2378-TCDD被公認為是最毒的，也是研究最多的，毒性 約為NaCH的一萬倍，［1］有俗稱世紀劇毒。二惡英對哺乳動物的毒性和氯化芳烴相似，表 現癥狀為：體重減輕，胸腺萎縮，免疫系統受損，肝損傷及卟淋病，氯痤瘡及皮膚病變，組 織發育不全或過度增長，以及致畸、致癌、致突變等。不同種類的動物對二惡英毒性的敏感 度有明顯差異。［2］
TCDD具有很低的蒸發壓，25℃時僅為2.3×10-4Pa，熔點305℃，在水中的溶解度僅為 0.2?/l，熱穩定性好，即使溫度高達700℃也不會分解，生物降解能力差。［3］由于高新脂性且難溶于水，故易進入生物體并經食物鏈積累。曾發現污染區藻體內濃度為水中濃度4 倍以上，水蚤及魚體內濃度為水中濃度萬倍以上。［4］
由于TCDD所特有的穩定性和長期殘留性，所以它是廢棄物中需經特別注意的有害成分。
二、垃圾焚燒過程中二惡英的形成及抑制方法
城市垃圾焚燒的廢氣及飛灰中常會有微粒二惡英等有毒物質，德國曾測出焚燒爐廢氣的TCDD濃度為1.43×10-8g/Nm-3，據估算焚化一公斤垃圾可產生0.5×10-9至2.5×10-7gTCDD，而其最具毒性的2378-TCDD占全部TCDDR的5%。［5］
除了焚燒原料中可能夾雜的少量二惡英，不充分燃燒會通過煙囪排放外，焚燒排放物中的劇毒二惡英主要是在燃燒過程中形成的。
1、焚燒物中含有石油產品、含氯塑料(聚氯乙烯、聚氯亞乙烯、聚氯樹脂等)作為二惡英的前體(precursor)，在燃燒過程中經熱分解后，分子重排形成二惡英及CHLOROPHENOL、CHLOR OBENENE。
2、有機物熱分解產品HCL，而廚房垃圾中含有N?aCL、KCL、MgCL?3等鹽，當煙氣中有SO? 2時，則發生下列反應：
2NaCL+SO2+1/2O2+H2O ->?Na3SO4+HCL (1)
使煙氣中HCL濃度增加，由于垃圾直接焚燒是一個氧化反應，垃圾中的銅將發生下列反應：
2Cu+O2=2CuO
CuO+2HCL=CuCL2+H2O
而CHLOROPHENOL、CHLOROBENENE在鍋爐和靜電式集塵器內，在HCL、CuCL2和元素的催化作用下會再合成二惡英。有研究表明，再合成溫度為250℃-300℃。
據日本有關試驗證明，在焚燒工藝中作為PCDD/PCDE生成源，CuCL2與其它金屬氧化物相比是高于其它金屬氧化物數百倍的二惡英再便合成催化劑，其次是未燃燼的碳。
圖2表明CuCL2濃度對PCDD/PCDE生成情況的影響，圖3是飛灰中的含碳量對PCDD/PCDE生成情況的影響。從圖上所示結果可判斷CuCL2和C元素在二惡英再合成過程中的作用非同小可 。
圖2銅濃度對PCDD/PCDF生成的影響圖3在含有碳的飛灰中PCDD/PCDF的生成
日本笠原公司采用30噸/日的垃圾焚燒爐進行分割切碎廢棄物的燃燒試驗，其結果表明煙氣中HCL的產生量受殘余濃度的影響。當殘氧濃度為零時，HCL產生量為8000ppm，大約是理論產生量，而當殘氧濃度為11%(通常燃燒狀態)，HCL產生量降至于1000ppm。通過調查分析，布袋除塵器中灰的成分可判斷其含有氯離子10.6%時，形成CuCL2，同時發現其二惡英再合成倍率為數十倍至數百倍。［6］
對于垃圾焚燒中，溫度減少二惡英的辦法須維護焚化溫度在950℃以上，煙氣體積含氧比6% 以上，煙氣在爐內停留時間為2秒。有的國家提出了更高要求，加拿大焚燒爐設計指導性參數就規定焚燒爐最低溫度為1000℃，煙氣最短停留時間2秒鐘。［7］
從以上分析可知，要抑制垃圾過程中產生的二惡英，必須：
(1)保持溫度在1000℃以上，煙氣停留時間大于2秒，保持煙氣中含氧比6%以上，可將所有的有機物燃盡；
(2)抑制HCL、CuO、CuCL2的產生，盡量不燃燒含氯塑料及其它含氯化工品，不使Cu氧化；
(3)盡可能充分燃燒以減少煙氣中的含碳量。一些國家以CO小于50ppm作為標準；
(4)在煙氣凈化段采用急冷卻辦法避開二惡英再合成的溫度250℃-300℃。
三、抑制二惡英生成的垃圾焚燒方式
城市垃圾焚燒處理是將垃圾送入特制的焚燒爐中，通過焚燒氧化反應，將垃圾中的有機碳轉化為CO2，氫轉化為H2O，并在高溫下殺死病毒和細菌，做到垃圾減量化、無害化。垃圾焚燒爐是垃圾焚燒的核心設備，選擇何種焚燒爐直接影響到污染物的排放及對環境的影響。
目前世界上除北美國家外，較多使用的垃圾焚燒爐為爐排爐直接焚燒方式。其垃圾在爐膛內直接燃燒，化學反應中產生的煙氣有害成分較多，不可避免會產生銅的氧化、HCL、EY CuCL2的生產，由于爐排本身的不足有時可能發生垃圾翻滾不夠，造成燃燒不安全，飛灰中殘留的未燃燼訴碳，這些物質的存在使已經分解的二惡英在鍋爐和靜電除塵器中再度合成。另外由于爐排爐爐溫受垃圾熱值的變化而波動，使得垃圾焚燒過程中產生的二惡英難于保證完全分解，從而引起二惡英排放量增加。要消除二惡英必須投入昂貴的尾氣處理設備、活性炭吸附，這顯然付出的代價太高，使原本投資高，煙氣凈化系統龐大，運行費用高的矛盾更加突出。而且，使用后的活性炭無法再生，成為一個新的毒源，又必須小心處理。
那么，我們該找一個怎樣的技術來抑制二惡英的生成呢?加拿大的科學家從二惡英生成的最基本的四個條件：氯、氧、溫度、催化劑分析，在七十年代研制出了控氣型垃圾焚燒爐。這種焚燒爐將燃燒過程中分為二級燃燒室，一燃室為垃圾熱分解，溫度控制在700℃以內，讓垃圾在缺氧狀態下安靜而緩慢地在低溫下熱分解，此時金屬銅、鋁、鐵不會被氧化，沒有CO2的產生，也就不會有CuCL2的產生和存在，垃圾中的可燃成分分解成可燃氣體，并引入二燃室燃燒，二燃室溫度在1000℃以上，煙氣停留時間2秒以上，保證了有毒有害的有機氣體完全分解燃燒，從而保證了二惡英的充分分解。由于二燃室是氣體燃燒，避免了煙氣中的殘碳存在，削弱了二惡英的生成環境。由于控氣型垃圾焚燒爐是固體床，所以不會產生煙塵，不會有未燃燼訴殘碳進入煙氣中，更有利的是該系統不需設置龐大的除塵裝置和其它凈化裝置，即可達到煙氣排放標準，只有在含氯塑料過高導致HCL超標時，才需要增加簡單的堿洗裝置。
以上分析可知，控氣型焚燒爐從原理上控制了二惡英產生的各種因素：
氧的含量--在控氣型焚燒爐中，一燃室始終處于缺氧狀態(還氧氣氛)，僅有的氧化原子優先與C、H結合，Cu、AL、Fe等不易被氧化，削弱了二惡英的生成環境。
溫度因素--在二燃室中溫度高達1000℃以上，煙氣停留遠大于2秒，可將所有的有機物燃燼；二燃室內因無水冷壁管，沒有死角，故溫度均勻，不會殘留有害的有機物。
催化劑因素--一燃室溫度較低，重金屬基本上不被分解，煙氣中很少有重金屬離子，從而減少了催化劑成分；一燃室中含氫成分高，CL優先與H結合。
進入九十年代后，日本、德國的科學家也分別發表了研制控氣型焚燒爐的分級燃燒成果，據日本笠原公司報道，采用熱解氣化焚燒爐，由于其一燃室是還原氣氛，所以SO2僅為9.5ppm, NOx為6.1ppm, NO2為9.5ppm，二燃室是高溫燃燒，CO接近為0，所以二惡英值可望處于 很低的水平。［8］
目前國際上采用控氣型焚燒爐較多的國家是美國、加拿大，日本、德國也將此種技術作為垃圾焚燒的推廣技術，以減少二惡英的排放。
因此，控氣型 垃圾焚燒是環保型的工藝，是符合垃圾處理無害化、資源化、減量化三原則的理想的環保型垃圾處理技術。建議在采用垃圾焚燒處理的城市中，優先選用此種先進的、設備可靠的新工藝系統技術。
參考文獻：
［1］Abrahan Ketal.Arch Toxical.,1988,62,359?
［2］Kociba R Tetal.,Dwrg Metab.Rev,1982,13,387
［3］崔明珍《廢棄物化學組分的毒性和處理技術》中國環境科學出版社1993
［4］曲格平《環境科學詞典》上海辭書出版社1994年5月第一版
［5］謝錦松、黃正義《固體廢棄物處理》涉馨出版社中華民國七十七年四月版
［6］ 日本笠原制作所《笠原旋風回流型流化床焚化設施說明資料》之5-5［防止戴 奧辛dioxio類的產生的對策。］
［7］ 徐海云龍吉生《歐洲各國采購員用的垃圾焚燒煙氣排放指標》《中國環保產 業》1997年4月
［8］日本笠原制作所《地球環境時代的廢棄物處理技術--流化床熔融系統》1996年5月
