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城市垃圾焚烧处理已有悠久的历史，在经济发达的国家已获得广泛应用。在日本、瑞士、丹麦以及荷兰都是50%-80%的垃圾焚烧处理，主要焚烧方式为炉排炉直接焚烧，炉膛温度在820 ℃-1000℃，烟气含尘量大，有毒有害气体排放量较高，需要庞大复杂的烟气净化系统。199 年在城市固体废弃物焚烧炉(MSWI)的飞灰检测出二恶英后，焚烧排放作为二恶英的环境来源，已经越来越受到环境科学家的重视。
一、二恶英的结构与毒性
多氯二苯异二恶英(polychlorinated dibenzo-p-dioxin简称PCDD)、多氯二苯异 呋喃(polychlorinated dibenzofuran,简称PODF)分别由75个和135个同族体(congener)构成 ，它们的化学结构相似，常写成PCDD/Fs或鹆称二恶英(dioxin)，化学结构如图一所示。氯 原子取代数目不同而使它们各有八个同系物(homolog)，每个同系物随氯原子取代的位置不 同而存在众多异构体(isomer)，例如四氯二苯异二恶英(Tetra-Chloinated Dibenzo-p-Diox ins简称TCDD)共有22个异构体。
其毒性与氯原子取代的位置密切相关，尤以2-，3-，7-，8-四个共平面取代的位置上都 有氯原子的二恶英同族体具有毒性，2378-TCDD被公认为是最毒的，也是研究最多的，毒性 约为NaCH的一万倍，［1］有俗称世纪剧毒。二恶英对哺乳动物的毒性和氯化芳烃相似，表 现症状为：体重减轻，胸腺萎缩，免疫系统受损，肝损伤及卟淋病，氯痤疮及皮肤病变，组 织发育不全或过度增长，以及致畸、致癌、致突变等。不同种类的动物对二恶英毒性的敏感 度有明显差异。［2］
TCDD具有很低的蒸发压，25℃时仅为2.3×10-4Pa，熔点305℃，在水中的溶解度仅为 0.2?/l，热稳定性好，即使温度高达700℃也不会分解，生物降解能力差。［3］由于高新脂性且难溶于水，故易进入生物体并经食物链积累。曾发现污染区藻体内浓度为水中浓度4 倍以上，水蚤及鱼体内浓度为水中浓度万倍以上。［4］
由于TCDD所特有的稳定性和长期残留性，所以它是废弃物中需经特别注意的有害成分。
二、垃圾焚烧过程中二恶英的形成及抑制方法
城市垃圾焚烧的废气及飞灰中常会有微粒二恶英等有毒物质，德国曾测出焚烧炉废气的TCDD浓度为1.43×10-8g/Nm-3，据估算焚化一公斤垃圾可产生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］
除了焚烧原料中可能夹杂的少量二恶英，不充分燃烧会通过烟囱排放外，焚烧排放物中的剧毒二恶英主要是在燃烧过程中形成的。
1、焚烧物中含有石油产品、含氯塑料(聚氯乙烯、聚氯亚乙烯、聚氯树脂等)作为二恶英的前体(precursor)，在燃烧过程中经热分解后，分子重排形成二恶英及CHLOROPHENOL、CHLOR OBENENE。
2、有机物热分解产品HCL，而厨房垃圾中含有N?aCL、KCL、MgCL?3等盐，当烟气中有SO? 2时，则发生下列反应：
2NaCL+SO2+1/2O2+H2O ->?Na3SO4+HCL (1)
使烟气中HCL浓度增加，由于垃圾直接焚烧是一个氧化反应，垃圾中的铜将发生下列反应：
2Cu+O2=2CuO
CuO+2HCL=CuCL2+H2O
而CHLOROPHENOL、CHLOROBENENE在锅炉和静电式集尘器内，在HCL、CuCL2和元素的催化作用下会再合成二恶英。有研究表明，再合成温度为250℃-300℃。
据日本有关试验证明，在焚烧工艺中作为PCDD/PCDE生成源，CuCL2与其它金属氧化物相比是高于其它金属氧化物数百倍的二恶英再便合成催化剂，其次是未燃烬的碳。
图2表明CuCL2浓度对PCDD/PCDE生成情况的影响，图3是飞灰中的含碳量对PCDD/PCDE生成情况的影响。从图上所示结果可判断CuCL2和C元素在二恶英再合成过程中的作用非同小可 。
图2铜浓度对PCDD/PCDF生成的影响图3在含有碳的飞灰中PCDD/PCDF的生成
日本笠原公司采用30吨/日的垃圾焚烧炉进行分割切碎废弃物的燃烧试验，其结果表明烟气中HCL的产生量受残余浓度的影响。当残氧浓度为零时，HCL产生量为8000ppm，大约是理论产生量，而当残氧浓度为11%(通常燃烧状态)，HCL产生量降至于1000ppm。通过调查分析，布袋除尘器中灰的成分可判断其含有氯离子10.6%时，形成CuCL2，同时发现其二恶英再合成倍率为数十倍至数百倍。［6］
对于垃圾焚烧中，温度减少二恶英的办法须维护焚化温度在950℃以上，烟气体积含氧比6% 以上，烟气在炉内停留时间为2秒。有的国家提出了更高要求，加拿大焚烧炉设计指导性参数就规定焚烧炉最低温度为1000℃，烟气最短停留时间2秒钟。［7］
从以上分析可知，要抑制垃圾过程中产生的二恶英，必须：
(1)保持温度在1000℃以上，烟气停留时间大于2秒，保持烟气中含氧比6%以上，可将所有的有机物燃尽；
(2)抑制HCL、CuO、CuCL2的产生，尽量不燃烧含氯塑料及其它含氯化工品，不使Cu氧化；
(3)尽可能充分燃烧以减少烟气中的含碳量。一些国家以CO小于50ppm作为标准；
(4)在烟气净化段采用急冷却办法避开二恶英再合成的温度250℃-300℃。
三、抑制二恶英生成的垃圾焚烧方式
城市垃圾焚烧处理是将垃圾送入特制的焚烧炉中，通过焚烧氧化反应，将垃圾中的有机碳转化为CO2，氢转化为H2O，并在高温下杀死病毒和细菌，做到垃圾减量化、无害化。垃圾焚烧炉是垃圾焚烧的核心设备，选择何种焚烧炉直接影响到污染物的排放及对环境的影响。
目前世界上除北美国家外，较多使用的垃圾焚烧炉为炉排炉直接焚烧方式。其垃圾在炉膛内直接燃烧，化学反应中产生的烟气有害成分较多，不可避免会产生铜的氧化、HCL、EY CuCL2的生产，由于炉排本身的不足有时可能发生垃圾翻滚不够，造成燃烧不安全，飞灰中残留的未燃烬诉碳，这些物质的存在使已经分解的二恶英在锅炉和静电除尘器中再度合成。另外由于炉排炉炉温受垃圾热值的变化而波动，使得垃圾焚烧过程中产生的二恶英难于保证完全分解，从而引起二恶英排放量增加。要消除二恶英必须投入昂贵的尾气处理设备、活性炭吸附，这显然付出的代价太高，使原本投资高，烟气净化系统庞大，运行费用高的矛盾更加突出。而且，使用后的活性炭无法再生，成为一个新的毒源，又必须小心处理。
那么，我们该找一个怎样的技术来抑制二恶英的生成呢?加拿大的科学家从二恶英生成的最基本的四个条件：氯、氧、温度、催化剂分析，在七十年代研制出了控气型垃圾焚烧炉。这种焚烧炉将燃烧过程中分为二级燃烧室，一燃室为垃圾热分解，温度控制在700℃以内，让垃圾在缺氧状态下安静而缓慢地在低温下热分解，此时金属铜、铝、铁不会被氧化，没有CO2的产生，也就不会有CuCL2的产生和存在，垃圾中的可燃成分分解成可燃气体，并引入二燃室燃烧，二燃室温度在1000℃以上，烟气停留时间2秒以上，保证了有毒有害的有机气体完全分解燃烧，从而保证了二恶英的充分分解。由于二燃室是气体燃烧，避免了烟气中的残碳存在，削弱了二恶英的生成环境。由于控气型垃圾焚烧炉是固体床，所以不会产生烟尘，不会有未燃烬诉残碳进入烟气中，更有利的是该系统不需设置庞大的除尘装置和其它净化装置，即可达到烟气排放标准，只有在含氯塑料过高导致HCL超标时，才需要增加简单的碱洗装置。
以上分析可知，控气型焚烧炉从原理上控制了二恶英产生的各种因素：
氧的含量--在控气型焚烧炉中，一燃室始终处于缺氧状态(还氧气氛)，仅有的氧化原子优先与C、H结合，Cu、AL、Fe等不易被氧化，削弱了二恶英的生成环境。
温度因素--在二燃室中温度高达1000℃以上，烟气停留远大于2秒，可将所有的有机物燃烬；二燃室内因无水冷壁管，没有死角，故温度均匀，不会残留有害的有机物。
催化剂因素--一燃室温度较低，重金属基本上不被分解，烟气中很少有重金属离子，从而减少了催化剂成分；一燃室中含氢成分高，CL优先与H结合。
进入九十年代后，日本、德国的科学家也分别发表了研制控气型焚烧炉的分级燃烧成果，据日本笠原公司报道，采用热解气化焚烧炉，由于其一燃室是还原气氛，所以SO2仅为9.5ppm, NOx为6.1ppm, NO2为9.5ppm，二燃室是高温燃烧，CO接近为0，所以二恶英值可望处于 很低的水平。［8］
目前国际上采用控气型焚烧炉较多的国家是美国、加拿大，日本、德国也将此种技术作为垃圾焚烧的推广技术，以减少二恶英的排放。
因此，控气型 垃圾焚烧是环保型的工艺，是符合垃圾处理无害化、资源化、减量化三原则的理想的环保型垃圾处理技术。建议在采用垃圾焚烧处理的城市中，优先选用此种先进的、设备可靠的新工艺系统技术。
参考文献：
［1］Abrahan Ketal.Arch Toxical.,1988,62,359?
［2］Kociba R Tetal.,Dwrg Metab.Rev,1982,13,387
［3］崔明珍《废弃物化学组分的毒性和处理技术》中国环境科学出版社1993
［4］曲格平《环境科学词典》上海辞书出版社1994年5月第一版
［5］谢锦松、黄正义《固体废弃物处理》涉馨出版社中华民国七十七年四月版
［6］ 日本笠原制作所《笠原旋风回流型流化床焚化设施说明资料》之5-5［防止戴 奥辛dioxio类的产生的对策。］
［7］ 徐海云龙吉生《欧洲各国采购员用的垃圾焚烧烟气排放指标》《中国环保产 业》1997年4月
［8］日本笠原制作所《地球环境时代的废弃物处理技术--流化床熔融系统》1996年5月
