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采用焚烧和热解的方法对城市生活垃圾（municipal solid waste，MSW）进行处理，可实现真正意义上的减容、减量，且具有部分回收能量的优点。然而MSW中常见的聚氯乙烯、食盐等含氯的有机类和无机类物质会给垃圾的能源化利用带来极大的难题：氯化物在热处理过程中会产生氯化氢气体，腐蚀金属设备，氯化氢排放到大气还会形成酸雨。由于氯化物的存在，还使得垃圾在热处理过程中有剧毒的二恶英类污染物产生。
本文就二恶英的物理、化学、毒理性质及其城市生活垃圾焚烧过程中二恶英的形成机理进行探讨，旨在为MSW的能源化利用提供一些有益的信息。
1二恶英的物理、毒理性质
二恶英是由2个苯环通过与1个氧原子或2个氧原子连接而生成的芳香烃族化合物，其苯环上不同位置上的H被Cl所取代形成了一系列化合物。其结构式如图1所示。
图1二恶英的分子结构式
图1 a PCDDs（Polychlorinated dibenzo-p-dioxin）称为多氯二苯并二恶英；图1 b PCDFs（Polychlorinated dibenzofuran）称为多氯二苯并吠喃。其中PCDDs的苯环上8个H被1-8个Cl所取代形成75种异构体，PCDFs的苯环上8个H被1-8个Cl所取代形成135种异构体，总共210种异构体，
表1二恶英的理化性质
合称为二恶英(PCDD/Fs)。
二恶英是一类非常稳定的亲油性固体化合物，其熔点较高，分解温度大于700℃，极难溶于水，可溶于大部分有机溶液，所以容易在生物体内积累。表1是两种典型二恶英的理化性质。
美国环保局（EPA）确认的有毒的二恶英类物质有30种，其中包括多氯二苯二恶英(PCDDs)7种、多氯二苯吠喃（PCDDs)10种、多氯联苯（PCBs)13种，以毒性大、致癌作用强的2,3,7,8四氯代二苯并二恶英(2,3,7,8-TCDD)为代表。不同的二恶英类取代衍生物具有不同的毒性，但可以采用毒性等价换算值的方法，用统一的数值来表示其浓度。即将各异构体的浓度乘以对应的毒性等价换算系数（2，3，7，8-TCDD）Toxicity Equivalently Factor，TEF)，则可换算成TCDD）的毒性当量（TEQ)。表2是一些二恶英类物质的TEF。
表2二恶英类的等价毒性当量因子
根据美国EPA1995年的报告，二恶英是迄今人类所发现的毒性最强的物质。其对人类健康的影响超过了60年代DDT对人类健康的影响。非常小剂量的“错误信号”能对激素调控产生极大地影响作用，包括影响细胞分裂、组织再生、生长发育、代谢和免疫功能，因此，二恶英被称为“毒素传递素”，影响和危害正常人体系统，如内分泌、免疫、神经系统等。表3是二恶英2,3,7,8-TCDD）一些毒理效应。
二恶英可存积于空气、土壤、食物（肉制品、乳制品、鱼、蛋、蔬菜等）中，由食物链在人类身体中累积。
二恶英对人的危害可通过空气、饮水、膳食的途径。膳食摄入可占总侵害的97.5%,世界卫生组织(WHO）的分支机构国际癌症研究署（IARC）在1997年的报告中将2,3,7,8-T4CDD列为一级致癌物，其毒性相当于氰化钾(KCN)的1000倍。
表3二恶英的毒理效应
2二恶英物质的来源
二恶英主要来源于固体废弃物焚烧，占其排放量的90％以上，含氯农药合成、纸浆的氯气漂白等也有可能产生二恶英。其一些主要来源见表4。
表4二恶英主要来源
关于在焚烧垃圾过程中生成二恶英的各种理论有以下一些：
(1)燃烧含有微量PCDD的垃圾，在其排出废气中必然产生PCDD；
(2)在有两种或多种有机氯化物存在的情况下，它们是形成PCDD）前趋体（precursor），由于“二聚作用（dimerization)，这些化合物（氯酚）在适当的温度和氧气条件下就会结合并生成PCDD；
(3）单分子的前趋体化合物的不完全氧化，也可生成PCDD，例如多氯代二酚的不完全氧化；
（4）由于氯的存在，氯（氯化物）就会破坏碳氧化合物（芳香族）的基本结构，而与木质素（如木材、蔬菜等废弃物）相结合，促使生成PCDD。
通常认为燃烧混有金属盐的含氯有机物是产生PCDD/Fs的主要原因，其中金属起催化剂作用，如氯化铁、氯化铜可以催化PCDD/Fs的生成。城市生活垃圾中含有大量的有机氯化物（如塑料、橡胶、皮革）和无机氯化物（如氯化钠），焚烧过程中温度在250-650℃之间时会生成PCDD/Fs，且在300℃时生成量最大。
H.Huang等人实验模拟了焚烧炉炉后条件来研究二恶英的形成机制，确立了与焚烧炉条件相关的两个形成途径：从头合成（de novo synthesis)与前体物合成。其中，从头合成很可能是实际燃烧系统中二恶英形成的主要机理。二恶英的生成需要一定变质石墨结构的碳形态。燃烧系统中二恶英的形成过程分为两个阶段：①碳形成一燃烧带中变质石墨结构的碳粒子的形成；②碳氧化一未燃烧碳在低温的后燃烧带被继续氧化及PCDD/Fs作为石墨结构碳粒氧化降解产物的副产品而形成。碳形成中至少含有三步：核子作用、粒子增长及团聚过程；碳氧化中至少有四步：氧化剂吸附、与金属离子结合的复杂中间产物的形成、同石墨结构碳的相互作用及产物解吸。其过程中含有极其复杂的多相化学反应，影响二恶英从头合成的因素主要有气相物质、固相物质、温度、反应时间、产物分配等方面。从以上关于二恶英在焚烧过程中有产生的各种不同观点，归纳起来主要有以下两种：
一是完全燃烧时垃圾在干燥过程和燃烧的初始阶段，当氧含量充足时，垃圾中的低沸点的烃类物质或燃烧生成一氧化碳、二氧化碳、水；若氧含量不足，就会生成二恶英前驱物。这些前驱物与垃圾中氯化物、氧气等进行复杂热反应，生成二恶英类物质。
二是燃烧后生成不完全燃烧所产生的二恶英的前驱物以及垃圾中未燃烬的环烃物质在烟尘中铜、镍、铁等金属及其盐的颗粒催化作用下，与烟气中的氯化物和氧气发生反应，生成二恶英类物质，催化反应温度为300℃左右，即所谓的“从头合成”（de novo synthesis）。
3环境中二恶英的降解
环境中的二恶英是相当稳定的，在深层土壤中2,3，7,8四氯二苯并二恶英的半衰期长达10-20a，底泥中二恶英也能长期稳定。二恶英在环境中稳定、持久，环境中的二恶英通过垂直迁移、蒸发或降解的损失率很低，表层的二恶英主要损失途径是挥发和降解。
环境中二恶英的降解由于具有相对稳定的芳香环，具有稳定性、亲脂性、热稳定性，同时耐酸、碱、氧化剂和还原剂，且抵抗能力随分子中卤素含量增加而增强，因而广泛分布于空气、水、土壤中，并具有高度的持久性。
目前环境中二恶英的降解途径、降解机制及速率成为研究的热点之一。环境中二恶英，特别是高氯代二恶英，不管是在有氧条件还是在缺氧条件下几乎不发生化学降解。生物代谢也缓慢，主要是光降解。但在有机溶剂中，如二氧六环、三氯甲烷、环已烷、甲醇等，用紫外灯照射时，会很快被分解。
4结语
在目前城市生活垃圾的各种处理中，焚烧具有减容（量）程度高、能同时回收部分能量等优点，在国内外己逐渐得到广泛应用。但MSW焚烧也是二恶英类物质产生的主要来源。
由于二恶英的物理化学性质稳定，毒性较大，在环境中自然降解缓慢。国内外对二恶英的来源、分布、转化、迁移、降解等方面进行了研究，并取得了一定进展，但仍存在一些问题，特别是对二恶英的产生和降解机理的研究，还需作进一步的工作，以降低或消除二恶英的产生，研究其快速降解的机理，使二恶英分解成无毒无害的小分子物质。
同时也必须加强对MSW处理方法的进一步研究，使MSW处理更真正意义的达到减量、无害、资源化。目前本课题组的“城市生活垃圾高效洁净能源化利用技术”项目正进行这方面的研究。
