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污泥电厂掺烧所反映的污泥处置政策问题及对公众健康形成潜在威胁

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学社编辑 发表于 2019-9-3 08:48 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
焚烧是废弃物安全处置的常用技术路线之一。有关垃圾焚烧安全性的问题,曾经引起社会的普遍关注。同样是废弃物,目前国内社会舆论对污泥焚烧的关注则几乎为零。
" o& N9 q3 [1 x9 {, R: S: _事实上,这只是由于人们对污泥的了解远没有垃圾那样直接罢了。要说废弃物中的污染物,其实污泥要比垃圾复杂的多。
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污泥中的有害污染物构成极为复杂

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众所周知,污泥是污水处理后的剩余产物,是污水中污染物的浓缩。物质不灭,进入污水的污染物除了一部分营养物质被细菌代谢分解了以外(如碳、氢、氮),随污水进入污水厂的全部不可降解污染物,如重金属、硫、氯、持久性有机化合物(POPs)等全部凝聚到了污泥中。. ~+ Y% J& w: H0 b$ b7 v9 G- J2tech.cn

- V3 d' Y) O8 o8 I人类生活所涉及的衣食住行各方面,都与污泥的产生相关。来自食品添加剂和合成药品中的化合物,通过粪便进入了污水;日常生活中所使用的所有个人卫生和保洁用品,如洗涤液、消毒剂、杀虫剂、空气清新剂等,其归宿也是污水;与液体和固体燃料相关的所有气态排放,最终也通过降水淋洗作用而有相当一部分最终进入了污水处理厂。
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目前,没有人能够说清到底有哪些化合物进入了污水。因为绝大部分化合物凭目前的检测手段是无法检测到的。这是因为化合物产生的速度已远远超过了我们认知的能力.
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5 v' C0 Z2 g3 y7 e4 l& M9 Y根据美国《化学文摘》编辑部的统计,已知的有机化合物数目在1880年约12,000种,1910年约为150,000种,1940年约为500,000种,1961年约为1,750,000种,1990年已超过1千万种。据报导,每年新合成的化合物数量达30余万,其中90%以上是有机化合物。& H& W% B  U/ e/ M1 v2tech.cn
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正由于污水处理厂“兼收并蓄”的这一特点,与垃圾相比,污泥中污染物的种类、类型、毒性远比垃圾复杂。
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我国污泥中污染物浓度较高

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与欧美相比,我国在最近20年经历了一个发展的高峰期,各项原材料、能源的生产和消耗长期雄踞世界首位,已成为名副其实的世界工厂。与此相关,因生产所产生的污染,特别是低附加值、高污染工业的比重居高不下,使得大量废弃物未经治理,直接进入了环境。废弃物中主要有两类物质,严重威胁着人类所赖以生存的环境的健康:重金属和持久性有机污染物。基于这两类物质难降解的特点,一旦排放到环境中,就会长期驻留,并参与局部环境中的循环。9 C# z8 }( q6 l3 w- m2tech.cn
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比如汞,我国是目前世界上最大的汞生产国和进口消费国,每年的消费量在千吨以上(2003年数据);此外,我国还是世界上燃煤的最大消费国,燃煤含汞,每年因燃煤燃烧所造成的汞排放也在近900吨(2010年煤产量33亿吨,原煤平均含汞量0.27 mg/kg)。由于汞不能被消灭,数十年来,这些汞要么沉积在表层土壤中,要么进入水体并沉积在淤泥中,并随着种植产品或水产品回到食物链,反复循环。! d* R8 y+ c8 j5 U7 c7 D% S2 e7 e2tech.cn
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在欧盟,上世纪九十年代后期含汞的生产工艺(如汞法氯碱、含汞电池)已被彻底淘汰,加上燃煤消耗量极少(仅在英国和波兰占一定比例),目前污泥中的汞主要是以往累积浓度的循环,平均干基浓度在2-3 mg/kg以下。而在我国,市政污泥中的汞含量普遍在20 mg/kg以上(北京市数据),比欧盟高了近10倍。! U) Z: a6 d) ^) g) E% E2tech.cn
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污泥焚烧的烟气排放前须经合格的烟气处理
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+ X! f. s! i3 ^; i7 z  Z! K自人类学会保存火种和用火以来,似乎烧就从来不是什么了不起的问题。刀耕火种时期,火焰可以消毒,烟熏可以延长保存食物的时间,煮沸可以杀灭微生物和细菌。但在有机化学如此发达的今天,火的使用已不再象我们的祖先那么单纯和简单了,因为人类生存环境已发生了极大变化。" x9 M! T; \; _7 y0 P, Z  |2tech.cn

2 @. J1 @4 c/ E首先,人类健康正在受到环境中大量有毒有害物质的威胁。随着成千万吨人工合成的不可降解有机物降临在这个世界,我们周边的环境已经发生了彻底变化,这类有害物质普遍存在于我们的食品、水和空气中,在生物累积作用下,永久性地寄居在人体组织中,久而久之,会令肌体细胞产生变异。令人谈虎色变的二噁英(PCDD/Fs)就是这样一类脂溶性、具有极强毒性的“三致”物质(致癌、致畸、致突变)。" }$ Z0 l% Z: H2 j: {2tech.cn
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其次,对这种威胁的认知尚处在初级阶段。随着科技进步和检测手段的完善,随着疾患案例的增加,人类才逐渐发现或意识到,某些新物质与某些疾病相关,而这类物质进入人体与环境相关,环境中久已存在但过去从未被注意的问题是罪魁祸首。如多环芳烃(PAHs),它是汽油、天然气以及燃煤、垃圾在内的各种燃料燃烧时一定会产生的物质,它主要附着在超细颗粒物(PM2.5)上,通过空气传播,可以进入人类的呼吸道,引发肺癌等疾病。目前已被发现和确认的可能导致健康危害的环境因素还只是极少数,因为绝大部分的化合物尚未被检测,世界上具备定向检测能力的实验室也是凤毛麟角。
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( n# X/ r/ _: d第三,环境中有毒有害物质的浓度亟需得到控制。由于这类有毒有害物质是难降解、难以消灭的,只能从停止(如DDT)或减少其用量(如汞)、减少产生量(如改善燃烧条件)、利用封存手段(如安全填埋)等方面减少或减缓其在环境中的累积。废弃物焚烧是热化学反应过程,在合适的条件下,它可以摧毁某些污染物,但也会产生某些新的污染物。二噁英就是这样一个在焚烧过程中可被分解、但在烟气处理过程中可被重新合成的物质。对于垃圾焚烧炉来说,合格的烟气处理是必需的,其任务一方面是避免污染物的再合成,一方面是将这类污染物的大部分通过反应、吸收的形式,从烟气中除去。富集了污染物的部分(飞灰、炉渣、废水)仍需进一步处理。
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显然,废弃物的焚烧,早已不像人们想象中的那样,只要烧了就完事大吉了。相反,集中型的废弃物处置,由于是将来自一个广大区域内的废弃物汇集到一个集中处置点来焚烧的,那么由于烟气排放的特点,它事实上形成了以该点为中心的一个有限区域内的污染物集中排放,生活在该区域内的人们将不可避免地长期受到环境中污染物浓度不断提高的困扰。合格的烟气处理是唯一可以延缓这一过程的保障。3 s7 m# B$ c) p) d; E4 q2tech.cn

  G! o& Y7 W4 \( @) a很难想象的是,一个没有这种合格烟气处理设施的废弃物焚烧项目会对环境造成怎样的影响。" t7 _2 O2 [$ F+ C1 o/ w1 [& ]' m2tech.cn
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污泥掺烧所产生的烟气具有致突变性
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. Q/ P( ?' \! L2 c支持电厂掺烧污泥的,是基于这样一种美好的假设:电厂锅炉的床温超过800度,有的更高达1200度,烟气停留时间超过2秒,有的高达6秒,足以使废弃物中的所有有害物质分解。" T' W9 F- F( K& o2tech.cn
这种假设有一个美中不足之处:没有考虑到烟气中有害物质的再合成以及非正常工况下的污染物排放问题。7 m$ q6 T& K$ y3 h" O2tech.cn

/ H0 {: g1 {- W  g美国和德国科学家2001年对电厂掺烧污泥做过一次非常有意义的研究(Art Fernandez等<Resuspension of coal and coal - municipal sewage sludge combustion generated fine particles for inhalation health effects studies>,载于<The Science of the Total Environment> 2002年总第187期)。采用一个半工业级煤粉炉,分别进行燃煤和掺有20%热量比污泥的燃煤的燃烧,获得布袋除尘器上的超细飞灰(平均PM3.5),然后通过一个再悬浮系统,用环境空气混合所得到的两组飞灰来仿真烟气的稀释排放,浓度为1000微克/立方米。两组受试的小鼠每天分别接受不同气体中暴露1小时、连续24天的吸入试验,另有一个用于对照的控制组仅吸入环境空气。试验结束后对三组小鼠进行解剖发现,暴露在燃煤-干化污泥掺烧粉尘下的动物肺部通透性有显著改变,这是病理性肺损伤早期阶段的标志,而暴露在燃煤粉尘下的小鼠未见该现象。
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该研究所采用的可吸入颗粒物浓度,相当于美国EPA 1990年PM10标准150微克/立方米的6.5倍,但每天1小时的暴露时间,则平均浓度已十分接近常见的实际空气质量。. R/ ]; @" g8 u6 }5 n2tech.cn
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日本科学家1997年曾对污泥焚烧的烟气和飞灰的诱变性进行过研究(Hidekichi Yoshinoa,U等, <Mutagenic activities of exhaust gas and ash from sludge incineration plants>载于<The Science of the Total Environment> 1998年总第215期)。对7个污泥焚烧厂烟气和飞灰的研究表明,有些烟气有显著的高诱变性,可能是由于烟气温度低所造成的;灰渣没有显示出有诱变性,诱变性也与炉型无关,烟气中未发现多环芳烃和其它氯化物,这一点显示污泥焚烧的烟气与垃圾焚烧不同,无法确定尾气中的诱变化合物是什么。3 F2 N) U8 A7 B6 T2 d5 _$ t' w& T: d2tech.cn

; R' y; W) M( f4 P- t对污泥的致突变性还有大量的研究,但大多是在非焚烧领域,如污泥中高PAHs含量,可能造成土壤、水体的污染。' u: \( o: n% }1 R! Q2tech.cn

; ]/ X3 W+ D: k- Q& q# C上述两个研究的结论十分值得人们深思。污泥焚烧所产生的烟气和粉尘均可能具有致突变性,这一点应该是无疑的。以燃煤烟气进行对比的试验表明,众所周知的“三致”物质多环芳烃(PAHs)可能被排除,因为燃煤也产生PAHs,如果单独的燃煤烟气无致突变性,而掺烧污泥后就有,疑问就都被集中到了污泥上。不幸的是,污泥焚烧究竟产生了什么样的致突变化合物,目前还不为人所知。+ [7 K9 k) j  b1 `& Q2tech.cn

% z! ~8 a& a! }5 ^. B7 R% p不难理解,美、德科学家的结论是,以干化污泥作为替代燃料代替燃煤的想法值得三思了。这恐怕就是为什么在全球,除了中国之外,极少有干化污泥掺烧实例的原因。在这方面,国内大干快上的电厂污泥掺烧却正在如火如荼的进行。两相比较,让人真正领悟了什么叫“无知者无谓”的境界。7 b8 t, a4 ~% b2tech.cn
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电厂掺烧污泥需要怎样的烟气处理

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- e- P5 A; E; c8 q# i. H目前,电厂烟气处理的工艺和设施与专门处理废弃物的焚烧厂烟气处理设施有着极大不同,在污染物捕捉对象、捕捉能力和捕集效率方面有着本质区别。污泥所涉及的污染物排放有多种,有些是电厂烟气处理设施所能捕捉的,但有些是不能的。不能捕捉或难以捕集的有:. O; d! T! F; `. U. \5 @+ ^2tech.cn

1 F* ^3 f2 r: Z% F* N8 k) w汞:燃煤本身就有汞排放问题,污泥的汞浓度是燃煤的数十倍,掺烧污泥会使该项目的汞排放量大幅度提升(拟另文讨论)。目前布袋除尘器这样的常规烟气处理设施所能捕捉的量不到入炉汞总量的6%。3 F: }6 s, n1 |" s$ I2tech.cn
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镉:目前的电厂烟气处理装置只能截留一部分,相当一部分会排入大气。
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1 N5 O5 G! z/ I4 |铅:受烟气中氯离子含量的影响,主要在飞灰中富集。
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) x& K- b9 L2 ^% c二噁英:污泥所携带的二噁英,或污泥中的二噁英前体物如多氯联苯等在焚烧后可能重新形成;. j' {0 i& m% n5 _2tech.cn

4 k& A$ g6 `7 `( r& ]$ H多环芳烃:燃煤燃烧本身是多环芳烃的重要来源,污泥中具有较高浓度的累积;, r+ U% y- Q- L/ V. e9 B: }2tech.cn

, w" ]6 a/ K# i$ J, z未知化合物:如前所述,污泥掺烧可能产生未知的、目前手段检测不到、具有“三致”特点的污染物排放。; J8 q& Q$ |+ E2tech.cn

6 S- _, y0 S' k4 B) Z% k污泥中的污染物是环境排放的“集大成者”,如果不能对这类污染物进行“封存”,而是通过掺烧,不加限制地使其回到环境中去,这种做法只会使当前污染已经十分严重的环境不堪重负,进而影响到人类自身。众所周知,当前医学遇到两个重大问题:一是癌症的数量急剧上升,一是先天性残疾、过敏体质人口比例大幅增长。环境方面出了某种问题,是目前科学界公认的唯一解释。3 j% w1 E: N6 T1 x: g7 b& V2tech.cn

" F  H: M0 F) D" R" d9 k+ M, Z; m因此,我们有理由对污泥焚烧持相对保守、理性的态度。并非所有的焚烧都不安全,但有些焚烧一定是不安全的,这种没有合格烟气处理的废弃物掺烧就是其中之一。
1 P6 Y( Q' ~" C2 J& w锅炉≠焚烧炉。两者的区别在于焚烧的条件,尤其是烟气处理的条件。
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环保的目的,是想避免把我们自己也当做试验用的小白鼠,如此而已。1 t& j: I! k$ [; r2 D. r0 j. `2tech.cn
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