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当前,治理农村生活垃圾污染是提高农村环境质量首要解决的问题。通过小型生活垃圾热处炉就地处理生活垃圾,具有降低垃圾运输成本,减容减量化程度高,选址容易等优点,近年来在我国山区农村得到较广泛的应用,而垃圾热处理过程中有毒物质二噁英(PCDD/Fs)和重金属的排放浓度水平还不清楚。本研究在工程领域对典型小型生活垃圾热处理过程二噁英和重金属的排放、迁移转化机制及控制技术开展了较丰富的研究,对了解小型生活垃圾热处理过程二噁英和重金属排放的环境风险以及提高污染物排放的控制技术具有重要的意义。首先,对我国广西、云南、广东部分山区12座典型小型农村生活垃圾热处理炉(包括焚烧炉、气化炉焚烧炉、气化炉)进行现场采样调查,发现小型生垃圾热处理炉烟气净化系统简单,管理不善,导致烟气中较高浓度二噁英排放,并且存在明显的差异,焚烧炉、气化焚烧炉、气化炉烟气中PCDD/Fs排放浓度分别为0.70~24.88、3.05~4.84、0.02~0.48 ngI-TEQ/Nm~3。底灰中PCDD/Fs的浓度明显高于正常运行的大型城市生活垃圾焚烧炉。烟气中排放的4种重金属(Cd、Cr、Pb、Hg)中,除1座小型焚烧炉烟气中Cd超标外,其余热处理炉烟气中重金属排放浓度均较低,并且不同热处理烟气中Pb排放浓度高于Cd、Cr、Hg。其次,针对小型农村生活垃圾热处理炉底灰露天堆放,易受到雨水淋溶、风吹进入土壤及水体环境,对3种炉型底灰中重金属(Cu、Zn、Cr、Pb、Cd、As和Hg)含量、浸出毒性及形态分布进行研究。发现3种炉底灰中重金属除了As和Hg,Cu、Zn、Cr、Pb、Cd含量均远高于《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)二级旱地土壤标准限值。底灰重金属形态分布显示,3种炉型底灰中重金属形态分布具有相似性,底灰中的Zn、Cr、Pb、Cd、As、Hg主要以残渣态形式存在,而Cu主要以有机结合态和残渣态形式存在,但是焚烧炉和气化焚烧炉有效态Cd含量较高,具有较大的生态毒性。模拟不同pH酸雨对底灰中重金属浸出,发现当模拟酸雨浸提液pH达到4.5时,3种热处理炉底灰中Pb、Cd和Cr浸出浓度超过《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中V类水标准。因此3种热处理炉底灰被强酸雨淋溶或者直接进入到土壤环境中均会导致环境污染。底灰中重金属毒性浸出分析显示,3种炉底灰均不属于危险废物。再次,通过对典型的小型生活垃圾上吸式固定床气化炉进行系统的研究。发现垃圾气化炉烟气经过湿法洗涤+电捕焦油器净化后,烟气中除了CO,其它污染均能满足我国《生活垃圾焚烧污染物控制标准》(GB18458-2014)。垃圾气化产物中PCDD/Fs同系物分布特征显示,上吸式固定床气化炉运行过程中,PCDD/Fs主要产生于气化炉内,而不是烟气净化过程合成。PCDD/Fs质量平衡分析显示,垃圾气化过程PCDD/Fs的总输出为50.04μg I-TEQ/t-垃圾,底灰、焦油、烟气中PCDD/Fs所占比例分别为88.06%,11.80%,0.07%。重金属质量平衡分析显示,上吸式固定床气化炉处理生垃圾时,垃圾中94.00%Pb、80.45%Cu、75.93%Cd、77.29%Cr、75.79%As残留在底灰中,64%Hg分布在烟气中。对气化炉烟气进行高温加热(700~900℃),发现高温加热能有效去除烟气中高浓度的CO,但使烟气中的PCDD/Fs增加了4.24倍。最后,针对气化焚烧炉PCDD/Fs排放不达标问题,分别研究了布袋除尘以及活性炭喷射吸附协同布袋除尘对PCDD/Fs的去除效果。结果显示,未安装布袋除尘前,烟气中的PCDD/Fs浓度远高于《生活垃圾焚烧污染物控制标准》(GB18485-2014),使用布袋除尘后,烟气中PCDD/Fs不降反增,使PCDD/Fs浓度从4.83I-TEQng/Nm~3增加到13.69 ngI-TEQ/Nm~3。而使用活性炭喷射协同布袋除尘后,烟气中PCDD/Fs浓度降低到0.042 ngI-TEQ/Nm~3,其中对17种PCDD/Fs同系物的去除效率在95.79%~99.12%,而对10种PCDFs同系物的去除效率基本随氯取代数的增加逐渐降低,表明活性炭喷射与布袋除尘对烟气中PCDD/Fs的去除具有较好的协同效果。同时使用活性炭喷射协同布袋除尘后,垃圾气化焚烧过程中PCDD/Fs的总排放因子从21.415μg I-TEQ/t降低到10.889μg I-TEQ/t,其中底灰、飞灰、烟气中二噁英排放因子分别占总排放因子的97.48%、1.63%、0.89%。说明了活性炭喷射协同布袋除尘能有效减少气化焚烧炉烟气净化过程中PCDD/Fs的合成。