近年來，由于一些擬建焚燒爐周邊居民的抗議以及媒體的廣泛報道，焚燒爐對周邊環(huán)境和人體健康的影響，特別是二惡英類物質(zhì)污染問題成為公眾和市政決策者關(guān)注的熱點，而媒體對二惡英類的一些片面報道增加了公眾對垃圾焚燒的恐懼，影響了管理者決策。有鑒于此，本報特約中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員鄭明輝撰寫此文，對與生活垃圾焚燒二惡英類物質(zhì)污染控制相關(guān)的問題做了比較全面的介紹，以供社會各界在討論垃圾處理方式及環(huán)境保護問題時參考。
在上世紀80年代，西方一些國家曾因垃圾焚燒產(chǎn)生二惡英類污染而動搖過對垃圾焚燒工藝的信心，瑞典曾在1985年下令暫緩新建垃圾焚燒爐，之后開展了調(diào)查研究，1986年規(guī)定新建垃圾焚燒爐煙氣中二惡英類的排放限量為0.1納克毒性當量/立方米，并于當年解除了禁令。
垃圾焚燒過程如何去除二惡英?
充分燃燒是減少二惡英類生成的根本所在
在垃圾焚燒減少二惡英排放量方面取得的成功，應(yīng)主要歸功于科學家對焚燒過程中二惡英生成機理研究的突破性進展。自上世紀80年代中至90年代初，焚燒過程中二惡英類的生成機理研究取得了一些共識，一些重要的前生體已得到確認。(圖1總結(jié)了廢棄物焚燒過程中二惡英的幾種主要生成途徑)。
垃圾在焚燒爐內(nèi)得以充分燃燒是減少二惡英類生成的根本所在，“3T＋E”控制法是國際上普遍采用的措施，即保證焚燒爐出口煙氣的足夠溫度(Temperature)、煙氣在燃燒室內(nèi)停留足夠的時間(Time)、燃燒過程中適當?shù)耐牧?Turbulence)和過量的空氣(ExcessAir)。國外研究表明，在300℃的條件下，即使經(jīng)飛灰催化，一氧化碳和二氧化碳也不能生成二惡英。有關(guān)媒體報道二惡英類高溫分解，低溫會再合成的說法是不正確的。
由于焚燒爐煙氣中的二惡英類物質(zhì)主要是吸附在飛灰表面，因此高效除塵可以極大減小焚燒設(shè)施向大氣排放二惡英類物質(zhì)。活性炭吸附是焚燒設(shè)施普遍采用的尾氣凈化方法，一般活性炭的吸附不具有選擇性，在活性炭吸附有機污染物的同時，揮發(fā)性重金屬及其化合物也可以被吸附，從而也減少了向大氣中釋放重金屬的量。自上世紀90年代，歐美已推出幾種可用于焚燒設(shè)施煙氣中二惡英類降解的催化劑，測試數(shù)據(jù)顯示對煙氣中二惡英類的去除率較高，但設(shè)備的投資和運行費用也較大。
焚燒并不加劇二惡英類污染
生活垃圾焚燒向大氣排放二惡英類的量占我國各類二惡英類污染源大氣排放總量的1.4％
對于垃圾的處理，焚燒與填埋哪種處理方式更好不能抽象而論，而要做到因地制宜。垃圾焚燒確實存在二次污染問題，但垃圾填埋同樣也面臨著二次污染問題。
現(xiàn)在一些媒體在介紹垃圾焚燒時有意或無意地夸大了垃圾焚燒的危害，如最近有國內(nèi)媒體轉(zhuǎn)述西方報刊報道說“中國興建垃圾焚燒爐的計劃一旦實施，全球的二惡英排放可能會在現(xiàn)在的水平上翻番”，這完全與事實不符。據(jù)2009年5月在瑞士日內(nèi)瓦召開的斯德哥爾摩公約第四次締約方大會公布的文件，全球二惡英年排放量為13萬克毒性當量，中國垃圾焚燒年排放二惡英為338克毒性當量。在對待中國建設(shè)垃圾焚燒設(shè)施的宣傳上，西方一些媒體存在有意妖魔化中國的傾向。
我國采用焚燒方式處理生活垃圾起步較晚，在焚燒設(shè)施的建設(shè)和運行中已經(jīng)吸取了國外早期二惡英類污染的教訓，掌握了二惡英類控制的成熟技術(shù)和方法。在對國內(nèi)19個生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英類排放量的檢測中，只有3家沒有達到國家排放標準，達標率達到84％。從抽檢中還看到，中國一些大型垃圾焚燒廠二惡英類的排放控制技術(shù)已達到世界先進標準，19家生活垃圾焚燒廠中有6家的二惡英類排放量低于世界上最嚴格的排放標準。從生活垃圾焚燒污染控制的實踐上來看，總體說來，我國生活垃圾焚燒廠特別是大型生活垃圾焚燒廠二惡英類物質(zhì)防控措施和控制技術(shù)是有效的。
鑒于二惡英類產(chǎn)生的普遍性，那種認為“二惡英是個壞東西，一個分子也不能讓其產(chǎn)生”的看法不現(xiàn)實。人類不可能消除所有二惡英類排放源，因此也就不可能最終消滅二惡英類物質(zhì)，只能在綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟、人體健康風險等多種因素的前提下采取措施，盡量減少二惡英的環(huán)境釋放。初步估算生活垃圾焚燒向大氣排放二惡英類的量占我國各類二惡英類污染源大氣排放總量的1.4％，因生活垃圾焚燒可能會產(chǎn)生二惡英類物質(zhì)就從根本上否定此技術(shù)是不科學的。
國外焚燒設(shè)施多年的運行經(jīng)驗表明，小型焚燒爐二惡英類污染問題嚴重，集中處理的大型生活垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施二惡英類物質(zhì)容易得到有效控制。自1986年歐洲一些國家實施0.1納克毒性當量/立方米排放標準，已積累有25年的經(jīng)驗，達到0.1納克毒性當量/立方米二惡英類控制技術(shù)工藝可公開獲取。當煙氣中二惡英類的排放濃度低于1納克毒性當量/立方米時，不會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成不良影響。1996年美國環(huán)保局對俄亥俄州EastLiverpool的一座廢棄物焚燒廠(距居民居住地、小學和飲用水源地都很近且運行了10年)開展了廣泛的環(huán)境和人體健康影響調(diào)查，耗資100萬美元，完成的調(diào)查報告厚達3300頁。報告結(jié)論是，此焚燒廠運行沒有對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和人體健康造成不利影響。
揀出塑料就能控制二惡英?
二惡英產(chǎn)生與生活垃圾某些成分不顯著相關(guān)
在垃圾焚燒二惡英類物質(zhì)污染控制對策方面，目前流行最廣的說法是:“垃圾中的塑料是焚燒中產(chǎn)生二惡英類物質(zhì)的來源，不預先把塑料分揀出，肯定會造成二惡英類的高排放”。這種觀點是沒有科學依據(jù)的臆想。
生活垃圾中的塑料主要是聚乙烯、聚丙烯等鏈烴，這些塑料與其他燃料成分的燃燒過程，從生成二惡英類物質(zhì)的角度來看并無明顯優(yōu)勢。二惡英類是不完全燃燒的產(chǎn)物，其生成與垃圾熱值及焚燒工藝有直接關(guān)系，與生活垃圾中的某些成分不存在直接顯著相關(guān)性(這與危險廢物焚燒不同)。
還有一種說法:“焚燒設(shè)施必須裝備煙氣急冷設(shè)施，防止二惡英類生成。”煙氣如能在1秒內(nèi)從高溫降至200攝氏度以下，固然有利于減少二惡英類在煙氣降溫過程中合成，但煙氣急冷不是控制二惡英類的必需措施。“二惡英類在煙氣冷卻過程中合成”的先決條件是有一定量的“未完全燃燒的有機物”，這些是合成二惡英類物質(zhì)的前生體。因此控制煙氣冷卻過程二惡英類合成的根本，是要提高焚燒爐的燃燒效率，減少二惡英類物質(zhì)前生體生成。目前有些過于教條的行政指令，要求焚燒設(shè)施必須裝備煙氣急冷設(shè)施，但對燃燒效率重視不夠，而一些“急冷”設(shè)施反而造成煙氣在350℃左右停留時間增加，適得其反。
人體內(nèi)的二惡英類90%來自食品
二惡英類可能通過食物鏈傳遞、包裝材料的遷移和意外事故3種途徑污染食品
自1972年Nebert 等提出二惡英類受體致毒機制以來，二惡英類的毒理學研究一直是環(huán)境科學研究領(lǐng)域的熱點。二惡英類高度脂溶性的特點使其極易透過細胞膜進入細胞漿，在胞漿內(nèi)作為配體與轉(zhuǎn)錄因子芳香烴受體結(jié)合后產(chǎn)生毒性作用。
在17種高毒性二惡英類物中，2，3，7，8－四氯代二苯并－對－二惡英(2，3，7，8－TCDD)在目前已知化合物中毒性最大，且動物實驗表明其具有強致癌性。2，3，7，8－TCDD急性致死效應(yīng)LD50在不同種屬試驗動物之間差異極大，如最敏感的豚鼠LD50為0.6微克每千克體重，而倉鼠LD50>3000微克每千克體重，兩者相差5000倍。由于在現(xiàn)實中人類不可能暴露于高濃度的二惡英類中，到目前為止尚未見到由于人類中毒而死亡的報告。
人類暴露的觀測病例報道，一是氯痤瘡，二是暫時性肝毒效應(yīng)。1997年國際癌癥研究中心將2，3，7，8－TCDD列為人類致癌物。雖然2，3，7，8－TCDD是致癌物，但目前還沒有一例人類因二惡英類致癌的病例報道。就目前人類二惡英類暴露實際背景值狀況而言，非致癌毒性作用比致癌毒性作用對人體健康危害的風險更大些。另外，二惡英類具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，半衰期長的特性，二惡英類在人體內(nèi)的半衰期長達5～12年，長期接觸可造成體內(nèi)蓄積。
為保護人體健康，世界衛(wèi)生組織1990年制訂了二惡英類的每日耐受量(TDI)為10皮克毒性當量/天·公斤體重的標準，1998年WHO根據(jù)獲得的最新毒性數(shù)據(jù)對二惡英類的TDI修訂為1～4皮克毒性當量/天·公斤體重。考慮到二惡英類具有顯著的生物蓄積性，聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和WHO的食品添加劑聯(lián)合專家委員會提出了70皮克毒性當量/月·公斤體重的暫定每月允許攝入量(PTMI)標準。
研究表明，人體對二惡英類物質(zhì)的暴露途徑主要是通過食物。人體內(nèi)的二惡英類90％以上來自食品。
如何減少公眾擔心?
建立公眾參與長效機制，通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)推測二惡英類物質(zhì)排放情況
公眾對垃圾焚燒二惡英類物質(zhì)的排放仍存顧慮，因此要建立公眾參與的長效機制，對焚燒企業(yè)進行監(jiān)督。煙氣中痕量的二惡英類尚不能做到實時在線監(jiān)測，但可以通過一些在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)推測二惡英類物質(zhì)的排放情況。煙氣中的一氧化碳含量可以表征燃燒效率，含量高說明燃燒不充分，二惡英類物質(zhì)的含量就有可能高，反之亦然。煙氣中的煙塵 含量能反映除塵器的除塵效率，在二惡英類物質(zhì)生成量相同的情況下，煙塵排放量越低，煙氣中二惡英類物質(zhì)的含量就越少。
目前，國內(nèi)一些城市也在考慮在焚燒設(shè)施設(shè)立在線長期采樣裝置，通過長期采樣裝置可以設(shè)定每天、每周或每月的采樣時間及采樣量，取得一定時間內(nèi)焚燒設(shè)施煙氣中排放二惡英類物質(zhì)的平 均值。與每年一兩次監(jiān)測結(jié)果相比，這樣更能反映企業(yè)長期排污情況，減少公眾擔心。
任何垃圾處理設(shè)施的運行都面臨著有效處理垃圾和二次污染控制的雙重任務(wù)，控制二惡英污染排放，使之不對周邊環(huán)境和人體健康產(chǎn)生不良影響，是關(guān)系到我國焚燒行業(yè)能否可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。
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什么是二惡英類物質(zhì)?
二惡英類物質(zhì)是多氯代二苯并－對－二惡英(PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(PCDFs)的總稱，它們是氯代三環(huán)芳香化合物。由于氯原子的取代數(shù)目和位置不同，構(gòu)成了75種PCDD和135種PCDF。其中有17種(2，3，7，8位全部被氯原子取代的)二惡英類被認為對生態(tài)環(huán)境和人類健康有很大危害。二惡英類物質(zhì)非常穩(wěn)定，熔點較高，常溫下是固體，極難溶于水(見表)，可以溶于大部分有機溶劑，是無色無味的脂溶性物質(zhì)，所以非常容易在生物體內(nèi)積累。自然界的微生物降解和水解作用對二惡英類的影響較小，因此，環(huán)境中的二惡英類很難自然降解消除。
二惡英類污染源自何處?
除科學研究外，人類從未有意生產(chǎn)或使用過二惡英類，環(huán)境中的二惡英類主要來源于人類生產(chǎn)活動釋放的副產(chǎn)物。歷史上含氯有機化學品的生產(chǎn)是二惡英類的重要來源，大量用于木材防腐和滅釘螺的五氯酚和五氯酚鈉中都曾含有二惡英類，1972～1977年美國平均年產(chǎn)五氯酚兩萬噸，其中二惡英含量在205ppm～1070ppm范圍，由此估算在此期間美國每年由于使用五氯酚對環(huán)境輸入二惡英的總量為4噸～21噸；在越南戰(zhàn)爭期間，美軍大量使用含有二惡英類雜質(zhì)的2，4，5－T落葉劑，給越南南方造成的生態(tài)破壞影響至今尚未完全消除，美國1970年前2，4，5－T產(chǎn)品中2，3，7，8－TCDD的含量在0.1ppm～100ppm范圍，據(jù)此估計在此期間由于使用2，4，5－T對環(huán)境輸出2，3，7，8－TCDD的量為4.8噸；20世紀70年代之前，很多國家生產(chǎn)并廣泛使用的多氯聯(lián)苯中也含有二惡英雜質(zhì)。
1977年Olive等人在荷蘭阿姆斯特丹市廢棄物焚燒爐排放的飛灰和煙道氣中檢出了二惡英類，此后的研究表明廢棄物焚燒爐是許多國家環(huán)境中二惡英類的主要生成源。近年來，隨著對廢棄物焚燒爐的改進以及安裝更先進的污控裝置，廢棄物焚燒排放二惡英類的量急劇下降。日本近10年來二惡英類物質(zhì)的年排放總量由8.13千克毒性當量下降到400克毒性當量。目前工業(yè)發(fā)達國家二惡英類物質(zhì)污染控制的重點已由廢棄物焚燒轉(zhuǎn)向金屬冶煉等其他工業(yè)污染源。
我國潛在二惡英類污染源分布廣，數(shù)量大，對其尚不能全面監(jiān)測和監(jiān)管。圖2顯示了初步估計我國二惡英類的年排放量(主要基于我國2004年度各行業(yè)生產(chǎn)量)，各類污染源的總排放量為10千克毒性當量左右，其中向大氣的排放量為5千克毒性當量左右。分析表明，我國生活垃圾焚燒總的二惡英類排放量約為338克毒性當量，其中向大氣排放126克毒性當量，占總大氣排放量2.52％。我國目前運行的生活垃圾焚燒設(shè)施年焚燒量為1700萬噸，雖然焚燒量有所提高，但由于缺乏尾氣控制的焚燒廠關(guān)閉，向大氣排放的二惡英類物質(zhì)總量反而降低。估算生活垃圾焚燒年排放二惡英類量小于544克毒性當量，其中向大氣排放量小于68克毒性當量，占總大氣排放量小于1.4％。
表2，3，7，8－TCDD的一些物理性質(zhì)
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熔點(℃)
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沸點(℃)
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水中溶解度(mg/L,25℃)
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蒸汽壓(Pa,25℃)
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LgKow
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305~306
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446
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1.93×10-5
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9.86×10-8
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6.8
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圖1焚燒過程中二惡英的幾種主要生成途徑
圖2我國二惡英類的年排放量估算(以2004年為基準年)
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