摘要：二噁英作为一类具有强致癌性、生殖毒性和持久性环境危害的有机污染物，其生成机制与垃圾焚烧工艺参数、物料特性及环境条件密切相关。本文基于国内外研究成果与实践案例，系统解析垃圾焚烧过程中二噁英的生成条件，并提出针对性控制策略。
垃圾焚烧中二噁英生成条件及控制策略研究
二噁英作为一类具有强致癌性、生殖毒性和持久性环境危害的有机污染物，其生成机制与垃圾焚烧工艺参数、物料特性及环境条件密切相关。本文基于国内外研究成果与实践案例，系统解析垃圾焚烧过程中二噁英的生成条件，并提出针对性控制策略。
一、二噁英生成的核心条件
（一）温度窗口：低温区的催化反应
二噁英的生成存在两个关键温度区间：
低温合成区（250-500℃）：当焚烧炉出口烟气温度处于此区间时，未完全燃烧的有机物与氯元素在重金属催化剂作用下发生“从头合成”反应。例如，日本某垃圾焚烧厂数据显示，当烟气冷却速率低于50℃/秒时，二噁英生成量较快速冷却（>100℃/秒）增加3-5倍。
高温分解不足区（：若焚烧温度低于850℃，含氯有机物（如聚氯乙烯塑料）无法彻底分解，其热解产物氯苯、氯酚等前体物成为二噁英合成的原料。中国某流化床焚烧炉试验表明，当炉膛温度从800℃降至750℃时，二噁英排放浓度从0.5 ng-TEQ/m³升至2.3 ng-TEQ/m³。
（二）氯源与前体物：物质基础
二噁英的生成需依赖两类氯源：
有机氯化合物：聚氯乙烯（PVC）、五氯苯酚（木材防腐剂）、氯代苯等含氯塑料在燃烧中释放氯自由基，参与二噁英合成。例如，医疗废物焚烧时，含氯消毒剂残留物可使二噁英生成量增加2-3倍。
无机氯盐：厨余垃圾中的氯化钠（NaCl）在高温下与二氧化硫（SO₂）反应生成氯化氢（HCl），进一步参与催化循环。深圳市某焚烧厂实测显示，厨余垃圾占比每提高10%，二噁英排放浓度增加0.8 ng-TEQ/m³。
（三）重金属催化剂：反应媒介
重金属元素通过降低反应活化能，显著加速二噁英合成：
铜（Cu）：作为最有效的催化剂，铜离子可使“从头合成”反应速率提高100倍以上。某电子废物焚烧案例中，含铜电路板占比5%时，二噁英排放浓度达15 ng-TEQ/m³，远超标准限值。
铁（Fe）、镍（Ni）：铁氧化物在300-400℃区间催化效率达60%，镍则通过形成金属氯配合物促进氯转移。美国EPA研究显示，焚烧飞灰中铁含量每增加1%，二噁英生成量上升0.3 ng-TEQ/m³。
（四）氧含量与湍流度：反应环境
缺氧燃烧：当过剩空气系数（λ）
低湍流度：若燃烧室内气流速度
二、二噁英生成的典型场景
（一）原生垃圾携带
生活垃圾中本身含有微量二噁英（0.1-10 ng-TEQ/kg），主要来源于塑料包装材料、农药残留等。尽管高温焚烧可分解90%以上的原生二噁英，但仍有部分残留。例如，某市垃圾焚烧厂入炉垃圾二噁英含量为2.5 ng-TEQ/kg，排放烟气中仍检测到0.08 ng-TEQ/m³的残留量。
（二）燃烧中断与低温区
启停炉阶段：焚烧炉启动时，炉膛温度从室温升至850℃需2-3小时，此期间烟气在250-500℃区间停留时间过长。某厂启炉记录显示，前2小时二噁英排放浓度达5.8 ng-TEQ/m³，是稳定运行期的20倍。
局部低温区：炉排漏风、受热面积灰等问题导致局部温度降至500℃以下。通过红外热成像检测的某焚烧炉案例中，炉排下方存在3处低温区，二噁英浓度较周边高3倍。
（三）飞灰表面催化
飞灰颗粒（粒径
三、二噁英控制的技术路径
（一）燃烧过程优化：3T+E法则
高温（Temperature）：维持炉膛温度≥850℃，二次燃烧室温度≥1100℃。某大型焚烧厂采用分级燃烧技术后，主燃烧区温度波动范围从±50℃缩小至±15℃，二噁英排放浓度稳定在0.05 ng-TEQ/m³以下。
长停留时间（Time）：确保烟气在850℃以上区域停留时间≥2秒。通过延长炉膛高度的某改造项目显示，停留时间从1.8秒增至2.2秒后，二噁英分解率提升18%。
高湍流度（Turbulence）：采用旋转炉排或空气分级供风技术，使炉内气流速度达5-7m/s。数值模拟表明，湍流强度提升30%可使二噁英生成量减少40%。
过量空气（Excess Air）：控制λ在1.5-1.9区间。某厂通过安装氧量传感器实时调节风量，使λ稳定在1.7±0.1，CO浓度长期维持在20ppm以下。
（二）烟气净化技术：多级屏障
急冷降温：在焚烧炉出口设置急冷塔，使烟气在1秒内从550℃降至200℃以下，避开二噁英合成温度区间。某厂采用双流体喷嘴急冷系统后，烟气温度下降速率达120℃/秒，二噁英“从头合成”量减少90%。
活性炭吸附：在布袋除尘器前喷入活性炭粉末（用量100-300mg/m³），利用其比表面积（800-1500m²/g）吸附二噁英。实测数据显示，活性炭吸附对二噁英的去除效率达85-92%。
催化分解：采用选择性催化还原（SCR）技术，在200-400℃区间注入氨气，使二噁英在催化剂表面分解。某项目应用钒钛基催化剂后，二噁英排放浓度从0.3 ng-TEQ/m³降至0.02 ng-TEQ/m³。
（三）源头减量：垃圾分类与预处理
分类收集：分离含氯塑料、电池等高风险物料。上海市某区试点显示，垃圾分类后入炉垃圾氯含量从1.2%降至0.7%，二噁英排放浓度下降60%。
热解预处理：在400-600℃缺氧条件下热解垃圾，可分解60%以上的含氯有机物。某热解-焚烧耦合系统实测表明，二噁英前体物生成量减少75%。
金属分离：采用磁选技术去除垃圾中的铁磁性物质。某厂安装强磁滚筒后，入炉垃圾铁含量从0.8%降至0.2%，二噁英催化生成量降低50%。
四、实践案例与数据验证
（一）日本塞韦索模式
意大利塞韦索化工厂事故后，日本引进其焚烧控制技术，形成“高温燃烧+急冷+活性炭吸附”标准流程。东京都某焚烧厂应用该模式后，二噁英排放浓度长期稳定在0.03 ng-TEQ/m³以下，达到欧盟最佳可用技术（BAT）标准。
（二）中国深圳模式
深圳市采用“分类收集+流化床焚烧+SNCR脱硝+布袋除尘”组合工艺，2024年全市垃圾焚烧厂二噁英平均排放浓度为0.06 ng-TEQ/m³，较2015年下降85%，接近国际先进水平。
（三）德国流化床技术
德国某1000t/d流化床焚烧炉通过优化布风板结构，使炉内温度均匀性提升40%，二噁英排放浓度从0.2 ng-TEQ/m³降至0.04 ng-TEQ/m³，同时降低飞灰产生量20%。
五、未来研究方向
智能监控系统：开发基于激光诱导击穿光谱（LIBS）的飞灰二噁英在线检测技术，实现实时反馈调控。
新型催化剂：研发低温（150-250℃）高效催化材料，降低SCR系统能耗。
等离子体技术：探索脉冲电弧等离子体对二噁英的直接分解作用，提高无害化处理效率。
二噁英的控制需贯穿垃圾焚烧全生命周期，通过工艺优化、设备升级和源头管理形成综合防控体系。随着“双碳”目标推进，垃圾焚烧行业正从末端治理向全过程减量转型，二噁英控制技术将持续向高效化、智能化方向发展。
来源：科学角落