生活垃圾焚烧发电厂的环境风险评价
摘要:垃圾焚烧技术兼具环境效益和经济效益，环境风险评价的结论是该类项目选址的关键问题之一。在分析中国城市生活垃圾排放现状和生活垃圾焚烧项目环境风险的基础上，分析了二恶英风险事故的环境影响及环境防护距离的计算方法与传统卫生防护距离的差异，并以秦皇岛生活垃圾焚烧发电厂为实例进行了计算。结果表明:在不同工况下人体经呼吸每日最大摄入二恶英的量均远小于允许摄入量参考标准值，环境防护距离确定方法更为科学和人性化，有利于消除公众对此类建设项目的误解。
关键词:生活垃圾焚烧,环境风险评价,环境防护距离,二恶英
0 引言
城市垃圾的无害化处理是城市发展需要面临的一个严重问题，中国城市生活垃圾清运量从1982 年的31. 25 × 106 t 增长到2004 年的155. 09 × 106 t，增长了近5 倍［1］，城市垃圾的增长速度有的已经高达20%［2］。
目前，中国的生活垃圾处理方式以填埋为主［2］，该方式投资和运行费用相对较低，但减容效果差，占用大量的宝贵土地资源，同时会造成地下水和土质污染，填埋沼气和渗滤液收集和处理难度也较大。垃圾焚烧发电技术可以对垃圾进行无害化、减量化处理，同时又可以利用垃圾焚烧的余热发电，实现废弃资源的综合利用，兼具环境效益和经济效益。国内部分兴建垃圾焚烧厂，现已建成投产的代表性项目有广东珠海、浙江宁波、上海御桥、苏州苏能、天津双港、无锡惠联、温州永强等［3］，预计在未来的15 年内，全国垃圾焚烧处理量将占总处理量的5% ～ 15%［4］。
生活垃圾的焚烧处理不可避免的会带来二次污染问题，尤其是焚烧烟气中的二恶英以及垃圾堆存产生的恶臭气体，因此该类项目的选址一直是判断该项目是否可行的关键问题。目前，垃圾焚烧发电项目的选址主要依据是环发［2008］82 号《关于加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》的相关要求。
本文以秦皇岛生活垃圾焚烧发电厂作为实例，研究生活垃圾焚烧发电厂的环境风险评价方法。
秦皇岛生活垃圾焚烧发电厂设计焚烧垃圾量 1 000 t / d，建设2 台处理能力500 t / d的机械炉排垃圾焚烧炉，配套2 × 9MW 凝汽式发电机组。该工程烟气净化设计采用“SNCR 脱硝+ 半干法脱酸+ 活性炭吸附+ 布袋除尘器”的组合工艺，焚烧烟气净化后经 80m 烟囱排放，其中二恶英排放浓度达到欧盟2000 / 76 /EC 标准规定的0. 1 ngTEQ /m3 ;垃圾仓保持负压状态，垃圾仓和渗滤液处理站产生的恶臭气体均送入焚烧炉作为助燃空气，焚烧炉停炉检修时，臭气经由设置在垃圾仓上部的活性炭吸附式除臭装置净化后由排风机排放到大气中。该工程的恶臭污染源和环境风险源在联合主厂房内。根据该工程的总平面布置，距离联合主厂房最近的环境敏感目标为SE 方向 420 m 的萃文中学和W 方向680 m 的柳村。
1 环境风险分析
垃圾焚烧发电项目运行过程所使用的主要设施与设备包括垃圾仓、垃圾焚烧炉、烟气净化系统等，所使用到的辅助材料主要有消石灰和活性炭，燃料为生活垃圾和少量轻柴油，垃圾处理过程中产生的污染物主要为烟尘、SO2、HCl、NOx、重金属、二恶英类、垃圾渗滤液和焚烧飞灰等。
1. 1 设备危险性分析
焚烧过程中潜在危险性。垃圾焚烧炉出现故障，导致炉膛内温度无法达到850 ℃或烟气在炉内停留时间不到2 s，会造成二恶英污染物的排放量增大。飞灰运输事故潜在危险性。飞灰运输罐车事故，严重的导致贮罐破裂，飞灰进入沿途水体、土壤等，使事故沿途环境受到污染。
火灾、爆炸事故潜在危险性。包括工艺、设计因素、设备因素、管理因素、环境灾害因素所引发的火灾和爆炸事故。
1. 2 物质危险性
生活垃圾焚烧发电厂处理的垃圾是非特殊垃圾，燃料不属于有毒有害物质。运行过程中所使用的辅助材料为固态、粉状物质，在环境中稳定存在。点火燃料为0 号轻柴油，属于易燃品，用量与储存量均很小。焚烧过程中产生的二恶英和焚烧飞灰为主要风险物质。
生活垃圾焚烧发电项目的焚烧飞灰均可通过固化稳定、高温熔融等技术实现无害化处理，只要在运输过程中加强管理，发生环境风险事故的可能性很小;而火灾、爆炸事故更多的属于安全科学的范畴。鉴于垃圾焚烧发电项目的公众关注重点，本文以下主要针对焚烧烟气的二恶英风险事故进行重点研究。
2 二恶英排放事故风险分析
2. 1 非正常排放事故
垃圾焚烧发电项目运行过程中的突发设备故障可能会造成烟气二恶英排放量的短时间增大甚至超标排放。参考中国科学院大连化学物理研究所现代分析中心对某垃圾焚烧发电厂布袋除尘器前后二恶英浓度检测结果，布袋前二恶英最大浓度为4. 956 ng TEQ /m3 ，布袋后二恶英最大浓度为0. 066 ng TEQ / m3 ，本文同时参考目前我国垃圾焚烧发电厂的实际运行情况设计了正常排放工况与非正常排放工况，以了解不同工况下二恶英摄入量的达标情况。
正常工况，烟气中二恶英排放浓度为0. 1 ng TEQ /m3。
非正常工况:1) 布袋除尘器发生少量布袋破损，烟气中二恶英排放浓度短时增大至1 ng TEQ /m3 ，该故障基本可在1 h内完成修复并转入正常工况;2) 二恶英净化系统完全失效，烟气中二恶英排放浓度增大至6 ng TEQ /m3 ，预计在6 h内完成调试修复转入正常工况，如不能修复则停机处理。
关于二恶英的环境质量标准和人体摄入参考标准，我国尚无相应的规定，根据环发［2008］82 号的规定，经呼吸进入人体的二恶英摄入量的评价标准参考世界卫生组织(WHO) 二恶英人体每日可耐受摄入量 4 pg TEQ / kg，经呼吸进入人体的允许摄入量按每日可耐受摄入量的10% 计，人体体重按照平均60 kg进行估算，成人每天经呼吸进入人体的空气约为12 ～ 15 m3 ，取上限15 m3。
根据不同工况的出现时间和最大落地浓度出现的气象条件，预测出不同工况下人体经呼吸每日最大二恶英摄入量，结果见表1。
 |
由表1 的计算结果可知:在正常工况和不同的非正常工况下人体经呼吸每日最大摄入二恶英的量均远小于允许摄入量参考标准值。
2. 2 焚烧炉爆炸极端事故
模拟在极端风险状况下，发生突发设备或操作事故，造成运行时发生焚烧炉全部爆炸，致使未经高温破坏的二恶英随烟气瞬时从炉膛溢出。锅炉发生爆炸后，二恶英随烟气扩散至外界，烟气中二恶英浓度为6 ng TEQ /m3 ，一台焚烧炉爆炸时溢出气量约为 1 650 m3 ，由此推算2 台焚烧炉同时爆炸事故下二恶英的排放量约为19 800 ng TEQ。
不考虑爆炸过程中烟团的膨胀，2 台锅炉同时爆炸瞬间烟团的体积约为3 300 m3。以静小风0. 5 m / s， D 类稳定度条件下预测烟团中心的移动速度并确定相应的扩散参数。
2. 2. 1 计算模式
对有毒有害物质在大气中的扩散，采用环境风险评价技术导则推荐的多烟团模式进行计算，见式(1) :
 |
2. 2. 2 预测结果
在不利气象条件下，根据锅炉爆炸后经历时间及落地浓度计算出锅炉爆炸下人体二恶英类每日最大摄入量，结果见表2。
 |
由表2 可以看出，在0. 5 m / s的小风速条件下，烟团沿下风向轴线移动并不断膨胀，爆炸历时400 s后，锅炉爆炸点下风向160 m处的人体摄入量贡献值为 19. 62 pg TEQ，与现状监测背景值叠加后可满足 24 pg TEQ / d 的要求。
3 环境防护距离
3. 1 卫生防护距离与环境防护距离
3. 1. 1 卫生防护距离的概念
根据我国现行的环境标准，卫生防护距离主要是针对不通过排气筒或通过15 m高度以下排气筒的有害气体无组织排放，对卫生防护距离的定义为:产生有害因素的部门( 车间或工段) 的边界至居住区边界的最小距离。
在目前的环境影响评价工作中，除油漆、碳素、制胶、水泥等特殊工业企业以国标的形式规定的最低卫生防护距离限制外，其他各类工业项目均按照GB /T 3840 － 91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中规定的公式计算相应的卫生防护距离计算。
3. 1. 2 环境防护距离的内涵
环发［2008］82 号首先出现了环境防护距离的提法，规定根据恶臭污染物无组织排放源强计算的结果并适当考虑环境风险评价结论提出合理的环境防护距离，且新改扩建项目环境防护距离不得小于300 m。
与传统卫生防护距离概念不同的是，环境防护距离除了考虑有害气体的无组织排放，同时又增加参考了环境风险评价相关结论，特别适合垃圾焚烧发电这种兼具有恶臭污染物无组织排放和一定二恶英类环境风险的建设项目，有利于完善环境影响评价结论，进一步消除周边公众对此类建设项目的误解。
3. 2 卫生防护距离的确定
在非正常工况下，本项目NH3 和H2 S 的预测排放量为0. 79 kg / h 和0. 02 kg / h。根据GB /T3840 － 91 中提供的公式进行计算，NH3 的卫生防护距离不少于 265 m，H2 S 的卫生防护距离不少于167 m。根据GB / T3840 － 91 要求以100 m为级差向上取整，本项目卫生防护距离为焚烧主厂房外300 m。
3. 3 环境防护距离的确定
存储垃圾的垃圾仓是产生恶臭气体的主要产生源，恶臭物质的主要污染物为NH3 和H2 S。正常工况时恶臭气体均送入焚烧炉作为助燃空气不外排，焚烧炉停炉检修时臭气经由设置在垃圾仓上部的活性炭吸附式除臭装置净化后排放到大气中。采用长期气象条件，逐日、逐次计算恶臭类污染物的最大落地浓度出现距离或最大达标距离。计算结果表明:恶臭类污染物NH3 和H2 S 各方向上的最大落地浓度均不高于TJ36 － 79《工业企业设计卫生标准》中的居住区大气中有害物质的最高容许浓度限值，最大落地浓度的出现距离在垃圾仓周围60 m 范围内。
在极端环境风险事故下，人体经呼吸日二恶英摄入量最大达标距离160 m，为此，取最大距离为 160 m。根据新改扩建项目环境防护距离不得小于 300 m的规定，本项目以平面布置为准，在恶臭污染源和主要风险源焚烧主厂房外设置300 m的环境防护距离，在防护距离范围内严禁新建居民聚居区、学校、医院等敏感点，距离本项目最近的萃文中学和柳村均处于环境防护距离之外。
3. 4 比较分析
单纯从计算结果来看，传统方法卫生防护距离的实际计算结果大于环境防护距离的计算结果，但国家明确规定环境防护距离不得小于300 m，具体到该项目，两种计算方法确定的防护距离均为焚烧主厂房外300 m。
但从卫生防护距离和环境防护距离各自计算方法的内涵来看，环境防护距离对于恶臭类污染物逐日、逐次的计算最大落地浓度所出现的距离，并增加了对环境风险事故的考虑，具体体现在风险事故状况下人体二恶英摄入达标的距离，使得环境防护距离的划定结果更为人性化，更有利于消除公众由于不了解而对此类建设项目的恐惧。
4 结论
1) 垃圾焚烧发电项目主要风险事故包括焚烧过程中的非正常运行、飞灰运输遗撒和火灾、爆炸等，主要的环境风险物质为烟气中的二恶英和焚烧飞灰。
2) 本文的实证计算结果表明，在不同工况下人体经呼吸每日最大摄入二恶英的量均远小于允许摄入量参考标准值，且卫生防护距离与环境防护距离两种方法确定的防护距离是一致的。
3) 环境防护距离的计算充分考虑了垃圾焚烧项目的恶臭类污染物和环境风险事故的影响，使得该类环境影响评价结论更加科学、人性，有利于消除公众对此类建设项目的误解。
参考文献
［1］ 杜吴鹏，高庆先，张恩琛，等. 中国城市生活垃圾排放现状及成分分析［J］. 环境科学研究，2006，19(5) : 85-90.
［2］ 张宪生，沈吉敏，厉伟，等. 城市生活垃圾处理处置现状分析［J］. 安全与环境学报，2003，3(4) : 60-64.
［3 ］ 时璟丽，张成. 垃圾焚烧发电技术在我国的应用及发展趋势［J］. 可再生能源，2005(2) : 63-66.
［4］ 孙冬，王玉才，谢春梅. 垃圾焚烧烟气中污染物对人体健康风险评价［J］. 环境卫生工程，2004，12(3) : 144-147.
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
