城市生活垃圾焚烧厂多溴联苯醚的转化/形成机制和去除方法研究

Polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are a class of persistent organic pollutants (POPs) that are prohibited by the Stockholm Convention. Waste incineration has become an important emission source of PBDEs, which may be derived from the self-thermal desorption, incomplete degradation and/or formed by other brominated substances during the heating process. However, few researches were conducted on PBDE emissions from the municipal solid waste incineration. Also, the formation and transformation mechanisms of PBDEs in the heat process are not clear. PBDEs may be easily formed from the burning of municipal solid waste because of its three obvious characteristics for Chinese waste, i.e., high humidity, high contents of bromine and metals. Aiming at the above problems, this project will be performed based on the field measurement in typical municipal solid waste incineration plants, pilot tests and laboratory simulation. Based on the emission characteristics of PBDEs in the plants and the influencing factors, the transformation/formation mechanisms of PBDEs in the heat process of waste incineration will be explored via integrated application of density functional theory of quantum chemistry, mass balance and correlation analysis among congeners. The methods and principles of in situ synergistic removal of multiple pollutants such as halogenated POPs, acid gas and heavy metals by different absorbents (eg. calcium series and iron series) will be also investigated.

多溴联苯醚（PBDEs）是斯德哥尔摩公约禁限的一类持久性有机污染物（POPs），垃圾焚烧已成为PBDEs的重要排放源。PBDEs可能来源于热过程中自身的热解吸、不完全降解或由其它含溴物质重新生成，然而目前关于生活垃圾焚烧PBDEs排放的相关研究极少，且热过程中PBDEs的转化与形成机制存在争议。在中国，城市生活垃圾具有高湿、高溴和高金属含量的“三高”特点，可能有利于PBDEs的生成。针对上述问题，本项目结合典型企业实测、中试实验与实验室模拟，在测定典型城市生活垃圾焚烧厂PBDEs排放特征并阐明其影响因素的基础上，综合利用量子化学的密度泛函理论方法、质量平衡、组分相关性分析等技术手段，探索垃圾焚烧热过程中PBDEs的转化与形成机制。研究利用钙系、铁系等不同吸收剂同时去除卤代POPs、酸性气体和重金属的原位多污染物协同去除方法，并阐明其原理。

背景与意义：多溴联苯醚（PBDEs）是斯德哥尔摩公约禁限的一类持久性有机污染物（POPs），垃圾焚烧已成为PBDEs的重要排放源之一，但其PBDEs排放特征、形成机制和有效去除技术仍知之甚少。.主要研究内容：（1）废旧家电塑料中PBDEs的含量水平与分布特征；（2）城市生活垃圾焚烧厂、农村生活垃圾焚烧厂和危险废物焚烧厂PBDEs 的排放特征与环境效应；（3）生活垃圾焚烧厂PBDEs 的转化与形成机制研究；（4）废旧塑料原位热解脱溴技术研究。.主要研究结果：（1）不同类型废旧家电塑料（PS、HIPS、ABS、PC、PP、PE）由于用途不同、阻燃等级不同，其PBDEs含量及组成均有所差别；六种废旧塑料中HIPS、PS和ABS中PBDEs的质量分数相对较高，PE最低；同种塑料在不同家电中所含PBDEs差异较大，靠近家电发热或散热装置部件的塑料中PBDEs含量较高，受热程度不同的塑料中PBDEs发生降解的程度也不同；（2）废旧塑料原料中以BDE-209和BDE-1单体为主，少数样品中含一定量的BDE-153、183和197等，与环境介质（沉积物、土壤、空气颗粒物）中以BDE-209为主相同；（3）在垃圾焚烧厂烟气、飞灰、炉渣三种焚烧产物中，PBDEs主要赋存于炉渣中；与农村生活垃圾焚烧产物相比，城市垃圾焚烧厂三种产物中PBDEs含量水平明显偏高；垃圾组分、焚烧工艺和条件、废气治理设施都会影响PBDEs的排放；不完全脱溴降解和重新生成是垃圾焚烧厂PBDEs的形成机制；（4）垃圾焚烧厂周边土壤中PBDEs含量分布随距离增加不断降低，且以高溴PBDEs为主，表明经废气处理后PBDEs的排放仍会明显影响其周边土壤，干湿沉降是其主要输入途径；（5）废旧塑料在高温（1000℃）下热解产物中高溴同类物比例明显下降，低溴同类物比例明显上升，其主要来源于热解过程中高溴物质的不完全脱溴或重新生成；（6）利用三种吸收剂（钙系、铁系和铝系）原位矿化脱除废旧塑料中的溴，可抑制溴进一步转化为有机溴化物，降低了固体残留物中PBDEs的含量水平，同时减少了酸性溴化氢的排放；不同吸收剂的脱溴效率差异较大，其中钙系（CaCO3、CaO、Ca(OH)2）三种吸收剂效果较好。