四川省废弃物焚烧行业二噁英排放现状及“十四五”排放预测
陈雪珂,许 利, 张晶晶,周 军,罗 婉
(1.四川省固体废物与化学品管理中心，成都 610032；
2. 四川省生态环境科学研究院，成都 610041)
二噁英类化合物(PCDD/Fs)包括二噁英和二噁英类似物，其同系物共有210种[1]。环境中的二噁英主要来源于各类工业生产的副产物，相关研究显示废弃物焚烧是目前环境中重要的二噁英排放源之一[2-3]。二噁英化学性质稳定，且具有极强致癌性、毒性，对环境、食品安全、人体健康存在安全隐患，因此被世界卫生、环保组织视为二十一世纪最危险的持久性有机污染物之一[4]。
四川省二噁英排放主要来源于废弃物焚烧、制浆造纸、水泥窑共处固体废物、铁矿石烧结、炼钢生产、焦炭生产、再生有色金属生产和遗体火化8个主要行业，2019年排放总量为181 720mgTEQ。2020年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报[5]显示，四川省生活垃圾产生量排全国第5名，医疗废物产生量排全国第2名，近年来，由于填埋政策紧缩、填埋土地紧张、垃圾围城现象显著、二次污染严重等问题，导致废弃物焚烧二噁英排放量逐年增加，给四川省履行《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》和《中华人民共和国履行〈关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约〉国家实施计划》(NIP)造成较大的压力。因此剖析当前四川省废弃物焚烧行业二噁英排放现状及预测其“十四五”期间排放量，并提出四川省废弃物焚烧行业二噁英污染防控措施，对进一步提升我国二噁英污染防治研究具有重要意义。
1.1 四川省二噁英排放总量逐年变化趋势
2015～2019年纳入二噁英类排放统计的8个主要行业二噁英排放总量如图1所示，四川省主要行业二噁英排放总量持续增加，2019年排放总量同比2015年上升72.7%，主要是四川省在产业结构调整过程中，炼钢生产、废弃物焚烧以及焦炭生产等行业二噁英产生量增大导致。
图1 四川省2015～2019年主要行业二 噁英排放总量变化趋势Fig.1 Change trend of dioxin emissions from major industries in Sichuan Province from 2015 to 2019
2018～2019年，8个主要行业二噁英排放情况如表1所示，横向来看，排放量最多的为炼钢生产，占比40.86%，是二噁英排放量的主要污染贡献源；
其次为废弃物焚烧和铁矿石烧结。纵向来看，相比于2018年，2019年焦炭生产行业和废弃物焚烧行业占比增加幅度较大，由2018年的4.38%和21.04%上升至2018年的5.77%和22.87%，是导致二噁英总排放量增加的主要原因。
表1 2018～2019年四川省主要行业二噁英排放量及占比Tab.1 Dioxin emissions and proportion of major industries in Sichuan Province from 2018 to 2019
1.2 四川省二噁英排放源产量(处理量)变化趋势
二噁英排放量由产量(处理量)和排放因子所决定，各行业排放因子相对稳定，主要由排放源产量(处理量)直接影响。2015年到2019年，四川省二噁英排放源总产量(处理量)呈逐年增长趋势，如表2所示。横向来看，除再生有色金属生产较2015年下降28.38%外，其他行业较2015年均增长，增长率排名前三分别是水泥窑共处置固体废物、废弃物焚烧和炼钢生产。纵向来看，年产量(处理量)超过1 000万t的有铁矿石烧结、炼钢生产、水泥窑共处置固体废物和焦炭生产。
表2 2015～2019年四川省二噁英排放源主要行业产量(处理量)Tab.2 Output (treatment capacity) of main industries of dioxin emission sources in Sichuan Province fssssssrom 2015 to 2019
续表2
废弃物焚烧主要分为生活垃圾、医疗废物、危险废物及一般工业废物焚烧四类，根据《全国持久性有机污染物统计年报信息管理系统》统计数据显示，四川省一般工业废物二噁英排放量极少，本文统计均忽略不计。
2.1 废弃物焚烧二噁英排放总量
2015～2019年废弃物焚烧各行业二噁英排放情况如表3所示。
表3 废弃物焚烧各行业二噁英排放情况Tab.3 dioxin emission of various enterprises in waste incineration (mgTEQ)
纵向比较，生活垃圾二噁英排放量最大，且基本呈逐年增加趋势；
横向比较，2019年生活垃圾、危险废物、医疗废物二噁英排放总量同比2015年上升132.8%、101.21%、99.78%
2.2 废弃物焚烧处理量
2015～2019年废弃物焚烧各行业处理量如表4所示，横向来看，较2015年，各行业增长率均超过100%，其中危险废物焚烧处理量增长率最高为391.26%。纵向来看，生活垃圾焚烧处理量最大。废弃物焚烧行业总处理量除2016年略有下降，其余均呈增长趋势。
表4 2015～2019年废弃物焚烧行业产量(生产量)Tab.4 output of waste incineration industry from 2015 to 2019
原因分析，一方面，随着社会经济发展，可用于填埋的土地日趋紧张，目前焚烧是实现废弃物无害化和减量化的最佳方式，另一方面，四川省2017年印发的《四川省危险废物集中处置设施建设规划(2017-2022年)》，规划和推进了医疗废物、危险废物处置设施建设。
2.3 废弃物焚烧行业二噁英排放强度分析
在分析行业二噁英排放量变化的基础上，结合该行业年产量(或处理量)，计算二噁英排放强度，更能准确反应行业二噁英污染防治情况。二噁英排放强度计算公式：排放强度=二噁英年排放量÷年处理量，二噁英排放强度情况如图2所示。
图2 废弃物焚烧各行业二噁英排放强度情况Fig.2 Emission intensity of dioxin from various enterprises in waste incineration industry
从整体情况来看，医疗废物排放强度由2015年的301.67mgTEQ/万t降低到2019年160.95mgTEQ/万t，降低率为46.6%；
危险废物排放强度由2015年的414.96 mgTEQ/万t降低到2019年的169.96 mgTEQ/万t，降低率为59%；
生活垃圾排放强度最稳定，均处于56mgTEQ/万t左右。
一方面，近年来废弃物焚烧行业管理规范化，焚烧设施升级改造及污染防治设施落实到位，有效降低排放强度。另一方面，2019年，新建了一个高效袋式除尘的专业危险废物焚烧处置设施，总处置能力达到了2018年的1.5倍，危险废物行业排放强度同比下降62%；
新建了4个医疗废物专业焚烧设施，总处置能力达到了2018年的1.46倍，医疗废物行业排放强度同比下降46%。
2015～2019年生活垃圾焚烧的排放源采用了袋式、静电+袋式、旋风+袋式除尘设施，排放强度一直稳定在56 mgTEQ/万t，处于国内领先水平。
3.1 预测方法
目前国内外用于气体排放量估算方法有两种，第一种是活动量与排放因子相乘，第二种是测定单位时间单位体积排放物中待测物的浓度乘以排放物体积和操作运行时间[6]。
国内外对排放因子研究成熟，对排放源的活动量方便获取，国家估算二噁英排放量采用排放因子法，认可度高、操作性强、真实度高。因此，本文采用排放因子估算法。活动量在废弃物焚烧二噁英排放预测中指排放源的处理量。
排放因子估算法公式如下[7]：
a=n
E= ∑(ARa，tEFa，t)
a= 1
式中：E—Emission，气体污染物(本文指二噁英) 的排放量，g TEQ;
ARa，t—Activity rate，在 t 时间段内 a 种活动的量，本文指废弃物的处置量，t；
EFa，t—Emission factor，a 排放源在 t 时间的排放因子，μg TEQ/t。
3.2 二噁英排放因子
二噁英排放因子是二噁英排放源单位产量(处理量)的二噁英排放量，反映了排放行业的整体平均情况。根据《全国持久性有机污染物统计年报》统计，2015～2019年排放因子变化情况如表5所示，医疗废物、危险废物焚烧二噁英排放因子呈逐年降低趋势，2019年排放因子分别为16.09μgTEQ/t、17μgTEQ/t 。
表5 生废弃物焚烧各行业二噁英排放因子情况表Tab.5 The total emission factors of dioxin from various enterprises (μgTEQ/t)
《全国持久性有机污染物统计年报信息管理系统》中规定医疗废物和危险废物最小二噁英排放因子为10μgTEQ/t。目前国家用于估算二噁英排放量推荐废气排放因子(2007年版)(表6)[8]中，年处理能力为0.3～1.5万t且具备布袋除尘设施，排放因子为30μgTEQ/t，四川省人民政府办公厅《关于加强危险废物环境管理的指导意见》显示，新规划的医疗废物和危险废物焚烧设施均具备除尘设施及污染控制设施等，表明二噁英排放因子不会反弹，因此，预测“十四五”期间医疗废物和危险废物焚烧二噁英排放因子范围在10～30μgTEQ/t，生活垃圾二噁英排放因子稳定，新建处置设施均具备布袋除尘设施、年处置能力大于等于3万t，因此，“十四五”期间生活垃圾二噁英排放量根据2015～2019年平均值来计算，为5.64μgTEQ/t。
表6 二噁英推荐废气排放因子表(2007年版)Tab.6 Recommended emission factors of dioxins (2007 Edition)
3.3 处理量预测情况
参考《四川省危险废物集中处置设施建设规划(2017～2022年)中期调整方案》、《四川省生活垃圾焚烧发电中长期专项规划》及《四川省城镇生活污水和城乡生活垃圾处理设施建设三年推进总体方案(2021～2023年)》，以2019年数据为基础，2020～2025年新增处理量情况如表7所示。
表7 废弃物焚烧各行业处置量新增情况Tab.7 Increased disposal amount of various enterprises (万t/年)
危险废物集中处置设施建设规划旨在补齐四川省危险废物和医疗废物收集处置短板，到2022年底，四川省危险废物集中处置能力达107.83万t/年，医疗废物集中处置能力达14.74万t/年，能力充足，额外增加处置设施的可能性极小，因此2023～2025年新增处理量可忽略不计。
3.4 预测结果
根据上文对排放因子及处理量分析，以2019年二噁英实际排放量为基础，利用公式得出“十四五”期间废弃物焚烧行业二噁英排放范围如图3所示。
可以看出，四川省二噁英排放量呈逐年上升趋势，“十四五”期间增长率为30.57%，增长量约为22 246mgTEQ，主要是由生活垃圾焚烧新增装置引起。
图3 二噁英排放总量预测Fig.3 Prediction of total dioxin emission
3.5 排放量预测修正
国家发展改革委《产业结构调整指导目录(2019年本)》暂未对废弃物焚烧工艺、除尘设施等制定限期淘汰要求。假设到2025年淘汰无除尘设施设备，仅有一个年处理能力0.2万t的非焚烧企业自有焚烧装置不具备除尘设施，可忽略不计。随着国际及中国政府对生态环境的高度重视以及中国政府的国际履约承诺，预测国家将对二噁英排放采取进一步减排措施，因此，四川省二噁英实际排放量小于预测排放量。
4.1 结论
4.1.1 根据上文预测，四川省“十四五”废弃物焚烧二噁英增长量为22 246mgTEQ，增长率为30.57%，主要由生活垃圾焚烧装置数量及处置量增加引起。
4.1.2 相较2015年，2019年垃圾焚烧行业排放强度保持稳定，医疗废物、危险废物处置行业排放强度降低率分别为46.6%、59%。在预测期内危险废物、医疗废物对二噁英排放量的贡献率不显著。
4.1.3 按照目前的污染防治要求，四川省废弃物焚烧设施基本具有专门针对二噁英的急冷塔、活性炭吸附等污染防治设施，预测期内，废弃物焚烧各行业排放强度将保持稳定。
4.2 四川省废弃物焚烧行业二噁英防控措施建议
四川省在废弃物焚烧行业先后印发了《四川省危险废物集中处置设施建设规划(2017-2022)》《四川省城镇生活污水和城乡生活垃圾处理设施建设三年推进总体方案(2021-2023年)》等专项规划，废弃物焚烧装置的数量和处理量预期将有较大增幅，四川省二噁英减排形势严峻，压力较大，建议采取以下措施：
4.2.1 完善二噁英污染防治长效机制
国家层面完善二噁英总量减排目标、长效的污染防治规划、在线监测技术规范等，使地方对二噁英排放管理更具针对性和操作性。对四川省废弃物焚烧、炼钢生产、有色金属冶炼和制浆造纸等重点行业，探索将二噁英排放环境影响纳入规划环评范围，并作为审批前置条件。
4.2.2 强化二噁英重点排放源监管
动态更新四川省二噁英重点排放源清单，准确统计各行业二噁英年度排放情况，对清单内重点源加大监管力度，建立重点工艺、工况日常巡查与报告制度，督促企业落实二噁英污染防治主体责任；
对重点行业企业严格落实二噁英监督性监测，并实施企业周边环境风险预警体系的建设，强化风险管控。
4.2.3 提升二噁英监测与分析能力
目前四川省省级层面还未建立二噁英监测网络体系，二噁英监测能力不能满足依法治污、精准治污和科学治污需求。建议加大对地方监测资金投入，加快地方二噁英实验室建设和人员培训，推动生物质法等监测技术应用，以成都平原、川南片区等重点排放区域为重点，构建二噁英长期监测网络，指导企业开展二噁英自行监测，并及时公开二噁英排放、企业污染防治等信息，推动行政监管与企业主责的有效结合。
4.2.4 合理选择二噁英治理技术
针对四川省废弃物焚烧炉焚烧质量参差不齐、部分烟气净化设备老旧落后等问题，建议出台四川省二噁英污染防治环境影响评价技术指南，指导地方合理选择焚烧工艺与设备，促进源头减量、稳定运行工况。如选择二噁英产生强度较低炉排炉替代循环流化床焚烧炉[9](目前四川省使用炉排炉占比仅65%)；
采用物料分拣技术对焚烧前的废弃物进行预处理，避免具有催化作用的铜铁等重金属化合物进入焚烧炉[10]；
采用“3T+E”方式[11]保证充分燃烧及锅炉连续稳定运行，减少二噁英及前驱物的生成[12～14]；
加入少量高硫煤作为助燃剂对 CuCl2等催化剂有抑制作用，有效抑制炉内二噁英的生成[15～17]；
采用可完全去除焚烧后烟气中二噁英的先进技术，例如SCR技术催化分解[18～20]、紫外光解[21]、低温等离子体[22]等。