城市生活垃圾焚烧发电水泥窑协同处置项目污染物排放的土壤影响分析

汪超 申晓霞 周健飞 徐珊

摘要：指出了利用水泥窑协同处置城乡生活垃圾在具有优势的同时，协同处置回转窑窑尾气作为主要污染源项，其排放的重金属、二嗯英对于周边土壤环境具有一定的积累影响。通过举例预测说明了只要严格按照工艺设计操作，项目运行对周边环境影响较小，可将重金属、二噁英类对土壤的影响降至最低，以确保土壤环境质量不会出现恶化。

关键词：水泥窑协同处置;污染物排放;土壤;影响分析

中图分类号：X37 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）14-0141-04

1引言

垃圾焚烧处理具有减量效果好的优点，焚烧后的垃圾体积减少90%，重量减少80%，并且可以有效利用焚烧余热供暖或直接发电，从而使垃圾成为新的资源，同时实现了城市垃圾减量化、无害化和资源化，故其社会价值与经济价值都较高。水泥窑协同处置生活垃圾的优点主要是处置温度高，停留时间长，燃烧过程充分，焚烧状态易于稳定，能较好地消纳入炉垃圾，其次能够固化垃圾中的重金属成份，综合利用废渣，通过合理的质量控制，不影响水泥产品生产和质量。

我国水泥生产能力巨大，在具有现有水泥生产能力的区域可利用水泥窑协同处置城乡生活垃圾解决垃圾污染问题，实现节能减排，对健全城市基础配套设施，推进现代城市建设具有重要的现实意义。但协同处置回转窑窑尾气作为主要污染源项，其排放主要污染物有颗粒物、SO2、NOx、氟化物、NHa等，还有垃圾焚烧的特征污染物HCI、HF、重金属以及二嗯英等，其中重金属、二嗯英的排放对于周边土壤环境具有一定的积累影响。

2项目概况介绍

分析项目占地100亩，建设内容包括900t/d炉排焚烧炉、18MW凝气式汽轮发电机组，以及前处理与供料、垃圾焚烧、灰渣处理、有害物质去除等系统配套设施。

采用三条4500t/d水泥生产线烧成、原料、水泥制成系统协同处置生活垃圾900t/d（考虑了扣除垃圾滲滤液及生活垃圾干化过程蒸发损失部分，实际入厂生活垃圾1100t/d）的焚烧烟气，年处理能力33万t，利用生活垃圾焚烧热值建设18MW垃圾发电项目。

3废气污染物排放及预测

3.1废气污染物排放源强

垃圾焚烧产生的燃烧气体中除了无害的CO2及水蒸汽外，还有特征污染物HCI、HF、重金属以及二嗯英等。焚烧废气分别进入三条水泥窑进行焚烧处置，回转窑窑尾气主要防治措施为利用现有水泥窑尾污染防治措施，即SNCR脱硝+急冷+电袋复合除尘器，最终尾气通过依托回转窑配套的105m排气筒高空排放。本次选取沉降对于土壤影响较大的Hg、Cd、Pb、二嗯英作为预测因子进行分析，根据项目工程分析分析项目的废气排放参数见表1。

3.2大气环境影响预测与评价

本次评价拟采用《环境影响评价技术导则一大气环境》中提出的AERMOD模式进行预测。距离本项目5km范围内有高于本项目排气筒的地形，故本项目预测地形为复杂地形。地形数据采用SRTM3数字高程地形数据。根据现场调查情况，本项目周边以耕地为主，本次评价范围内以耕地面等分布分散，本次选取的地表参数如表2。

根据《环境影响评价技术导则一大气环境》的规定，本次评价内容主要包括：全年逐时或逐次小时气象条件下，环境空气保护目标、网格点处的地面浓度和评价范围内的最大地面小时浓度（表3，图1～4）。

4土壤影响分析

4.1项自土壤污染途径分析

土壤污染与大气、地下水污染有所不同，它是以食物链方式通过粮食、蔬菜、水果、茶叶、革食动物（如家禽家畜）乃奎肉食性动物等最后进入人体而影响人群健康，是一个逐步累积的过程，具有隐蔽性和潜伏性。根据土壤污染物的来源不同，可将土壤污染物分为废水污染型、废气污染型、固体废物污染型、农业污染型和生物污染型。

（1）水泥窑协同处置城市固废废物项目，生活污水接人本项目地埋式生活污水处理设施，处理后的出水作为地面降尘用水、绿化用水。渗滤液混合废水（垃圾渗滤液+地面、车辆冲洗废水+初期雨水）接入本项目渗滤液处理设施出水接入循环冷却水池作为冷却水，浓水输送至分解炉内进行焚烧，化学水系统废水、锅炉排水废水、循环冷却水废水接人本项目循环水处理设施出水接入循环冷却水池作为冷却水。因此，项目运行期土壤通过废水泄漏污染可能性很小。

（2）从项目固体废物中主要有害成份来看，固废中重金属类物质、有机物类物质含量较高，若固体废物不考虑设置废物堆放处或者没有适当的防漏措施的垃圾处理，其中的有害组分很容易经过风化、雨水淋溶、地表径流的侵蚀，产生高温和有毒液体渗入土壤，杀死土壤中的微生物，破坏微生物与周围环境构成系统的平衡，导致草木不生，对于耕地则造成大面积的减产。同时这些水分经土壤渗入地下水，对地下水水质也造成污染。因此，项目的固体废物必须得到妥善存放、处理处置。

（3）工程营运期产生的废气主要是焚烧烟气，其中含有的微量重金属、二嗯英，可能沉降至评价区周围土壤地面。重金属会在土壤中积累，导致土壤理化性质改变，肥力下降，并有可能通过作物进入食物链，影响人群健康。二嗯英类有机物沉降至土壤上，如果暴露在阳光下，几天后就会分解;但如果埋在土壤中，其半衰期为10年以上，有可能污染土壤。

因此，土壤污染将以废气污染型为主。水泥窑的热稳定性很好，在焚烧少量的渗滤液浓液、建筑垃圾、炉渣及烟气时不会改变炉内的燃烧工况，废物中的重金属元素绝大部分进入水泥熟料中并被固化在水泥矿物中。窑尾气经“高温+SNCR+急冷+电袋复合除尘”后，可满足《水泥工业大气污染物排放标准》（GB4915-2013）、《;水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》（GB30485-2013）、《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2014等要求。水泥窑处置固废废物的优越性，可将重金属、二嗯英类对土壤的影响降至最低。

4.2重金属对土壤累积影响

、焚烧烟气中含有Pb、Hg等重金属，重金属随排放废气进入环境空气中，最后沉降在周围的土壤从而进人土壤环境，有可能对土壤环境中的重金属含量产生影响。重金属进入土壤环境主要表现为累积效应。重金属对土壤的累积影响采用土壤污染累积模式计算。

式中：wn为n年内污染物在土壤中的年累计量，mg/kg;B为区域土壤背景值，mg/kg;C为污染物浓度，mg/m³;偏安全考虑，取年平均最大落地浓度贡献值;V为污染物沉降速率，m/s;由于项目排放烟尘的粒度较细，粒度小于1/xm，沉降速率取即0.001m/s;T为年内污染物沉降时间s。取全年300d（每天24h）连续排放沉降;M为单位面积土壤质量，取266kg/m²;K为污染物在土壤中的残留率，%;取K=0.9。

由此公式计算各污染物对土壤累积影响（表4），通过大气影响预测可知，新增的污染物排放各敏感点处的贡献浓度很低，30年累计积累量也远小于土壤质量评价标准，不会对土壤环境造成进一步的影响，同时参考王俊坚等人对于清水河垃圾焚烧发电厂的研究，周边土壤重金属浓度并未发生明显增长，且均远低于国家土壤环境质量标准。

4.3二噁英类土壤积累影响分析

二嗯英类在空气中的形态可能是气体、气溶胶或颗粒物，广泛分布于环境中，为微水溶性，比较容易吸附于沉积物中，而且易于在水生生物体中积累，其化学降解过程和生物降解过程相当缓慢，在环境中滞留时间较长，成为持久性污染物，由于二嗯英类在自然环境分解的速度极为缓慢，因此可积聚在植被和被动物及水生生物收入体内。二噁英类被动物吸人体内后，往往积聚在脂肪内。二嗯英类多透过食物链累积，而动物会较植物、水、泥土或沉积物累积较高浓度的二嗯英类。因此，拟建项目排放的二噁英类降于周围农田中，被土壤矿物表面吸附，在土壤中积累，并随土壤迁移，对土壤理化性质有一定的影响。

项目焚烧烟气二嗯英类排入空气后经重力沉降和雨水冲刷等综合作用，可能在周边土壤沉积。根据穆乃花等人对广东某生活垃圾焚烧厂周边土壤二嗯英类浓度研究，该焚烧厂在采取相应措施实现欧盟1.0TE-Qng/m³的排放浓度限值后，垃圾焚烧厂正常运营期间对周围土壤的二嗯英含量影响较小。对城市固廢焚烧过程进行良好有计划的控制，通过采取一系列措施后，可使排放烟气中的二嗯英类浓度保持在1.0TEQng/m³以下，基本上不会引起土壤二嗯英类浓度的显著积累。

5结论

在采取有效污染防治措施的前提下，通过大气影响预测可知，水泥生产线协同处置城乡生活垃圾新增的污染物排放各敏感点处的贡献浓度很低，由此公式计算各污染物对土壤累积影响，30年累计积累量也远小于土壤质量评价标准，不会对土壤环境造成进一步的影响。焚烧烟气二嗯英类排入空气后经重力沉降和雨水冲刷等综合作用，可能在周边土壤沉积。但参考同类二噁英排放限值项目，在保证处理效率和正常排放的情况下，基本不会引起土壤二嗯英类浓度的显著积累。

因此，项目建设投产后，只要严格按照工艺设计操作，就可以有效降低二嗯英类的产量和排放量，项目运行对周边环境影响较小，工程对焚烧烟气采取了严格的治理措施，可将重金属、二嗯英类对土壤的影响降至最低，确保土壤环境质量不会出现恶化。