垃圾分类那么麻烦,真的有必要吗?
2019年7月29日 11:33做好垃圾分类,带来的好处远远高于短时间的的高成本和操作难度。
据知乎日报报道 关于国内推行的强制垃圾分类,虽然我(笔者)没怎么上网,也从身边听到了各种苦中作乐的段子。但是玩笑过后,看着家里排成一排的垃圾桶,很多人会问这么严格的垃圾分类真的有必要吗?
从一个化工从业者的角度来看,看到国内大力执行垃圾分类这个举措,我内心是非常欣慰的。因为做好垃圾分类,带来的好处远远高于短时间的的高成本和操作难度。
绿水青山才是金山银山。人类作为行走的“环境破坏机”和“垃圾制造机”,面对日益严峻的环境问题,为了能够可持续发展,实在是不得不做好环境保护工作,而垃圾的减量化、无害化、资源化处理则是环境保护中关键的一环。
减量化
减量化是指减少垃圾产生量,从源头减少污染物,如环保出行、使用环保购物袋等,这一点上需要更长时间来培养国民的环保理念和生活习惯。
无害化
无害化是指消除垃圾中的有毒物质,使其不对环境造成污染。
资源化
相信大家都听过这么一句话,“垃圾是放错地方的宝藏”。垃圾的资源化利用就是“变废为宝”的过程。
做好垃圾分类,对垃圾无害化和资源化处理工艺的帮助无疑是巨大的。下面以“垃圾焚烧”和“厨余发酵”为例,讲一下垃圾分类的必要性。
1.垃圾分类对垃圾焚烧过程中产生的二噁英生的影响
垃圾焚烧过程中会产生剧毒的二噁英类物质,对环境和人体造成极大的危害。
何为二噁英?
二噁英,英文名为 dioxins,指多氯取代的含氧三环芳烃。广义上有多氯取代的二苯并二噁英(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins ,PCDDs)、多氯取代的二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzofurans,PCDFs)和多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)三大类[1]。由于氯原子取代的位置和数量不同,二噁英类化合物多达百种。其中毒性最强,研究最多的是 2,3,7,8- 四氯二苯并二噁英(2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-para-dioxin),常简写为 TCDD。
二噁英对人体是否有害?
早在 1997 年,国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer, IARC)就将 TCDD 归为一级致癌物[2]。其致癌机理为二噁英攻击人体内的芳香烃受体(Aryl Hydrocarbon Receptor, AhR),导致基因表达受损,影响细胞复制和凋亡过程[3]。目前研究已经明确 TCDD 对芳香烃受体的攻击与子宫内膜癌、肾癌、肺癌、前列腺癌和皮肤及内脏问题等疾病有直接关联[4]。此外,研究表明 TCDD 能够攻击雌激素受体( estrogen receptor alpha,ERα) [5][6]和孕激素受体(progesterone receptor PR)[7][8]导致乳腺癌。
为什么垃圾焚烧会产生二噁英?
早在 1992 年,研究者就对垃圾焚烧过程中的二噁英产生机理进行了探讨,认为其产生路径包括以下 3 步[9]:
垃圾燃烧产生的氯化氢(HCl)和氧气(O2)在金属催化作用下生成氯气(Cl2)
Cl2 与芳环上的氢原子发生取代反应,生成氯代芳烃(关键前驱体为氯代苯酚和氯代甲苯)
氯代芳烃在金属二次催化作用下形成多元环(铜催化)
看到这里,随之而来的问题就是,二噁英中的氯原子是从哪儿来的呢?一方面,垃圾中含氯有机物(氯代烃,如塑料的主要成分为聚氯乙烯)在燃烧过程中形成的氯自由基(Cl·)会夺取周围有机物中的氢原子形成 HCl[10];另一方面,垃圾飞灰中的氯盐(如氯化钠,NaCl)在水蒸气、二氧化硅和三氧化二铝存在的条件下,会形成 Na-Si-Al 混合物,并释放出 HCl 气体[11]。
如何减少二噁英的产生?
根据热力学计算和实验验证,二噁英在 800-950 °C 时会发生氧化反应,分解产生无毒的芳烃。反应路径如下:
也就是说,减少二噁英的产生,最简单直接的办法就是提高垃圾焚烧炉的温度,使二噁英完全氧化。也就是大家经常提到的“保持焚烧炉内温度大于 850 °C,并控制烟气在炉内停留 2 秒以上,即可使二噁英完全分解”。但是不论是垃圾焚烧还是垃圾热解,通常温度区间为 400-750 °C[12]。提高反应温度意味着更高的能耗和更高的设备要求,单靠提高反应温度来控制二噁英的生成似乎并不是最优的选择。
除了提高反应温度和控制工艺条件(3T+E 技术)外,从化学工程与技术的角度出发,如果能够做到干湿分离(隔绝水蒸气与氯盐的接触)、塑料与金属废渣(隔绝塑料氯源与起到催化作用的金属)、建筑垃圾与生活垃圾分离(隔绝硅铝与氯盐),可以通过遏制 Cl2 的产生来阻断二噁英的生成路径。换句话说,如果垃圾分类做得好,能够大大减少垃圾焚烧过程中产生的二噁英。
2.垃圾分类对厨余垃圾厌氧发酵工艺的影响
简单来说有两个原因:
一个就是就是那个用猪来判断是啥垃圾的段子,猪吃了有毒的就是有害垃圾。厨余垃圾一般是经过初步处理后进行厌氧发酵,制得的甲烷可以用作清洁能源,也可以作为重要的化工原料制备高价值化学品,实现垃圾的资源化利用。但是那些用于发酵的各种菌就像猪一样,吃了有毒的东西会挂掉,所以不能混进去重金属、有毒的有机物、塑料啥的。
第二个原因就是其他各种工艺都面临的原因,不进行垃圾分类的话,在处理工艺中进料和设备磨损是很大的问题。
(笔者会继续更新本篇,详见原文)
原文作者:知乎网友“我要一个新马甲”
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