垃圾焚烧过程中六氯丁二烯的形成机制及排放特征

Hexachlorobutadiene (HCBD) is an emerging chemical pollutant. Wide application of HCBD in industry and agriculture has caused new environmental problems. Due to its persistent organic pollutants (POPs) properties, HCBD was proposed to list into the Stockholm Convention in 2011. However, there are still scare basic data on environmental behavior of HCBD. The subject of HCBD has rarely been studied to date in China. The applicant has done a lot of work on developing analytical methods, environmental distributions and source identification of HCBD during the period of PhD. Levels and distributions of HCBD in wastewater treatment plants were analyzed, and the results have been published in journal of Environmental Science and Technology. On the base of previous work, we will do researches on the formation and emission of HCBD during waste incineration in this study. Occurrence characteristics and main sources of HCBD as well as the influencing factors on its formation during waste incineration will be investigated by field and laboratory studies. Meanwhile, levels of other chlorinated compounds and correlations between the analytes and HCBD will be also researched to propose the important precursors and mechanisms of HCBD forming during waste incineration. Results of this project will provide scientific basis for abating HCBD pollution from waste incineration, helping to achieve the effective control of HCBD in solid waste in China.

作为一种新型化学污染物，六氯丁二烯(Hexachlorobutadiene，HCBD)在工农业生产中的广泛使用引发了新的环境污染问题。鉴于其POPs特性，HCBD于2011年被提议列入斯德哥尔摩公约受控名单。然而，目前我国在HCBD环境行为研究方面缺乏基本数据，若干领域属于空白。申请者在博士期间率先开展了HCBD分析方法、环境分布和潜在点源鉴定研究，对污水处理厂HCBD的赋存水平与分布进行了探索，论文发表在ES&T杂志。本项目将在已有工作基础上围绕垃圾焚烧过程中HCBD的生成和排放开展研究，结合实际焚烧工况和实验室模拟研究垃圾焚烧过程中HCBD的赋存特征、主要来源及影响因素；同时分析样品中其它氯代化合物的含量及与HCBD形成量的相关性，筛查出HCBD形成的重要前驱体，并推断相应的形成机制。研究结果可为我国消减垃圾焚烧造成的HCBD污染提供科学依据，实现固体废弃物中HCBD的有效控制。

我国关于六氯丁二烯（新型受控POPs）的数据匮乏。本项目针对垃圾焚烧过程中六氯丁二烯的形成机制及排放特征开展了一系列研究，同时分析了氯苯（垃圾焚烧产生的常见污染物）进行了对比。主要研究内容和结果包括以下三个方面：. （1）焚烧飞灰中六氯丁二烯和氯苯分析方法的建立：基于超声萃取，硅胶-弗罗里土复合柱净化和气相色谱质谱联用仪检测技术建立了焚烧飞灰中六氯丁二烯及氯苯的分析方法。优化实验条件后，该方法的灵敏度（检出限0.25-0.53 ng/g），准确度（加标回收率64.0-71.4%）和精密度（RSD<14%）均令人满意。相比索氏提取，超声萃取所需时间和有机溶剂较少；相比加速溶剂萃取，其成本较低，可在普通实验室得到应用。. （2）垃圾焚烧厂六氯丁二烯及氯苯的排放特征：重点考察了浙江地区垃圾焚烧飞灰中六氯丁二烯和氯苯的赋存情况。26个垃圾焚烧厂飞灰中目标物均有检出，总体上六氯丁二烯的含量低于氯苯，其浓度范围为<0.12 - 97.6 ng/g，几何平均值为0.91 ng/g。危险废物焚烧飞灰中目标物浓度高于市政生活垃圾焚烧飞灰中的浓度。这些结果表明，我国垃圾焚烧过程存在六氯丁二烯的排放，焚烧垃圾成分是影响飞灰中目标物的主要因素之一。. （3）垃圾焚烧过程六氯丁二烯及氯苯的生成特征和机制：选择常用的塑料作为焚烧材料，模拟焚烧实验结果表明，塑料焚烧可新生成六氯丁二烯及氯苯，这些物质主要分布在气相中。六氯丁二烯的生成浓度低于氯苯总量1-3个数量级。塑料种类、反应温度、催化剂量和种类均会影响目标物的生成。推测塑料高温裂解产生乙炔、乙烯、苯乙烯等小分子中间体，在催化剂作用下发生氯化、氧化和聚合等反应是塑料焚烧产生目标污染物的主要机理。据此提出需重点关注电子垃圾废物处置。. 本项目首次证实了我国垃圾焚烧过程存在六氯丁二烯的生成和排放，了解了其形成的主要影响因素和可能机理，填补了该领域的数据空白，为我国在国际公约谈判及制定相关污染控制措施提供了科学依据。