城市生活垃圾資源化處理方法綜述

吳 靖 劉洪鵬 蘭 婧 即墨環(huán)境保護(hù)局

城市生活垃圾資源化處理方法綜述

吳 靖 劉洪鵬 蘭 婧 即墨環(huán)境保護(hù)局

城市生活垃圾污染嚴(yán)重，但同時(shí)它也是一種固體燃料。實(shí)現(xiàn)生活垃圾資源化利用已經(jīng)引起人們的關(guān)注，成為生活垃圾處理過(guò)程中必須考慮的因素。本文簡(jiǎn)單介紹了四種現(xiàn)有的城市生活垃圾資源化利用的方法，分別為生活垃圾焚燒法、生活垃圾熱解法、生活垃圾氣化法及RDF技術(shù)，為資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

城市生活垃圾；垃圾焚燒；垃圾熱解；垃圾氣化

隨著城市化進(jìn)程的加快和人們生活水平的提高，我國(guó)城市生活垃圾的年產(chǎn)生量和累積量都在迅速增加[1，2]。城市生活垃圾的處理已經(jīng)成為十分迫切的環(huán)保任務(wù)。城市生活垃圾處理的目的是要達(dá)到減量化、無(wú)害化和資源化。

在城市生活垃圾產(chǎn)量增加的同時(shí)，生活垃圾的構(gòu)成成分也發(fā)生了很大的變化，有機(jī)可燃組分含量的增加，灰土、煤渣等不可燃物的比例下降，垃圾的熱值越來(lái)越高，這就為城市生活垃圾資源化處理提供了條件。目前城市生活垃圾資源化處理的方法主要有焚燒、熱解、氣化及RDF技術(shù)。

1.城市生活垃圾焚燒法

焚燒是一種對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行高溫?zé)峄瘜W(xué)處理，將其變?yōu)闊o(wú)機(jī)灰渣的過(guò)程。生活垃圾可視為固體燃料，在大約800～1000℃的高溫條件下，生活垃圾中的可燃組分與空氣中的氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中釋放出能量，得到高溫燃燒氣體和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘?jiān)?。垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫氣體可作為熱能進(jìn)行回收利用，焚燒得到的性質(zhì)穩(wěn)定的殘?jiān)芍苯舆M(jìn)行衛(wèi)生填埋。通過(guò)焚燒可以使城市生活垃圾的質(zhì)量和體積得到大幅度縮減，改善生活垃圾易腐的性質(zhì)。

為了回收垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的能量，達(dá)到生活垃圾資源化處理的目的，一般的生活垃圾焚燒系統(tǒng)中都設(shè)置余熱鍋爐[3]，回收垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵械臒崮苓M(jìn)行余熱發(fā)電或供熱。

1.1 城市生活垃圾中的可燃組分成分復(fù)雜，根據(jù)生活垃圾實(shí)際焚燒過(guò)程，可將生活垃圾焚燒劃分為干燥、熱分解和燃燒三個(gè)階段。

（1）干燥階段：

城市生活垃圾的干燥階段是利用熱能使垃圾中的水分轉(zhuǎn)變成水蒸氣的過(guò)程。城市生活垃圾的含水量較高，一般含水率在30～55℅，生活垃圾的含水率越大，干燥過(guò)程中需要的能量就越多，會(huì)導(dǎo)致生活垃圾焚燒爐內(nèi)溫度下降，為保證垃圾焚燒過(guò)程的順利進(jìn)行，對(duì)含水率高的垃圾在焚燒過(guò)程中往往要添加輔助燃料。

（2）熱分解階段：

城市生活垃圾的熱分解階段是生活垃圾中的有機(jī)可燃組分在高溫條件下發(fā)生的分解和揮發(fā)過(guò)程，反應(yīng)的產(chǎn)物包括各種烴類、固定碳等。熱分解階段發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有很多，是吸熱和放熱反應(yīng)共同作用的過(guò)程。熱分解速度與生活垃圾垃圾的組成、生活垃圾的力度分布及傳熱傳質(zhì)速率有關(guān)。

（3）燃燒階段：

城市生活垃圾的燃燒過(guò)程是熱分解產(chǎn)生的各種烴類及固定碳等物質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈氧化反應(yīng)的過(guò)程，在此過(guò)程中釋放出大量熱量。

1.2 城市生活垃圾焚燒設(shè)備[4]

（1）固定床生活垃圾焚燒爐

固定床生活垃圾焚燒爐是應(yīng)用較早的一種爐型，爐內(nèi)設(shè)有固定的爐排，垃圾在爐內(nèi)不發(fā)生流動(dòng)，因此焚燒效果較差。

（2）機(jī)械爐排生活垃圾焚燒爐

機(jī)械爐排生活垃圾焚燒分為預(yù)熱階段、焚燒階段、燃盡階段。預(yù)熱階段是利用高溫?zé)煔饣驈U蒸汽的熱量進(jìn)行干燥，溫度一般在200℃左右。焚燒階段是預(yù)熱階段生活垃圾熱分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的劇烈燃燒階段。在此階段，生活垃圾在機(jī)械爐排的作用下不斷翻動(dòng)和攪動(dòng)，透氣性增強(qiáng)，此外還要合理運(yùn)用一次風(fēng)和二次風(fēng)。燃盡階段是將殘留的可燃物進(jìn)行充分燃燒并且轉(zhuǎn)化為灰渣，此階段溫度逐漸降低，燃盡段的停留時(shí)間較長(zhǎng)。

（3）回轉(zhuǎn)窯式生活垃圾焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯式生活垃圾焚燒爐的主要設(shè)備是一個(gè)緩慢旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯，垃圾在鋼制圓筒內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，助燃空氣由進(jìn)料端吹入，煙氣由爐尾排出，熱煙氣可實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾的干燥，爐灰經(jīng)爐尾落入爐底的爐排，使未燃盡的垃圾灰渣繼續(xù)燃燒。該爐型具有焚燒能力強(qiáng)、能量回收率高等優(yōu)點(diǎn)。

（4）生活垃圾氣化熔融焚燒爐

為了解決二惡英、重金屬等有害物質(zhì)污染問(wèn)題，美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家先后開(kāi)展了生活垃圾氣化熔融技術(shù)的研究。垃圾在焚燒爐的中上部大約500℃～900℃的溫度下干燥并氣化，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，飛灰和灰渣在焚燒爐的底部在1300℃以上的高溫下熔融焚燒，二惡英等物質(zhì)在高溫下被分解，由于整個(gè)焚燒爐內(nèi)是還原性環(huán)境，重金屬以金屬單質(zhì)的形式存在，隨爐渣排出后可進(jìn)行回收利用。

1.3 城市生活垃圾焚燒影響因素

（1）生活垃圾自身的性質(zhì)

城市生活垃圾的組成成分隨地域、季節(jié)、氣候等因素的變化而不同，其組成成分復(fù)雜。城市生活垃圾的熱值、組成、粒度分布、含水率等因素是影響生活垃圾焚燒的重要因素。生活垃圾的熱值越高，有機(jī)可燃成分含量越高，粒度越小，含水率越低越有利于生活垃圾的焚燒。

（2）溫度

城市生活垃圾的焚燒溫度一般在800～1000℃，焚燒溫度越高，燃燒速率越快，燃燒越充分，有毒有機(jī)物質(zhì)例如二惡英等的去除率就越高。生活垃圾的熱值越高，含水率越低，焚燒溫度就越高。

（3）過(guò)量空氣系數(shù)

過(guò)量空氣系數(shù)是影響垃圾焚燒的重要因素，一般實(shí)際的供風(fēng)量要明顯大于理論空氣量，這樣才能保證生活垃圾充分燃燒。但是過(guò)量空氣系數(shù)也不能過(guò)大，過(guò)剩空氣系數(shù)越大，一方面會(huì)導(dǎo)致生活垃圾焚燒爐內(nèi)的溫度下降，另一方面會(huì)造成煙氣的排放量增大，增加煙氣凈化處理設(shè)備的壓力。

（4）焚燒系統(tǒng)的操作、管理復(fù)雜

生活垃圾的成分復(fù)雜，焚燒系統(tǒng)龐大而且復(fù)雜，對(duì)管理人員的技術(shù)要求比較高。生活垃圾焚燒產(chǎn)物中的污染物種類繁多，對(duì)廢氣凈化和運(yùn)行管理的要求較高。

2.城市生活垃圾氣化法

城市生活垃圾氣化是將含有有機(jī)成分的生活垃圾在缺氧的條件下與空氣中的氧氣發(fā)生部分燃燒反應(yīng)生成可燃?xì)怏w的過(guò)程，其氣體產(chǎn)物主要包括CO、H2、CH4、CO2等。

與傳統(tǒng)焚燒方式處理城市生活垃圾相比，由于空氣過(guò)剩系數(shù)小于1和還原性氣氛，可以減少煙氣的排放，防止二惡英等有毒污染物的生成，并且垃圾中的金屬以金屬單質(zhì)的形式存在，有利于其回收利用。采用氣化方式處理生活垃圾不但可以得到可燃?xì)怏w，而且便于回收垃圾中的有用物質(zhì)，是生活垃圾資源化處理的有效手段之一。

城市生活垃圾氣化影響因素：

城市生活垃圾成分復(fù)雜，各組成成分的氣化行為大不相同，通常情況下，影響城市生活垃圾氣化的主要因素有：生活垃圾的組成、垃圾的含水量、垃圾的粒度分布、垃圾氣化溫度。

（1）生活垃圾的組成

城市生活垃圾組成成分復(fù)雜，通常情況下，生活垃圾中有機(jī)物的含量越高，則其熱值越高，垃圾受熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)分含量越高，氣體產(chǎn)物中CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w的含量也就越高。

（2）垃圾原料中水分含量

城市生活垃圾中水分含量越高，垃圾干燥所需的熱量就越大，但是生活垃圾中的水分含量增加，會(huì)增加氣體產(chǎn)物中H2的含量，從而提高氣體產(chǎn)物的熱值。通常在氣化過(guò)程中，對(duì)于含水量高的生活垃圾應(yīng)進(jìn)行干燥，對(duì)于干燥的生活垃圾在氣化過(guò)程中應(yīng)通入一定量的水蒸氣。

（3）垃圾原料的粒徑分布

垃圾原料的粒徑分布對(duì)氣化的影響很大，垃圾原料的粒徑越小,垃圾與周圍氧氣的接觸面積越大，其傳熱、傳質(zhì)效果越好。固體顆粒具有較大的比表面積和較輕的質(zhì)量對(duì)氣化非常有利。

（4）垃圾氣化溫度

在城市生活垃圾氣化過(guò)程中,溫度是一個(gè)很重要的影響因素,溫度對(duì)氣體產(chǎn)物的組成、氣體產(chǎn)量、氣體熱值等都有很大的影響。通常情況下，隨溫度升高,氣體產(chǎn)率增加,焦油在高溫條件下部分發(fā)生裂解反應(yīng)生成CmHn、CO、H2、CH4等氣體。

3.結(jié)論

城市生活垃圾可視為一種固體燃料，其中含有大量的能量。生活垃圾焚燒技術(shù)、熱解技術(shù)、氣化技術(shù)及RDF技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生活垃圾中所蘊(yùn)含的能量的回收利用，是城市生活垃圾資源化利用的有效手段，基本上達(dá)到了生活垃圾處理的減量化、無(wú)害化、資源化的目的，有著較大的應(yīng)用前景。

[1]徐潔.適合我國(guó)國(guó)情的垃圾處理方法.化工之友[J].2000,No.1

[2]魏潔.城市垃圾的發(fā)展趨勢(shì)及其處理.沈陽(yáng)統(tǒng)計(jì)[J].2000,No.9-10:13-15

[3]倪恩奇.談城市垃圾處理方法.硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程 [J].2000,No.5:15-19

[4]福建省環(huán)境工程公司.熱解氣化焚燒爐技術(shù).福建環(huán)境[J].2002，Vol.19

[5]徐嘉,嚴(yán)建華，肖剛等.城市生活垃圾氣化處理技術(shù).科技通報(bào)[J].2004,Vol20.No.6

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.006