原生垃圾濕解預(yù)處理技術(shù)探究

姜 薇，吳世新

（北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計(jì)科學(xué)研究所，北京 100028）

1 濕解反應(yīng)機(jī)理

在濕解過(guò)程中，將濕解罐中通入0.8 MPa，180℃左右的飽和水蒸氣，通過(guò)對(duì)垃圾原料快速升溫、升壓、保壓，使垃圾在濕解罐內(nèi)完成一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中：①有機(jī)質(zhì)在罐內(nèi)充分降解，加快了碳水化合物的脫出速度，有資料顯示，濕解后碳水化合物可以脫出50%以上。②蛋白質(zhì)、糖、纖維素等大分子鏈發(fā)生變性，使氨基酸等分子充分裸露，這個(gè)過(guò)程也是充分腐熟的過(guò)程。③煮熟的植物類垃圾，其細(xì)胞中的木素成分被破壞，木素作為細(xì)胞組織中一種填充、粘結(jié)、防腐物質(zhì)，它的破壞可以使垃圾結(jié)構(gòu)變得疏松，從而更利于游離水的分離，腐爛速度加快。

在排料過(guò)程中，通過(guò)將濕解罐內(nèi)壓力降低到0.2～0.3 MPa后，采用瞬間排放的方式將幾十立方米的垃圾在不到1 min內(nèi)全部排放出來(lái)。在排放過(guò)程中：①垃圾個(gè)體得到破碎，垃圾個(gè)體組織中的自由水得到分離，組成垃圾個(gè)體中的水分90%為游離水分，通過(guò)瞬間帶壓排料，從高壓狀態(tài)瞬間向低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，物料皮層組織由于承受不住壓力瞬間變化所形成的膨化沖擊波，造成物料瞬間被破碎，從而形成游離水被分離，使垃圾含水率快速降低20%左右。②垃圾中的紙類物質(zhì)，濕解過(guò)程中吸收水分，在瞬間排放時(shí)，破碎為纖維類物質(zhì)，廚余成分中的大量物質(zhì)被破碎成醬類物質(zhì)，破碎中所形成的果膠、蛋白質(zhì)、纖維素等粘附在灰土中，變灰土為富含有機(jī)質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)土。③垃圾在升溫、升壓、排料的過(guò)程中，完成了將垃圾中有害細(xì)菌類物質(zhì)滅活的過(guò)程。④排料過(guò)程中，由于壓力瞬間變化，垃圾中儲(chǔ)存的熱能得到釋放，垃圾個(gè)體組織中的自由水利用該熱能得到汽化，變成蒸汽排放出來(lái)。⑤垃圾廚余成分中的鹽，在濕解過(guò)程中溶解于水中，從垃圾中分離出來(lái)，減少了垃圾中氯離子的含量，從源頭上減少垃圾焚燒過(guò)程中二惡英類有害氣體的生成量。

2 濕解工藝優(yōu)化與濕解產(chǎn)物特性分析

2.1 濕解工藝優(yōu)化

垃圾濕解試驗(yàn)所用的垃圾是混合生活垃圾，通過(guò)采樣分析，其主要特性見(jiàn)表1。

表1 生活垃圾特性

在濕解過(guò)程中，除垃圾濕解產(chǎn)生濕解液外，用作熱源的高溫蒸汽冷凝后會(huì)產(chǎn)生冷凝水，這些冷凝水與濕解液一起在濕解罐中，與垃圾一起在排料口噴出，為了降低在排料過(guò)程中的蒸汽冷凝后回到出料垃圾中，在試驗(yàn)過(guò)程中加大排料間的排氣量，最大程度地排出出料蒸汽。

在濕解罐升溫時(shí)，由于濕解液的存在，罐內(nèi)處于汽液混合的狀態(tài)，而濕解液熱容較高，從而導(dǎo)致罐內(nèi)垃圾溫度上升緩慢，蒸汽消耗量增大，不利濕解過(guò)程的進(jìn)行，因此在試驗(yàn)中，對(duì)垃圾濕解工藝進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整的內(nèi)容主要包括增加排水及調(diào)整進(jìn)汽方式。增加排水是在濕解罐開始升溫一段時(shí)間后，開啟罐底部的排水閥，及時(shí)排空罐內(nèi)的濕解液，提高蒸汽利用效率。隨著濕解時(shí)間加長(zhǎng)，排水時(shí)間也增加，排水量明顯增加。調(diào)整進(jìn)汽方式是配合排濕解液對(duì)罐體的進(jìn)汽位置及進(jìn)汽方式進(jìn)行調(diào)整，在最初的升溫階段以下進(jìn)汽為主，增強(qiáng)蒸汽在罐內(nèi)的攪拌效果，在排液階段則從中間通道進(jìn)汽，保證排液順利進(jìn)行，同時(shí)在進(jìn)汽方式上，將排空濕解液與進(jìn)汽相結(jié)合，減少罐內(nèi)氣阻，充分利用蒸汽熱能。

2.2 濕解產(chǎn)物特性分析

2.2.1 不同升溫時(shí)間和保壓時(shí)間對(duì)濕解產(chǎn)物含水率的影響

從圖1中可以看出增加保壓時(shí)間對(duì)含水率的降低有一定影響。為平衡處理成本與處理效果，需對(duì)升溫時(shí)間與保壓時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)不同加熱時(shí)長(zhǎng)與保溫時(shí)長(zhǎng)的出料垃圾含水率對(duì)比，升溫1～1.5 h，保壓1.5 h的條件下，濕解后的垃圾含水率可達(dá)到35%以下。

2.2.2 濕解產(chǎn)物粒徑與熱值分析

在濕解工藝中，通過(guò)將濕解系統(tǒng)內(nèi)壓力從0.8 MPa降低到0.2～0.3 MPa后，采用瞬間排放的方式將幾十立方米的垃圾在不到1 min內(nèi)全部排放到大氣狀態(tài)下。在排放過(guò)程中，通過(guò)瞬間帶壓排料，垃圾個(gè)體組織從高壓狀態(tài)瞬間向低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，物料皮層組織由于承受不住壓力瞬間變化所形成的膨化沖擊波，造成垃圾個(gè)體組織瞬間被破碎，垃圾粒徑得到均化。

如圖2所示，濕解產(chǎn)物的粒徑60 mm以上的垃圾從50.6%降至16.9%，10 mm以下垃圾從14.9%上升至47%。由于垃圾粒徑的均化，增加了空氣與可燃物的接觸面積，使得燃燒更容易。同時(shí)，有效地解決了焚燒爐入爐孔徑過(guò)小所帶來(lái)的矛盾，也能有效控制爐渣熱灼減率，爐渣產(chǎn)生量?jī)H為入爐垃圾總量的7%，飛灰約為1.5%，為未來(lái)垃圾處理技術(shù)提供了更好的技術(shù)支持。

經(jīng)過(guò)濕解工藝處理的垃圾，濕基低位熱值比原生垃圾可以提高3 000 kJ/kg左右。按照業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)識(shí)：垃圾中水分每降低1%，垃圾低位發(fā)熱值可以提高150～175 kJ/kg；垃圾中灰分每降低1%，垃圾低位發(fā)熱值可以相應(yīng)提高1%，垃圾低位發(fā)熱值提高后，焚燒爐內(nèi)爐膛燃燒溫度不需添加任何輔助燃料就可以穩(wěn)定運(yùn)行在850～950℃之間，使垃圾在入爐初期烘干階段所產(chǎn)生的二惡英類有害氣體得到有效地分解，煙氣中二惡英類有害氣體的量顯著減少，煙氣處理中活性炭的使用量相應(yīng)下降，減少了煙氣處理的難度及后期運(yùn)行費(fèi)用。

3 結(jié)論與建議

1）從處理工藝角度來(lái)講，采用原生垃圾濕解工藝作為焚燒的預(yù)處理工藝，可降低焚燒爐入爐垃圾的含水率，提高焚燒熱值和焚燒廠污染控制水平。

2）濕解反應(yīng)在優(yōu)化進(jìn)汽、排水、排氣的工藝操作條件下，升溫1～1.5 h，保壓1.5 h，濕解后的垃圾含水率可達(dá)到35%以下。

3）由于濕解工藝需要高溫高壓蒸汽作為能源，建議與焚燒廠配套建設(shè)，既可以有效利用焚燒蒸汽資源，又可以提高焚燒入爐垃圾熱值，降低污染物排放。