“互聯(lián)網(wǎng)+”將推進生活垃圾資源化技術(shù)的發(fā)展
——以熱解氣化技術(shù)的進展為案例

徐 云 曹鳳中(中關(guān)村綠色國情戰(zhàn)略研究小組 北京 100081)

“互聯(lián)網(wǎng)+”將推進生活垃圾資源化技術(shù)的發(fā)展
——以熱解氣化技術(shù)的進展為案例

徐 云 曹鳳中(中關(guān)村綠色國情戰(zhàn)略研究小組 北京 100081)

探討了國家關(guān)于生活垃圾處理產(chǎn)業(yè)政策的導(dǎo)向，指出互聯(lián)網(wǎng)+將加速垃圾循環(huán)利用技術(shù)的發(fā)展。舉例說明了近期高溫分解氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢，并探討了微波處理技術(shù)和等離子技術(shù)的發(fā)展情況。

互聯(lián)網(wǎng)；生活垃圾；循環(huán)利用

最近幾年我國垃圾資源化技術(shù)，有了很大的發(fā)展，可以說有了“質(zhì)”的提高。從今年前，國家的產(chǎn)業(yè)政策，也在向有利于生活垃圾資源化的方向發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，必將進一步推進資源化發(fā)展的速度。

1 國家發(fā)改委對生活垃圾資源化的政策有了很大的轉(zhuǎn)變

2016年是“十三五”規(guī)劃的開局之年。為深入貫徹落實黨的十八屆五中全會關(guān)于“十三五”規(guī)劃建議提出的“實現(xiàn)城鎮(zhèn)生活污水垃圾處理設(shè)施全覆蓋和穩(wěn)定運行”要求，國家發(fā)改委在2016年中央預(yù)算內(nèi)投資計劃安排50億元。重點支持采用焚燒等資源化處理技術(shù)的項目，各地申報備選項目中由于城鎮(zhèn)污水與垃圾處理項目，其中焚燒處理能力占比應(yīng)不低于30％。

這是對垃圾資源化處理項目的支持。

2016年是“十三五”開局之年，推進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)一定要站在新起點，取得新突破。5月4日，國家發(fā)改委再次對新型城鎮(zhèn)化提出要求，統(tǒng)籌推進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)取得新進展。鼓勵各地發(fā)展特色小城鎮(zhèn)，今年將選1000個小城鎮(zhèn)進行扶持。

2 互聯(lián)網(wǎng)+成為發(fā)展的新趨勢有利于資源化技術(shù)的推行

李克強在政府工作報告中提出，“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場。”

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等信息通信技術(shù)以及智能技術(shù)的發(fā)展，人類社會進入了信息社會的更高階段，即所謂的“大數(shù)據(jù)時代”，催生了繼“新公共管理 ”運動之后的新一輪政府治理變革浪潮—人們稱之為“數(shù)字政府”“智慧政府”“互聯(lián)網(wǎng)+政務(wù)(政府)”等等，這些理念的落實將有利于生活垃圾資源化技術(shù)的推行。黨的十八屆五中全會提出實施“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，實施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略；國務(wù)院發(fā)布的《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》也提出加快政府數(shù)據(jù)開放共享，推動資源整合，提升治理能力，大數(shù)據(jù)與智能化時代的來臨。在這個時代，人們追求舒適、優(yōu)美、健康的生存環(huán)境成為第一需求，保護環(huán)境成為人們的自覺行動。生活垃圾資源化處理技術(shù)成為社會發(fā)展的必然選擇。

“互聯(lián)網(wǎng)+”實際上是創(chuàng)新2.0下的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新形態(tài)、新業(yè)態(tài)，是知識社會創(chuàng)新2.0推動下的互聯(lián)網(wǎng)形態(tài)漸進式演進，是中國經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)下的現(xiàn)實選擇，是中國創(chuàng)新驅(qū)動的動力源泉，有利于形成新的資源觀、市場觀和發(fā)展觀?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+政務(wù)”是傳統(tǒng)線下政務(wù)活動的升級版，由此帶來傳統(tǒng)的政務(wù)方式、組織方式、創(chuàng)新方式發(fā)生歷史性變革，政府管理服務(wù)的對象、環(huán)境和形式也隨之改變?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”有望成為開啟政府服務(wù)模式創(chuàng)新的新引擎?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”將助力社會服務(wù)進一步便捷普惠。健康醫(yī)療、教育、交通等民生領(lǐng)域互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用更加豐富，公共服務(wù)更加多元，OTO模式結(jié)合更加緊密。社會服務(wù)資源配置不斷優(yōu)化，公眾享受到更加公平、高效、優(yōu)質(zhì)、便捷的服務(wù)。

迅猛增加的生活垃圾、無害化處理的繁瑣環(huán)節(jié)和高額成本，成為城市管理中的棘手難題，目前，國際上先進的處理方式是實行垃圾分類，使生活垃圾減量化、無害化和資源化。在探索“互聯(lián)網(wǎng)+共同締造”的垃圾處理模式中，深圳英爾公司的做法成效顯著，今后將進一步推廣。

3 垃圾資源化技術(shù)的發(fā)展—以熱解氣化技術(shù)為例

垃圾資源化處理技術(shù)種類很多，為了說明問題，以生活垃圾熱解氣化技術(shù)為例進行分析。

熱解氣化可以將生活垃圾轉(zhuǎn)化為成分較為穩(wěn)定的氣、液、固三種類型產(chǎn)品加以利用，可有效提高其利用效率、利用范圍和經(jīng)濟性；從污染物排放角度，由于直接焚燒的不充分性所引起的二次污染，特別是二惡英的排放問題，制約著該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而熱解氣化過程是在缺氧氣氛下進行，二噁英的排放達標，同時大部分的重金屬在熱解氣化過程中溶入灰渣，減少了重金屬排放量。因此，發(fā)展熱解氣化技術(shù)是實現(xiàn)生活垃圾無害化、資源化、減量化、能源化利用的重要途徑。

最近幾年我國生活垃圾處理技術(shù)有了很大的發(fā)展，一些大院大所和高等院校，開始與民間企業(yè)結(jié)合開發(fā)生活垃圾熱解氣化技術(shù)，例如南京大學(xué)與千島湖的企業(yè)，中國環(huán)境科學(xué)研究院與福建一企業(yè)在雙塔熱解爐方面，有進展，湖北大學(xué)與無錫的一個企業(yè)，改造了傳統(tǒng)熱解氣化爐的結(jié)構(gòu)，提高了氣化效率，山東大學(xué)利用微波熱解氣化技術(shù)方面有突破，清華大學(xué)與冀州環(huán)保公司公司開發(fā)了熱解催化劑等等，可以說是，處于百花爭艷的局面。

3.1 氣化爐開始由上吸式向反燃式方向發(fā)展

熱解是指在無氧或缺氧氣氛下，利用高溫使固體廢物有機成分發(fā)生裂解，從而脫出揮發(fā)性物質(zhì)并形成固體焦炭的過程，熱解工藝主要產(chǎn)物有熱解油和固體炭，氣體產(chǎn)率相對較低。氣化是指反應(yīng)物在還原性氣氛下與氣化劑發(fā)生反應(yīng)，生成以可燃氣為主的熱轉(zhuǎn)化過程，在這里氣化劑主要包括空氣、富氧氣體、水蒸氣、二氧化碳等。在實際過程中，熱解、氣化往往同時存在于反應(yīng)過程中。

反燃式熱解氣化爐適用于含水率不高的物料(含水率低于30％)，突出優(yōu)點是生成氣通過高溫區(qū)，故生成氣中焦油含量不到上吸式的1％。上吸式也通過擴大熱解氣化爐高溫區(qū)的直徑延長氣相停留時間，進一步降低了氣相中的焦油含量，同時增加機械攪拌裝置，解決了爐內(nèi)物料架空的問題。

上吸式熱解氣化爐的生成氣不通過高溫區(qū)，焦油含量較高，但物料被向上流動的熱空氣烘干，可用于含水率較高(含水率可達50％)的物料。

針對其使用過程中的缺點形成一些改進型反應(yīng)器，如旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器。旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器克服了固定床原料內(nèi)部搭橋、架空的問題。

另一方面，由于科研人員意識不夠、建設(shè)隨意性強，而項目過程監(jiān)管又不到位，經(jīng)常出現(xiàn)國產(chǎn)進口隨意改、指標配置隨意變、數(shù)量價格任意調(diào)，導(dǎo)致與項目批復(fù)大相徑庭，給項目的執(zhí)行、審計和驗收帶來了許多麻煩。

3.2 進行垃圾分選再進行粉碎、制作碳棒的工藝成為主導(dǎo)工藝

很長時間以來，采用煤氣發(fā)生器、秸稈氣化爐處理生活垃圾運轉(zhuǎn)很難正常。關(guān)鍵問題是生活垃圾是不均勻物質(zhì)，每種物質(zhì)的熱解曲線是不同的，所以在使用上吸式氣化爐運轉(zhuǎn)過程中經(jīng)常發(fā)生架橋、短路等問題。

把生活垃圾經(jīng)過初步分選后，經(jīng)過粉碎，制成碳棒，等于制成了均勻物質(zhì)的碳棒，解決了問題。

3.3 水蒸氣將作為氣化劑

城市生活垃圾水蒸氣氣化技術(shù)得到的可燃氣中因含有大量氫氣，具有發(fā)展前途。蒸汽催化氣化制取富氫燃氣的實驗表明，S/M(水蒸氣與城市生活垃圾質(zhì)量之比)對氣化氣組分分布有重要影響，隨著S/M 的增加，H2、CO2含量增加，CO、CH4含量急劇減小，提高氣化溫度可以增加氣化氣組分中的H2、CO。發(fā)現(xiàn)水蒸氣對生活垃圾熱解氣化過程中失重情況影響十分微弱，而對氣化氣重整和二次裂解影響比較明顯。實驗表明，H2O氣氛有利于H2的生成和產(chǎn)氣量的提高，但對大分子烴類的二次裂解具有一定的抑制作用。通過向熱解爐內(nèi)噴入霧狀水而強化水煤氣反應(yīng)，增加了熱解氣產(chǎn)量并提高熱解氣中H2、CO的含量，700℃時熱解氣產(chǎn)量由無噴水條件下的187L/kg增加到噴水條件下的215L/kg。

3.4 氣化爐的整體結(jié)構(gòu)再逐步改造，爐體結(jié)構(gòu)，上料、爐篦，攪拌方式方面都在進行改造。

總之，熱解氣化技術(shù)整體水平的提高，首先考察生活垃圾處理流程合理性，氣化爐結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性，調(diào)整控制參數(shù)的科學(xué)性。

生活垃圾熱解氣化研究熱點在于優(yōu)化控制參數(shù)，提高反應(yīng)速率，促進目標產(chǎn)物高值化，抑制其它產(chǎn)物及污染物的生成。

主要有以下因素影響城市生活垃圾熱解氣化反應(yīng)的進行：

(1)城市生活垃圾中含有塑料、廢紙、木料等組分的比例是決定熱解氣化產(chǎn)物產(chǎn)量、產(chǎn)物分布以及反應(yīng)速率的本質(zhì)因素；

(2)對于任何物料，溫度是熱解氣化反應(yīng)的重要因素，通常提高熱解氣化溫度，會促進熱解氣化反應(yīng)的進行，增加氣態(tài)產(chǎn)物的產(chǎn)量，同時提高氣態(tài)產(chǎn)物中小分子物質(zhì)的含量，減少液態(tài)產(chǎn)物及殘渣的產(chǎn)量；

(3)RO(氧氣當量比)和S/M分別是氧氣氣化和水蒸氣氣化反應(yīng)的另一重要因素，通過調(diào)節(jié)RO或S/M，可以控制氧氣氣化或水蒸氣氣化反應(yīng)的進行。目前，城市生活垃圾熱解氣化實驗研究對熱解氣化過程中污染物的遷移問題研究相對較少。

熱解氣化機理研究相對滯后。而對污染物的有效防控是保證城市生活垃圾熱解氣化技術(shù)能夠大規(guī)模推廣應(yīng)用的必要條件，通過熱解氣化機理的探究可以明確高值化產(chǎn)物以及污染物的形成。另一方面，我國在垃圾熱解氣化技術(shù)推廣方面明顯落后于發(fā)達國家。因此，需要大力開展城市生活垃圾熱解氣化機理及過程污染物防治方面的研究，同時做好自有技術(shù)的推廣應(yīng)用工作。

4 一些先進的技術(shù)例如微波熱解技術(shù)，等離子技術(shù)已經(jīng)進入生活垃圾處理系統(tǒng)

4.1 微波裂解技術(shù)

近年來微波裂解技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研和企業(yè)生產(chǎn)中，與傳統(tǒng)的熱解方法相比，它有著許多十分顯著的生產(chǎn)優(yōu)勢。由于微波裂解是通過材料自身的粒子高速運動震蕩，利用粒子的相互摩擦而產(chǎn)生熱量，因此只需數(shù)分鐘便可達到傳統(tǒng)方法幾個小時甚至幾周才能達到的熱效果，而且傳統(tǒng)方法無法達到材料內(nèi)外溫度相同的效果。相比傳統(tǒng)方法所需要的設(shè)備，微波裂解的設(shè)備尺寸更小，費用更低，并且制備過程所需要的能耗也更少，因此也減少了對生產(chǎn)空間的需求，更具性價比。對于同樣一種材料的熱處理，微波裂解所需的溫度遠低于傳統(tǒng)方法所需要的溫度，并且所得的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

微波裂解技術(shù)所展示出的優(yōu)勢已經(jīng)越來越顯著，因此微波裂解的研究與應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大，但是目前的微波技術(shù)并不成熟，還有一些問題有待解決。雖然微波加熱速率快、耗能少，但是產(chǎn)油熱值不高，后續(xù)提升熱值的工藝耗能又較大。微波裂解的效率雖然很高，可是其中的熱化學(xué)反應(yīng)過程卻十分復(fù)雜，而關(guān)于這方面的研文獻十分少見。微波裂解材料具有多樣性，在相同材料、相同溫度下，不同功率所產(chǎn)生的產(chǎn)物組合就會有很大的區(qū)別，無法進行人為的定向控制，而關(guān)于其中的機理也還未見報道。關(guān)于微波裂解的研究已經(jīng)十分廣泛，但是卻少有關(guān)于能量輸入與產(chǎn)物能量值附加率及微波裂解產(chǎn)物效益的報道。因此分析出微波裂解的反應(yīng)機理，掌握微波定向控制技術(shù)及能量增殖效率問題，也許能夠進一步促進微波裂解技術(shù)的發(fā)展。

4.2 等離子處理技術(shù)

等離子體技術(shù)在上世紀60年代受益于航天事業(yè)的發(fā)展而飛速發(fā)展，用于處理廢物則始于70年代，最初主要用于低放射性廢物、化學(xué)武器和常規(guī)武器銷毀，90年代才進入民用領(lǐng)域。由于傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備技術(shù)含量高，投資和運行成本相對較高，初期多用于銷毀多氯聯(lián)苯(PCBs)、POPs、廢農(nóng)藥、焚燒飛灰和醫(yī)療廢物等危險廢物。近十年來，技術(shù)的不斷進步和成熟帶來了成本的逐漸降低，隨著政府對垃圾處理問題的重視和公眾環(huán)保意識不斷提高，等離子體處理生活垃圾和生活垃圾氣化發(fā)電的技術(shù)逐漸成為國內(nèi)外的熱點。

等離子氣化生活垃圾綜合處理系統(tǒng)是利用等離子氣化爐，通過高溫蒸發(fā)、分解技術(shù)，將生活垃圾分解為含氫氣、一氧化碳等氣體的合成氣體，然后利用相關(guān)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為能源，并進行發(fā)電。該技術(shù)可處理城市生活垃圾、醫(yī)療垃圾等，也可處理常規(guī)煤燃料。經(jīng)過處理，無機垃圾(建筑垃圾如磚頭)將變成微晶泡沫玻璃等環(huán)保建材，而有機垃圾(生活垃圾等)可變?yōu)楹铣蓺怏w，用于發(fā)電。與傳統(tǒng)垃圾焚燒不同的是，等離子在氣化焚燒時，不會產(chǎn)生有害氣體。貴州畢節(jié)項目則是貴州首個示范項目，全部建成后，每日可處理垃圾1200t，一年可提供電力6974萬度，其他玻璃體近9萬t。

隨著時代的發(fā)展，生活垃圾資源化處理技術(shù)必將向深度、高度發(fā)展。

Internet+Will Speed up the Development of Recycling Technology of Domestic garbage-by pyrolysis gasification technology progress as a case

Xuyun(Zhongguancun Green National Strategic Research Group Beijing 100081)

This paper discusses national industrial policy direction of domestic garbage treatment，points out that Internet+will speed up the development of garbage recycling technology.A specific example is given to illustrate the development trend of recent pyrolysis gasification technology.This paper also discusses the development of microwave processing technology and plasma technology.

InternetDomestic garbage Recycling

X-01

A

1674-263X(2016)02-0001-03

2016-06-01

徐云(1964-)，男，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心博士。