新型穩(wěn)定控制熱解爐處理農(nóng)村生活垃圾的應(yīng)用

黃宇釗， 韓 彪， 潘 翠， 覃岳隆， 陳寧華

（廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院， 廣西 南寧 530022）

0 引言

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展和農(nóng)民生活水平的不斷提高，農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)量開(kāi)始逐年增加，每年產(chǎn)量增長(zhǎng)速度達(dá)8% ～10%[1]。 長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)垃圾處理設(shè)施建設(shè)不夠完善， 垃圾運(yùn)輸成本及處理費(fèi)用較高， 造成大量生活垃圾隨意丟棄或露天排放容易對(duì)土壤及地下水環(huán)境造成嚴(yán)重污染， 嚴(yán)重影響農(nóng)民生產(chǎn)和生活，生活垃圾的堆積現(xiàn)象亟待解決[2-4]。農(nóng)村垃圾處理的根本目標(biāo)是在保證垃圾達(dá)到無(wú)害化的前提下, 采取相對(duì)簡(jiǎn)單的處理方式建設(shè)符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件的垃圾處置設(shè)施對(duì)生活垃圾進(jìn)行處理[5]。農(nóng)村生活垃圾成分復(fù)雜， 含有大量的廚余垃圾及廢塑料等， 采用小型熱解爐處理農(nóng)村生活垃圾處理效果好，投資費(fèi)用較少，其中的有機(jī)成分可在缺氧或者無(wú)氧環(huán)境條件下經(jīng)過(guò)熱解轉(zhuǎn)化為污染低和能源回收率高的焦炭、熱解液和可燃?xì)?，能有效降低運(yùn)輸成本。目前， 關(guān)于小型熱解爐處理農(nóng)村生活垃圾的工程應(yīng)用研究報(bào)道較少。

以廣西崇左市某農(nóng)村垃圾處理中心農(nóng)村生活垃圾熱解處理示范工程為研究對(duì)象， 采用自主研發(fā)的一種新型穩(wěn)定控制熱解爐處理農(nóng)村生活垃圾， 系統(tǒng)分析改新型熱解爐處理農(nóng)村生活垃圾效果， 以期為廣西全區(qū)乃至全國(guó)農(nóng)村生活垃圾熱解處理提供有益借鑒。

1 熱解爐工作機(jī)理及技術(shù)特點(diǎn)

熱解通常是在無(wú)氧或者缺氧環(huán)境條件下， 通過(guò)直接或者間接加熱使含碳有機(jī)物發(fā)生熱化學(xué)分解生產(chǎn)可燃?xì)狻?焦油和炭黑的過(guò)程。 相比較垃圾直接焚燒，垃圾熱解技術(shù)更易控制污染物的產(chǎn)生，避免了焚燒過(guò)程產(chǎn)生酸性氣體、 二噁英及含重金屬的飛灰對(duì)環(huán)境造成污染。 本工程采用的新型穩(wěn)定控制熱解爐處理農(nóng)村生活垃圾，熱解爐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。 該熱解爐本體在上部設(shè)置進(jìn)料口， 集料斗將收集好的生活垃圾通過(guò)輸送帶傳送至進(jìn)料口進(jìn)行熱解處理。 進(jìn)料口上方設(shè)置噴淋裝置及探溫器， 控制爐內(nèi)溫度達(dá)到350 ℃左右， 爐內(nèi)發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)將大分子物質(zhì)分解成可燃性的小分子物質(zhì)， 可以避免高溫條件產(chǎn)生二噁英類(lèi)有毒物質(zhì)， 熱解結(jié)束后剩余灰渣通過(guò)爐體下部出渣口傾斜的集渣板排出。 為了便于熱解爐內(nèi)均勻布?xì)猓?在爐體下部設(shè)置的進(jìn)氣嘴與其上方的磁化空氣均勻布?xì)庋b置相連接， 通過(guò)其來(lái)控制爐內(nèi)不同反應(yīng)區(qū)間的供氧量，將空氣、熱解溫度輻射至干燥區(qū)，既可以有效減少熱能損失還可以提高熱利用率， 有助于熱解反應(yīng)得以連續(xù)穩(wěn)定的在爐內(nèi)進(jìn)行， 從而保證達(dá)到理想穩(wěn)定的熱解處理效果。 在爐體頂部的排煙口設(shè)置靜電除塵器， 可以有效的去除尾氣中的顆粒物質(zhì)。

圖1 熱解爐結(jié)構(gòu)

2 熱解處置系統(tǒng)工藝流程

生活垃圾熱解處理處置系統(tǒng)主要由微生物除臭降解系統(tǒng)和多級(jí)磁化熱解系統(tǒng)組成， 工藝流程見(jiàn)圖2。 村鎮(zhèn)收集的生活垃圾運(yùn)送至場(chǎng)區(qū)內(nèi)，首先對(duì)進(jìn)行垃圾進(jìn)行預(yù)分選，分選出大塊不可燃燒的固體物質(zhì)，分選后噴灑高效微生物菌劑， 微生物可以直接吸收分解惡臭分子，從而抑制生活垃圾產(chǎn)生臭氣，同時(shí)微生物分解垃圾中的有機(jī)物質(zhì)和抑制病菌， 減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，對(duì)垃圾減量化起到輔助作用。

預(yù)處理后的垃圾輸送進(jìn)入多級(jí)磁化熱解爐進(jìn)行磁化低溫?zé)峤馓幚恚?通過(guò)磁化空氣可降低熱解反應(yīng)能量從而提高熱解效率， 在350 ℃左右可以實(shí)現(xiàn)熱解氣化， 爐內(nèi)發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)將生活垃圾分解成可燃性的小分子物質(zhì)，從而降低了能源消耗。

熱解過(guò)程產(chǎn)生的煙氣中帶有一定量的煙塵和有害氣體，必須經(jīng)過(guò)尾氣凈化處理系統(tǒng)處理后排放，煙氣通過(guò)折流水磨除塵裝置后進(jìn)行活性過(guò)濾， 可以吸附廢氣中殘留的二噁英類(lèi)物質(zhì)， 最終采用等離子靜電進(jìn)行處理后排放， 水磨除塵產(chǎn)生的富液循環(huán)用于爐內(nèi)水分及溫度的調(diào)配控制和進(jìn)一步熱解。 最終產(chǎn)生的有機(jī)灰渣可用于生物發(fā)酵作為市政綠化用肥，不可利用的集中運(yùn)送至填埋場(chǎng)進(jìn)行無(wú)害化處理。

圖2 熱解處理處置系統(tǒng)工藝流程

3 熱解爐應(yīng)用效果分析

熱解爐設(shè)計(jì)日處理生活垃圾10 t， 于2018 年1月正式投入使用， 運(yùn)行期間對(duì)低溫?zé)峤鉅t進(jìn)行煙氣排放及固廢殘?jiān)鼨z測(cè)， 在1#場(chǎng)區(qū)上風(fēng)向及2# 場(chǎng)區(qū)下風(fēng)向布設(shè)點(diǎn)位對(duì)無(wú)組織廢氣采樣分析， 有組織廢氣及固廢采樣點(diǎn)布設(shè)于熱解爐廢氣排放口， 每日連續(xù)監(jiān)測(cè)4 h，連續(xù)監(jiān)測(cè)3 d。 熱解爐運(yùn)行期間NH3及H2S 的監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3 和圖4。 由圖3、圖4 可知，運(yùn)行期間熱解爐熱解處理生活垃圾排放的NH3和H2S濃度濃度均較低，1# 點(diǎn)位和2# 點(diǎn)位NH3質(zhì)量濃度變化范圍為0．59 ～1．07 mg/m3，H2S 質(zhì)量濃度均低于0．06 mg/m3，可見(jiàn)熱解爐正常運(yùn)行產(chǎn)生的NH3及H2S不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境空氣產(chǎn)生影響。

圖3 運(yùn)行期間NH3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖4 運(yùn)行期間H2S 監(jiān)測(cè)結(jié)果

農(nóng)村生活垃圾熱解爐在穩(wěn)定運(yùn)行工況下廢渣和煙氣污染物的排放數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 和表2。 由表1 可知，經(jīng)過(guò)熱解爐處理排出的廢渣重金屬含量不高， 浸出液污染物濃度限值均低于生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)， 所以生活垃圾熱解處理后不可利用的廢渣固體可送往填埋場(chǎng)填埋處置， 部分有機(jī)灰渣也可制成市政用肥利用。由表2 可以看出，監(jiān)測(cè)期間HCl 第3次測(cè)量值超標(biāo)， 其余污染物在熱解爐運(yùn)行期間排放值均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的排放限值， 平均濃度達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。 其中NOx的質(zhì)量濃度平均為34 mg/m3，遠(yuǎn)低于我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的300 mg/m3，也低于歐盟垃圾焚燒污染物排放標(biāo)準(zhǔn)2000 規(guī)定的30 min均值400 mg/m3的排放限值， 可見(jiàn)在缺氧或者無(wú)氧條件下對(duì)生活垃圾進(jìn)行熱解處理可以有效控制NOx的生成，爐內(nèi)的溫度環(huán)境未達(dá)到熱力型NOx生成所需的高溫條件。 SO2和HCl 的質(zhì)量濃度平均值分別為50 和60 mg/m3， 均符合國(guó)家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，排放的煙氣中未檢測(cè)出重金屬， 說(shuō)明熱解爐配套的尾氣凈化處理系統(tǒng)處理煙氣后減小了對(duì)環(huán)境的影響。

表1 廢渣監(jiān)測(cè)值 mg·L-1

表2 煙氣監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 農(nóng)村生活垃圾熱解處理技術(shù)的應(yīng)用建議

農(nóng)村生活垃圾的處理處置仍舊是我國(guó)環(huán)保工作的重點(diǎn)，也是新農(nóng)村建設(shè)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。采用新型熱解爐熱解處理農(nóng)村生活垃圾，能減少飛灰排放量，充分利用熱解技術(shù)處理生活垃圾能夠更好的實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾的無(wú)害化、資源化和減量化，是農(nóng)村生活垃圾處理的一項(xiàng)重要技術(shù)。 目前農(nóng)村生活垃圾熱解處理技術(shù)的推廣應(yīng)用及良好持續(xù)發(fā)展仍需解決以下問(wèn)題。

（1）完善農(nóng)村生活垃圾收運(yùn)模式。當(dāng)前除了北上廣等少數(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建立了科學(xué)的垃圾管理機(jī)制，對(duì)農(nóng)村生活垃圾進(jìn)行統(tǒng)一收集運(yùn)輸和處理，我國(guó)大部分的農(nóng)村生活垃圾收集管理體制不健全[6]。農(nóng)村生活垃圾的收集模式主要包括有城鄉(xiāng)一體化處理模式、 源頭分類(lèi)集中處理模式及源頭分類(lèi)分散處理模式， 城鄉(xiāng)一體化的運(yùn)作模式取得效果最佳也最具代表性，但因其成本過(guò)高不利于在農(nóng)村地區(qū)廣泛推廣[7-8]。因此， 應(yīng)當(dāng)因地制宜充分考慮當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及環(huán)境承載能力， 在農(nóng)村地區(qū)建立完善合理的農(nóng)村生活垃圾收集轉(zhuǎn)運(yùn)處理模式，鞏固完善村收鎮(zhèn)運(yùn)片區(qū)處理和村收就近就地處理的城鄉(xiāng)垃圾收運(yùn)處理體系，合理規(guī)劃布點(diǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)站，避免長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)造成垃圾散落、 廢水滴漏和產(chǎn)生臭氣等二次污染問(wèn)題。

（2）開(kāi)發(fā)農(nóng)村生活垃圾分選設(shè)備。農(nóng)村生活垃圾熱解處理前通常需先經(jīng)過(guò)分選后再送入熱解爐處理，目前通常采用人工分選的方式，不僅工作強(qiáng)度較高而且效率低。 開(kāi)發(fā)新型垃圾分選設(shè)備對(duì)其中的建筑垃圾和玻璃陶瓷等進(jìn)行分揀， 可以大幅降低分選工作強(qiáng)度節(jié)儉費(fèi)用， 也有助于提高可再生資源的回收利用率。

（3）健全農(nóng)村生活垃圾處理長(zhǎng)效管理機(jī)制。農(nóng)村生活垃圾的問(wèn)題受關(guān)注程度相比城市生活垃圾低，其管理工作并未納入公共服務(wù)體系中， 大部分地區(qū)沒(méi)有組建管理機(jī)構(gòu)及管理人員。 因此，需建立健全政府主導(dǎo)村民參與社會(huì)支持的農(nóng)村生活垃圾處理長(zhǎng)效管理機(jī)制，建立引導(dǎo)激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)社會(huì)資本參與建設(shè)，組件管理隊(duì)伍，完善村規(guī)民約。 通過(guò)構(gòu)建制度引導(dǎo)農(nóng)村居民或社會(huì)其他組織參與到垃圾回收利用中[9]，落實(shí)屬地管理分級(jí)負(fù)責(zé)， 制定相應(yīng)環(huán)境衛(wèi)生管理制度，加強(qiáng)對(duì)生活垃圾分類(lèi)處理的技術(shù)指導(dǎo)。

（4）培育農(nóng)村生活垃圾處理市場(chǎng)主體。農(nóng)村地區(qū)生活垃圾處理模式仍舊以政府投入為主， 商業(yè)模式不成熟運(yùn)營(yíng)方式單一。 應(yīng)充分發(fā)揮市場(chǎng)對(duì)資源配置的決定性作用， 鼓勵(lì)社會(huì)購(gòu)買(mǎi)農(nóng)村生活垃圾處理服務(wù)，創(chuàng)建新的運(yùn)行模式，交由第三方統(tǒng)籌負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)管理。