陜西省農(nóng)村生活垃圾處理處置研究

白昭++王瑤++馬文鵬++范智超

摘 要：目前，陜西省的農(nóng)村生活垃圾主要以衛(wèi)生填埋為主，但垃圾填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液處置相對(duì)滯后，這可能對(duì)周邊土壤及地下水造成極大的安全隱患。特別是雨量豐富的地區(qū)及干旱生態(tài)脆弱區(qū)，如果處置不當(dāng)，可能造成不可逆轉(zhuǎn)的生態(tài)破壞。該文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)不同焚燒爐型及焚燒煙氣中不同污染物的處置工藝的分析比選，結(jié)合農(nóng)村實(shí)際現(xiàn)狀，確定出適合農(nóng)村垃圾焚燒的最佳控制工藝。

關(guān)鍵詞：陜西省；農(nóng)村；生活垃圾；處置

中圖分類號(hào) X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）24-0077-03

Study on the Treatment of Rural Household Solid Wastes in Shaanxi Province

Bai Zhao1 et al.

（1Shaanxi provincial Environmental Monitoring Center Station，Xi'an 710054，China ）

Abstract：The rural household garbage in Shaanxi Province is mainly based on sanitary landfill，but landfill leachate disposal is lagging behind，which may cause great potential safety hazard to the surrounding soil and groundwater. Especially in the areas with abundant rainfall or the areas of drought ecological fragile areas，if disposed of improperly，it may cause irreversible ecological damage. In this paper，through the analysis of different pollutants in the domestic different incineration furnace，incineration flue gas treatment process，and the actual situation in rural areas，the best control technology suitable for rural garbage incineration was established.

Key words：Shaanxi Province；Rural；Household solid wastes；Disposal

1 前言

近年來(lái)，隨著陜西省城市生活垃圾收集運(yùn)輸及處置體系的逐步完善，其城市生活垃圾已基本達(dá)到無(wú)害化處置。2015年陜西省城市生活垃圾清運(yùn)量已達(dá)503.15萬(wàn)t，全省現(xiàn)有城市生活垃圾無(wú)害化處理廠17座，城市生活垃圾無(wú)害化處理率為98.07%[1]。與之相比，農(nóng)村生活垃圾由于受到基礎(chǔ)設(shè)施及地方監(jiān)管等各方面因素的制約，收集處置相對(duì)滯后。

隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)村環(huán)保工作的逐步重視，陜西省的農(nóng)村環(huán)境面貌也得以改善。2012—2014年陜西省被財(cái)政部和環(huán)境保護(hù)部確定為全國(guó)農(nóng)村環(huán)境連片整治示范省。全省43個(gè)縣區(qū)率先開展農(nóng)村環(huán)境連片整治工作，縣級(jí)生活垃圾收運(yùn)體系逐步建立，一批生活垃圾填埋場(chǎng)開工建設(shè)[2]。2015年陜西省縣城生活垃圾清運(yùn)量為263.3萬(wàn)t，生活垃圾填埋場(chǎng)已達(dá)80座，日填埋能力為10 023t[1]。

2 處置現(xiàn)狀

對(duì)于農(nóng)村生活垃圾，在不考慮土地成本及后期維護(hù)費(fèi)用的前提下，其建設(shè)成本及運(yùn)行成本相對(duì)較低，且垃圾填埋操作簡(jiǎn)單，處理對(duì)象要求低。所以目前陜西省農(nóng)村生活垃圾處置仍以衛(wèi)生填埋或簡(jiǎn)易安全填埋為主。隨著縣級(jí)生活垃圾處理場(chǎng)相繼投入運(yùn)行，環(huán)境問題也凸顯出來(lái)。

農(nóng)村生活垃圾的主要以無(wú)機(jī)物和有機(jī)物組成。其中，有機(jī)物占到垃圾總量的38.44%，有害垃圾占到垃圾總量的1.73%[3]。由于有機(jī)物含水率高，能產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液，同時(shí)有害物質(zhì)通過(guò)淋洗及化學(xué)反應(yīng)，部分進(jìn)入了垃圾滲濾液中，導(dǎo)致垃圾滲濾液成分復(fù)雜，COD和氨氮含量濃度高、重金屬種類多，處理難度大，處理成本高[4]。

陜西南部地區(qū)屬亞熱帶氣候，年均降水量為839.56mm[5]。大量的降水將大大增加垃圾滲濾液的產(chǎn)生量。陜西北部地區(qū)屬于干旱性生態(tài)脆弱區(qū)，地下水及土壤受到污染將嚴(yán)重影響該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)。目前，由于受到資金及技術(shù)等條件的限制，縣級(jí)垃圾填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液處置還相對(duì)滯后，大量的垃圾滲濾液將對(duì)其周邊的地下水、土壤帶來(lái)極大的安全隱患。此外，生活垃圾長(zhǎng)期在地下厭氧環(huán)境中易生成CH4可燃?xì)怏w和NH3、H2S、等惡臭氣體，能造成周邊生態(tài)污染及火災(zāi)。

3 工藝比選

與垃圾填埋處置相比，垃圾焚燒處置具有占地少，減量化顯著，處置周期短，熱能二次利用等優(yōu)點(diǎn)。目前，多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家生活垃圾焚燒處理所占的比重較大。其中，日本垃圾焚燒率已達(dá)85%；丹麥的城市垃圾焚燒率已達(dá)75%[6]。我國(guó)的垃圾焚燒起步較晚。由于受到經(jīng)濟(jì)因素制約，我國(guó)的垃圾焚燒處置主要集中在東部發(fā)達(dá)省份。主要是由于（1）生活垃圾成分復(fù)雜，垃圾熱值不穩(wěn)地，需要添加輔助燃燒，造成運(yùn)行成本的增加。（2）焚燒處理設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用高，廢氣處置工藝復(fù)雜。

對(duì)于農(nóng)村生活垃圾進(jìn)行焚燒處置，首先需要保證熱值穩(wěn)定。由于農(nóng)村生活垃圾分散，垃圾產(chǎn)生量不大，且回收利用能產(chǎn)生社會(huì)效益?？赏ㄟ^(guò)人工初步分揀的方式，將垃圾分為可焚燒、可堆肥、可回用、有害物質(zhì)4類。這樣即可減少垃圾量，又可減少垃圾中的水分及有害物質(zhì)，為后續(xù)尾氣處理降低成本。其次，選用合適的焚燒爐及尾氣治理系統(tǒng)，可以減少焚燒的運(yùn)行成本及尾氣中有害物質(zhì)的含量。

4 污染控制

4.1 焚燒爐選型 目前，國(guó)內(nèi)技術(shù)比較成熟的生活垃圾焚燒爐爐型主要有機(jī)械爐排爐、流化床焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、熱解焚燒爐4類。由于受到資金及人員等方面的限制，農(nóng)村生活垃圾焚燒的爐型選擇應(yīng)區(qū)別于傳統(tǒng)城市生活垃圾焚燒工藝。農(nóng)村生活垃圾焚燒系統(tǒng)應(yīng)具有投資及運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便等特點(diǎn)。

機(jī)械爐排爐是最常用、適用性最好的城市生活垃圾焚燒爐型，它通過(guò)垃圾在連續(xù)滾動(dòng)的爐排上進(jìn)行層狀燃燒。但其造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用高，操作及維護(hù)要求較高，主要用于大型城市生活垃圾焚燒工藝。流化床焚燒爐是將石英砂加熱后與破碎成顆粒狀的垃圾混合后快速燃燒。它具有燃燒溫度較低，燃燒效率高等特點(diǎn)，但其對(duì)垃圾的熱值及破碎分選均有嚴(yán)格的要求，運(yùn)行及維護(hù)的技術(shù)要求較高，且需要加煤助燃才能保證其正常運(yùn)行。常用于日處理垃圾500t以下的中型垃圾焚燒工藝?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐是垃圾通過(guò)爐體旋轉(zhuǎn)在重力的作用下不斷進(jìn)行攪拌燃燒。該爐型對(duì)垃圾適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行高溫燃燒。但續(xù)傳動(dòng)裝置復(fù)雜，燃料消耗大，運(yùn)行費(fèi)用及維修費(fèi)用較高，主要用于中型垃圾焚燒工藝及危險(xiǎn)廢物的焚燒處置[7]。

與前3種爐型相比，熱解焚燒爐具有運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的焚燒工藝使用過(guò)?？諝?，不僅帶來(lái)大量的粉塵，而且增加除塵負(fù)荷，同時(shí)使動(dòng)力消耗增加。由于焚燒廢氣中可燃成分極少，二燃室要添加大量的輔助燃料來(lái)維持850℃以上的高溫狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生大量的NOx。熱解焚燒爐采用缺氧-好氧的處置工藝。垃圾進(jìn)入熱解氣化爐，在缺氧的環(huán)境中受熱裂解，垃圾中可揮發(fā)性物質(zhì)于高溫缺氧狀態(tài)下從固體物中分解揮發(fā)出來(lái)大量有機(jī)氣體。這些熱解氣再進(jìn)入二燃室，與氧氣充分混合后燃燒。在此過(guò)程中，由于空氣的使用量減少，灰塵產(chǎn)生量降低，使得鼓風(fēng)機(jī)及除塵器的耗電量大大減少。同時(shí)，由于熱解氣中含有大量的CO、CH4等可燃?xì)怏w，使二燃室只需添加少量的輔助燃料即可維持在850℃以上的高溫狀態(tài)，且廢氣中NOx含量減少，從而大大降低了運(yùn)行成本。

根據(jù)《生活垃圾焚燒控制標(biāo)準(zhǔn)》[8]及《生活垃圾焚燒處置工程技術(shù)規(guī)范》[9]（CJJ90-2009）對(duì)焚燒爐的技術(shù)要求，熱解焚燒爐可通過(guò)控制引風(fēng)量及鼓風(fēng)量，使整個(gè)系統(tǒng)處于一個(gè)微負(fù)壓狀態(tài)。根據(jù)燃燒工況參數(shù)調(diào)節(jié)燃燒供風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)熱解氣化爐和二燃室空氣量的自動(dòng)控制。確保二次燃燒室內(nèi)溫度達(dá)到950℃以上，煙氣在此溫度停留時(shí)間2s以上，消除煙氣中二噁英、焦油等有害物質(zhì)的生成。此外，熱解氣化爐中殘留下來(lái)的可燃性固定碳可在爐床長(zhǎng)時(shí)間停留，逐步轉(zhuǎn)化成CO或CO2，使殘?jiān)哂休^低的熱灼減率。

4.2 尾氣處置工藝 根據(jù)《生活垃圾焚燒控制標(biāo)準(zhǔn)》[8]要求，應(yīng)采取有效手段控制煙氣中的顆粒物、重金屬、酸性氧化物、氮氧化物及二噁英的排放量。

（1）酸性氣體去除—半干法除酸。垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的酸性氣體主要是HCl、HF、NOX及SO2。除酸原理是利用堿性物質(zhì)作為吸收劑去除煙氣中的酸性氣態(tài)物質(zhì)。酸性氣體凈化工藝可分為濕法、干法及半干法3種。濕法除酸法處置效率高，但會(huì)產(chǎn)生液態(tài)生成物，需要進(jìn)一步處理。液態(tài)生成物的處理工藝復(fù)雜，投資及運(yùn)行費(fèi)用較高。干法脫酸反應(yīng)產(chǎn)物為固態(tài)，可直接進(jìn)行最終處理，但其去除效率較低。所以，目前常選用半干法脫酸工藝。該工藝介于濕法及干法脫酸之間，其酸性污染物去除率較高且產(chǎn)生固態(tài)產(chǎn)物，可直接去除。但其自動(dòng)化控制要求較高，需要設(shè)備進(jìn)行二次調(diào)試。

（2）顆粒物去除—袋式除塵器。目前，焚燒煙氣常使用袋式除塵器或電除塵器進(jìn)行顆粒物的除去。根據(jù)《生活垃圾焚燒處置工程技術(shù)規(guī)范》[9]要求，生活垃圾焚燒煙氣必須設(shè)置布袋除塵器。主要是由于（一），生活垃圾中含有Cl元素，在高溫焚燒條件下能生成次氯酸或氯酸，它能腐蝕電除塵器的金屬元件，而袋式除塵器中的布袋通常使用尼龍?jiān)?，具有較好的抗腐蝕性。（二），與電除塵器相比，布袋除塵器壽命較長(zhǎng)、設(shè)備占地小、投資及運(yùn)行成本低、操作簡(jiǎn)單，可有效保證除塵效率。（三），布袋除塵器不受粉塵比電阻影響，不受負(fù)荷影響等特點(diǎn)[10]。此外，發(fā)達(dá)國(guó)家在生活垃圾除塵方面也基本采用袋式除塵器。

（3）重金屬去除—活性炭吸附+袋式除塵器。焚燒煙氣中的重金屬以氣態(tài)或吸附態(tài)的形式存在，吸附態(tài)及部分氣態(tài)重金屬在煙氣降溫過(guò)程中凝結(jié)，可隨顆粒物一起被除塵器去除。仍以氣態(tài)形式存在重金屬，需加入活性炭噴射或使用帶有活性炭布袋的袋式除塵器

（4）氮氧化物去除—SNCR脫硝?，F(xiàn)有煙氣中NOx脫除工藝主要有選擇性催化還原法（SCR）及選擇性非催化還原法（SNCR）。雖然從處置效率來(lái)看，SCR優(yōu)于SNCR。但SCR成本高，需消耗能多能耗，催化劑最終失活以后為危險(xiǎn)廢物，可能帶來(lái)二次污染。應(yīng)選用SNCR處置工藝。目前，SNCR在國(guó)內(nèi)外焚燒煙氣NOx脫除系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，歐盟和美國(guó)環(huán)保局均推薦垃圾焚燒煙氣脫硝工藝采用該技術(shù)[11]。

（5）二噁英控制—極冷塔+活性炭+袋式除塵器。二噁英類化合物是一種強(qiáng)致癌性持久性有機(jī)污染物，它是焚燒煙氣重要控制指標(biāo)。二噁英主要以氣態(tài)及吸附態(tài)的形式存在于煙氣中。對(duì)于小型焚燒爐應(yīng)減少二噁英類在氣相中的比例，同時(shí)提高飛灰的去除效率是控制二噁英排放的重要指標(biāo)[12]。由于二噁英的生成溫度在200～600℃，煙氣在降溫過(guò)程中應(yīng)盡量減少在該溫度區(qū)域的停留時(shí)間，所以在二燃室出口處需加設(shè)極冷塔，以減少二噁英二次合成。此外，由于二噁英為微量有機(jī)化合物，即使在焚燒爐中完全分解，在后期降溫過(guò)程中仍然有少量的二噁英產(chǎn)生。需要在袋式除塵器前加入活性炭噴射工藝對(duì)其加以去除。

5 結(jié)論

綜上所述，農(nóng)村生活垃圾填埋由于受到資金及技術(shù)等條件的限制，縣級(jí)以下垃圾填埋場(chǎng)的垃圾滲濾液處置相對(duì)滯后，周邊土壤及地下水存在很大的安全隱患。特別是雨量豐富的地區(qū)及干旱生態(tài)脆弱區(qū)，不適合進(jìn)行垃圾填埋處理。應(yīng)選用生活垃圾焚燒處理工藝。農(nóng)村生活垃圾焚燒系統(tǒng)應(yīng)具有投資及運(yùn)行成本低，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便等特點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)保證煙氣排放達(dá)標(biāo)，建議選用以下處置工藝：熱解氣化爐+二燃室+急冷塔+半干法脫酸（消石灰噴射）+SNCR脫硝+活性炭噴射+布袋除塵器+活性炭吸附。

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（責(zé)編：徐煥斗）