（环境工程专业论文）矿化垃圾分离制备rdf材料的研究.pdf

摘要 随着经济的发展和城镇化建设的加快，城市生活垃圾产量日益增多，垃圾 问题已经成为许多城市必须解决的首要问题之一。填埋场封场数年后，垃圾中 易腐有机物接近完全降解，渗滤液和气体产量很少，填埋场达到稳定化时的垃 圾称作矿化垃圾。矿化垃圾水分含量低，易分离出可燃物，而且塑料占有很高 的比例。将垃圾中的可燃组分塑料等制成r d f ( 垃圾衍生燃料) ，具有燃烧稳定、 热值高、易保存、易运输的特点，而且在r d f 中添加氧化钙等物质，燃烧时可 减少h c l 的排放量，同时降低二恶英的浓度。本课题的选题就是基于矿化垃圾 的特点，通过对矿化垃圾可燃物质的分离提纯，并对其理化性质、燃烧和热解 过程的分析，从而对矿化垃圾中的可燃成分用作制备r d f 原材料的价值进行了 初步评价。 本课题以上海老港卫生填埋场l o 、7 、5 、3 年陈垃圾和三林露天垃圾堆场 堆放1 0 左右的垃圾为研究对象。通过实验分析得出以下主要结论： 1 ) 填埋龄较长的陈垃圾含塑料比例( 质量百分比) 均高于7 ，含量最高， 织物和草木类次之。塑料的含水率在2 7 左右，挥发分含量高，易于燃烧，应 用基低位热值可达2 0 0 0 0 k j k g 左右，适宜制备r d f 。填埋龄较短的垃圾含水率 高，相应的应用基低位熟值低。 垃圾中分选出的可燃物中s 、c l 元素的含量相对较高，分别为3 5 和o 4 左右，所以在燃烧过程中必须采取一定的措施以降低它们的排放的浓度。 2 ) 大部分可燃物在空气氛下的热分解温度区间约为2 0 0 5 0 0 之间，塑料 在热分解过程中有一个明显的失重段；织物和草类有两个相距很近的失重段； 而橡胶的燃烧过程较为复杂，存在两个明显的失重段，且d t g ( 微商热重曲线) 和d s c ( 差示扫描量热曲线) 有多个峰值。各种可燃物在氮气氛下的熟解过程 规律大致相同，热解温度区间在3 0 0 5 0 0 左右。并且可燃物在空气和氮气气氛 下的分解过程都可用一个或多个一级动力学方程描述。 3 ) 用设计的热空气干燥风选机对从矿化垃圾初分选出的塑料进行进一步的 干燥分离提纯，以提高制备出r d f 产品的品质。不同样品的塑料经热空气干燥 风选机分选后，分选次数越多，含水率和含杂量下降相应地越多，热值逐次升 摘要 高。 4 ) 将加压成型的r d f 在卧式石英燃烧管中燃烧，产生的烟气c o 、n o x 、 s 0 2 的浓度随添加剂c a o 含量的增加而降低。 填埋仍是我国垃圾处理处置的主要方式。开挖稳定后的矿化垃圾制备r d f 不仅可以回收能源，而且可以延长填埋场的使用年限，在一定程度上缓解了填 埋场土地紧张的问题。 关键词：矿化垃圾，生活垃圾，r d f ( 垃圾衍生燃料) ，焚烧，填埋，堆放， 热分析 h a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n du r b a n i z a t i o n , t h em u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) i si n c r e a s i n gy e a r l yi nt h ew o r l d m s wm a n a g e m e n tp r o b l e mh a sa l r e a d y b e c o m eo n eo f s e r i o u sp r o b l e m st h a tm a n yc i t i e sm u s ts o l v e w h e 虹t h el a n d f i l ls i t ei s c l o s u r e ，t h eb i o d e g r a d a b l eo r g a n i cm a t t e r sa l m o s tb r e a kd o w na n dt h ep r o d u c t i o no f l e a c h a t ea n dl a n d f i l lg a si sl i t t l e t h el a n d f i l ls i t ei ss t a b i l i z a t i o na n dt h er e f u s ec a nb e c a l l e dm i n e dr e f u s e t h em o i s t u r eo ft h em i n dr e f u s ei sr e l a t i v e l yl o wa n dt h e c o m b u s t i b l em a t e r i a lc a nb ee a s i l ys e p a r a t e d a n dt h ep l a s t i cc o u t e u ti nm i n dm s w i s r e l a t i v e l yh i g h m a k i n gt h ec o m b u s t i b l em a t e r i a li n t or d fi sag o o dw a yt or 既l s et h e m i n e dr e f u s e t h e r ea r em a n ym e r i t so fr d fs u c h 勰s t e a d yc o m b u s t i o n , h i g hh e a t v a l u e ，e a s yf o rc o n s e r v a t i o na n dt r a n s p o r t a f t e ra d d i n gt h ec a oo ro t h e ra d d i t i v e st o r d fc a nr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no fh c la n dd i o x i n sd u r i n gt h ec o m b u s t i o n t h e r e s e a r c hi sb a s e do nt h e a n a l y s i s o fc o m b u s t i b l em a t e r i a l s s e p a r a t i o n , p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s ，p r o c e s so fc o m b u s t i o na n dp y r o g e n a t i o no fc o m p o n e n t s o fm i n dm s w ：a n dm a i n l ys t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dv a l u eo fr a wm a t e r i a lt h a t n l a d e i n t o r d e 而er e s e a r c hi sc a r r i e do u tt os t u d yt h e1 0 ，7 ，5 ，3y e a ro l do fm i n e dm s wf r o m s h a n g h a il a o g a n gl a n d f i l la n da b o u t1 0y e a ro l do fm s w f r o ms a n l i nd u m pa st h e l a wm a t e r i a lt om a k ei n t o 妨f b ye x p e r i m e n t s t h em a i nr e s u l t sa r e 髂f o l l o w s ： 1 ) t h ep r o p o r t i o no f t h ep l a s t i ci nt h em i n e dm s w i st h em o s t l yh i g h e rt h a n7 ( b yw e i g h t ) ，a n df a b r i ca n dw o o dt a k et h es e c o n dp l a c e t h em o i s t u r eo fw a s t e p l a s t i ci sa b o u t2 7 a n dt h ev o l a t i l ec o m b u s t i b l em a t t e ri sh i g h , s oi tc o u l db eb u r n e d e a s i l y t h el o wh e a tv a l u eo ft h ep l a s t i ci sa b o u t2 0 0 0 0 k j k gw h i c hi ss u i t a b l ef o r m a k i n gi n t or d e 1 1 1 em o i s t u r eo fm s wf r o my o u n g e rl a n d f i l lc h a m b e r si sh i g h e r a n dt h el o wh e a tv a l u ei sl o w e r t h ec o n t e n to fe l e m e n tsa n dc la r er e l a t i v e l yh j 【g hi nc o m b u s t i b l em a t e r i a l so f m i n dm s w ：w h i c hi sa b o u t3 5 a n d0 4 r e s p e c t i v e l y s oi ti si m p o r t a n tt os t u d y h o wt or e d u c et h ec o n c e n t r a t i o no fsa n dc ii nf l u eg a sd u r i n gt h ec o m b u s t i o n i l l a b s t r a c t m o s tc o m b u s t i b l em a t e r i a l sa r ep y r o l y z e db e t w e e n2 0 0 - 5 0 0 ci n a i rp h a s e d u r i n gt h ep y l o l y s i sp l a s t i ce x i s t so n ew e i g h tl o s ss e c t i o n ；b o t h f a b r i ca n dw o o de x i s t t w oq u 沁c l o s ew e i g h tl o s ss e c t i o n s ；b u tt h ec o m b u s t i o np r o c e s so f r u b b e ri sc o m p l e x i th a st w od i s t i n c tl o s ss e c t i o n sa n db o t hd t g ( d e r i v a t i v et h e r m o g r a v l m e t r y ) a n d d s c ( d i f f e r e n t i a lt h e r m a la n a l y s i s ) c u r v e sh a v em a n yp e a k s t h ep y r o g e n a t i o n p r o c e s so fv a r i o u sc o m b u s t i b l em a t e r i a l si nn 2p h a s ei sa l m o s tt h es a m ea n dt h e p y r o l y s i st e m p e r a t u r e i sb e l v c c c , n3 0 0 - 5 0 0 c i na d d i t i o nt h ep y r o g e n a t i o np r o c e s so f a l lt h ec o m b u s t i b l em a t e r i a l sb o t hi na i ra n dn 2p h a s ec o u l db ed e s c r i b e db yo n eo r s e v e r a ld y n a m i c a le q u a t i o n s 3 1i no r d e rt oi m p r o v et h eq u a l i t yo f r d fp r o d u c t i o n , t h ew a s t ep l a s t i ci sf u r t h e r p u r i f i e db yd e s i g n e dh o ta i rd r y i n gs e p a r a t o ra f t e rt h ef i r s tt w os e p a r a t i o ns t e p s a f t e r s e p a r a t e db yt h i ss y s t e mt h em o i s t u r ea n di m p u r i t yc o n t e n to f p l a s t i cs a m p l ec o u l db e d e c r e a s e dw i t ht h et i m e so fs e p a r a t i o n a n dt h eh e a tv a l u eo fp l a s t i cs a m p l ea l s o i n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s i n gt i m eo f s e p a r a t i o n 4 ) w h e ni n c i n e r a t i n gt h er d fi nh o r i z o n t a lq u a r tg l a s sp i p e ，t h ec o n c e n t r a t i o n o f c o ，n o x ，s 0 2i nf l u eg a sd e c r e a s ew i t ht h ec a oc o n t e n ti n c r e a s i n gi nr d e i nt h ef u t u r et h el a n d f i l li ss f i ut h em a i nm s wi r e a t m e n tm e t h o di nc h i n a b u t t h es t a n d a r do fc h o o s i n gd e wl a n df o rl a n d f i l li sv e r ys t r i c ta n di th o l d sag r e a t n u m b e ro fl a n d s e x p l o i t i n gt h eo l dm i n e dm s wa n dm a k i n gt h e mi n t or d fn o to n l y r e c o v e rt h er e s o u r c ea n de n e r g y , b u ta l s op r o l o n gt h es e r v i c el i f eo ft h el a n d f i l ls i t e a n di tc o u l ds o l v et h eh i g h l yd e m a n do f l a n d sf o rl a n d f i l l si nac e r t a i n k e yw o r d s ：a g e dr e f u s e ，m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) ，r d f , i n c i n e r a t i o n , l a n d f i l l ， d u m p ，t h e r m a la n a l y s i s i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 在文静 励净3 n 刀日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月 日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：在支静 切7 年岁月f 日 第i 章引言 1 1 研究背景 1 1 1 垃圾的产量 第1 章引言 随着社会经济发展和城市化程度的加快，世界各国垃圾的产量日益增多， 已成为各大城市面临的主要问题。目前世界各国尤其是发达国家都在积极采取 各项政策和通过各种办法以降低垃圾的产量( 如德国的包装法以及很多国家的 废物回收站等) ，虽然在一定程度上降低了垃圾的产量、缓解了垃圾处理压力， 但是垃圾问题仍然是阻碍现代文明进步和社会发展最严重的公害之一。城市生 活垃圾也是环保部门最为头痛棘手的问题之一。 我国目前有6 8 8 个城市，城市人均生活垃圾产量为4 4 0 千克年，2 0 0 5 年城 市生活垃圾产生量约为i 5 亿吨，而且以每年8 - 1 0 的惊人速度增长【”。我国 城市生活垃圾存量达6 0 8 亿吨【1 】，有2 0 0 多座城市已经陷入垃圾围城的困境。 城市生活垃圾严重污染着土壤、地下水、大气及周边环境，使人类的生存环境 受到了严重的威胁。而且垃圾还占有大量的土地，直接影响着居民的生活，制 约着城市的发展。在垃圾的组成中，塑料的比例在逐年上升，在我国的大城市 中尤为突出，“白色污染”严重影响了人们的生活环境和生态的平衡，越来越 受到政府、环境工作者及群众的重视，将塑料制成r d f 再利用，成为解决这一 问题的新的发展方向。图i 1 为我国垃圾清运量变化趋势1 2 一。数据表明，2 0 0 3 年，我国城市生活垃圾的年产量已达i 4 8 亿吨，比2 0 0 2 年的1 3 6 亿吨增加了 8 8 。其中2 0 0 3 年和2 0 0 4 年我国垃圾无害化处理量分别为7 5 4 4 6 9 万t 、8 0 8 8 7 1 万t ，生活垃圾无害化处理率分别为5 0 7 8 和5 2 1 2 。 第1 章引言 1 9 9 0 1 9 9 5 2 0 0 02 12 22 0 0 32 0 0 4 图1 1 中国垃圾清运量变化趋势 1 1 2 填埋垃圾的量与存在的问题 3 1 1 哆 縻鬈 卫生填埋堆肥焚烧 2 0 0 3 年各种垃圾处理方式处理的垃圾量及比例 姗孟 4 0 7 o 6 0 0 0 3 0 5 0 0 0 4 0 2 0 。, 4 3 0 0 0 1 0 。, 4 2 0 0 0 l o o o o0 ，- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 一 1 l 处理方式l 蜜 l 丝倒 l ； 卫生填埋堆肥焚烧 2 0 0 4 年各种垃圾处理方式处理的垃圾量及比例 图1 2 三种垃圾处理方式处理的垃圾量及比例 图1 2 分别是2 0 0 3 年和2 0 0 4 年我国卫生填埋、堆肥、焚烧处理的垃圾量 及其占清运垃圾总量的百分比【4 5 1 。从图中可以看出在垃圾处理方式上，我国以 填埋为主，处理4 0 以上的清运垃圾。三种处理方式处理的垃圾总量中，填埋占 8 0 左右。卫生填埋在今后很长时间内仍是我国生活垃圾处理主要处理方式。但 是随着生活垃圾填埋场选址和建厂的标准越来越严格，费用越来越高。一个大 耄喜 概 撕 撕 舭 矸 o 7 加 卯 如 柏 加 加 m 第1 章引言 中型填埋场从立项，选址到进入初步设计阶段，往往需要3 5 年 6 1 ，投资费用高 达4 0 0 0 万元以上，使用年限仅1 0 - 1 5 年【”。其余的未被无害化处理的垃圾大部 分被堆放在传统留下来的“垃圾堆”上。在亚洲以发展中国家居多，像我国一 样，其他国家对生活垃圾的处理大部分还是以填埋和堆放为主。由于经济发展 水平的限制，大部分国家的卫生填埋厂的运行和管理都达不到国际标准，并不 是真正的卫生填埋，只是在某种程度上降低了对环境的危害。在亚洲各国家和 部分地区，露天堆放垃圾的堆场还很多，尤其是在较贫困的地方，垃圾根本没 有进行处理就直接堆放在一个或几个固定的场所。表1 1 是上海市几个主要的 垃圾堆场的情况【8 】。虽然很多垃圾堆场已经停止使用了。但是存放的陈垃圾依旧 存在，其危害也仍将继续，而且也将会一直影响周围的环境状况和居民的生活 情况。随着垃圾日产量的日益增多，适于填埋的场地却不断加速的减少，老填 埋场的管理越来越困难，而新建卫生填埋厂不仅受到了土地资源的限制，而且 也将会在一定程度上影响周围的环境状况和居民的生活质量。 表1 1 上海市主要垃圾堆场情况 名称 占地面积( 亩)平均日处置量( 吨)垃圾堆放总量( 万吨) 备注 三林塘 2 4 31 6 0 01 8 0 0 2 0 0 6 1 停用 江镇 9 0 31 0 0 0 4 2 0 1 9 9 8 1 0 停用 安亭 3 03 0 01 2 3 61 9 9 4 8 停用 顾村 1 7 71 0 0 04 7 02 0 0 3 1 0 停用 闵行 2 1 03 0 01 7 0 1 9 0 综上所述通过对有管理的卫生填埋场垃圾和堆场垃圾的组分及理化性质等 特性的分析，找到适合不同种类垃圾的利用方式，合理利用和开发“垃圾”这 个巨大而宝贵的资源。这样不仅找到了解决垃圾问题的出路，而且节约了地球 有限的资源，对垃圾的处置和资源的合理利用具有重要的意义。 1 2 研究内容与意义 本论文主要研究内容如下图1 3 。 第1 章引言 主要研究内容 矿化垃圾分选及 挚璺! 可燃组 r d f 成型 r d f 燃烧特 理化性质分析分的热分析 性初步研究 图1 3 主要研究内容 r d f 的应用 前景及意义 我国城市生活垃圾产量日益增多，卫生填埋仍是今后我国垃圾无害化处理 的主要方法。大量的生活垃圾被永久填埋占据了大量宝贵的土地资源，对己达 到稳定无害的矿化垃圾进行合理的开采和利用不仅可缓解土地资源的压力，而 且可以回收利用资源和能量。将矿化垃圾分选，以塑料为主的可燃物制成r d f ， 热值高，可以用作发电的能源，其燃烧时排放的有害气体浓度也低。而且矿化 垃圾r d f 制备工艺简单、成本低、价值高。矿化垃圾的其它成分亦有应用价值【9 】。 分选矿化垃圾中的可燃物质制备r d f ，不仅具有环境效益，也具有经济效益， 具有较大的应用前景，值得进一步进行深入研究以提高产品品质，并防止矿化 垃圾开挖及利用过程中的二次污染。 1 3 课题来源 本课题系s i d a ( 瑞典国际发展组织) 资助的国际合作项目( e n v i r o n m e n t a l l y s u s t a i n a b l es o l i dw a s t el a n d f i l lm a n a g e m e n ti na s i a 中的一个子项目，项目主要 着眼于城市生活垃圾的处理处置及回收利用，本课题主要研究矿化垃圾制备r d f 及r d f 的燃烧特性。 4 第2 章文献综述 2 1 垃圾的处理技术 第2 章文献综述 目前生活垃圾的主要处理处置技术有卫生填埋、焚烧、堆肥，此外还有生 化处理、热解等技术。生活垃圾的前处理方法主要有分离、破碎、压实和固化 等方法。 卫生填埋是在传统的垃圾露天堆放、简单填埋的基础上发展起来的一项技 术。按照工程理论和土工标准，对生活垃圾等固体废物进行有控管理的一种科 学工程方法【”u ”。其目的就是保护环境，防止垃圾在无管理的堆放过程中产生 对周围环境、土壤、大气、地下水等污染。填埋处理，不仅要对厂址进行科学 的规划，对场地进行防护( 尤其是防渗) 处理，而且要严格的按操作程序进行 填埋操作，后期还要定期进行维护和监测。填埋处理生活垃圾具有工艺简单， 成本较低，适用范围广。 焚烧处理是将垃圾放在焚烧炉中进行燃烧，其技术特点是处理量大、减容 性好、无害化彻底，且有热能回收作用。目前仍被认为是最有效、经济的垃圾 处理技术之一。垃圾焚烧要求垃圾要具有一定的发热值，当垃圾中低位发热值 一 c l 元素的测试 ” 3 5 1 ：在测热值时，按g b 2 1 3 标准放在氧弹仪弹筒中的lo l l 水由l o m l ，0 1 m o m 的n a o h 溶液代替。测试结束后，将弹筒充分摇晃，使燃烧 产生的h c l 气体充分被n a 0 h 溶液吸收，放置一段时间后再放掉剩余气体，收集 热量计弹筒底部的溶液和燃烧残渣，用1 ：1 的硝酸消解，再用去离子水稀释后 用c 1 离子选择电极测量c l 的含量，通过电极电位与溶液中的c 1 离子浓度的关 系，用斯特能公式计算c l 离子的浓度；3 氧元素根据计算获得。 第3 章矿化垃圾的分选实验及其组成特性研究 3 3 垃圾的初分选 垃圾的初分选经历两个步骤，首先将原垃圾经滚筒筛筛分，然后将筛上物 通过风选机进行分选，根据物质密度的不同将垃圾中不同的组分分离，分选出 塑料、织物、橡胶、木块、以及其他物质，其他物质主要包括玻璃、碎石瓦片、 金属等。分选设备见图3 3 。 滚筒筛筛孔的直径、筒体的倾斜角度和转速可以根据实际运行情况进行调 节。本实验中筛孔直径为4 0 r a m ，转速为3 3 r r a i n 。卫生填埋垃圾和露天堆场垃圾 经过滚筒筛筛分后可除去大量的“土”，大部分土可以从筛孔中通过，少量粘附 在其他固体物质上。经过筛分后，筛上物的质量大大减轻，重量为原垃圾的 2 0 一3 0 。 滚筒筛 图3 3 分选装置 风选机 经滚筒筛筛分后，将筛上物送入风选机。风选机是根据物质的密度不同进 行分离的。最轻的物质如塑料在距离进料斗最远的收集口处沉降。入风口保持 一定角度，以缩短物体沉降时间，入风口角度和风速与分选效率之间存在一定 关系。在本实验中风选机入风口处的倾斜角是2 0 度，风口平均风速为9 5 m s 经一次风分后还有部分重质塑料，主要是硬质塑料、装有重物的塑料袋和附有泥 土的潮湿塑料。由于这部分物质较少，将其先进行短暂干燥，然后破碎，其主 要作用是将塑料袋打破，使其与袋内物质分离，附有泥土的潮湿塑料经干燥， 破碎后易于塑料分离。再经二次风选可将塑料与其它物质分离。 3 4 垃圾的组成 经前两步分选后，垃圾的成分及其含量见表3 1 ： 第3 章矿化垃圾的分选实验及其组成特性研究 表3 1 垃圾中各组分质量百分比( 湿基) 塑料橡胶草木类石头，玻璃，瓦片。 名称 织物( 蛳纸( )土( ) ( )( )( ) 动物骨头等( ) 三林露天堆场垃圾 7 3 30 4 40 ，4 52 4 2 o 1 36 2 38 1 3 6 老港1 0 年陈垃圾 7 0 20 8 22 4 71 1 6 几乎无 1 2 0 8 7 54 8 老港7 年陈垃圾 2 2 1 8l3 8 74 1 50 4 71 8 2 5 0 1 3 老港5 年陈垃圾2 6 7 l0 2 36 0 98 9 71 8 2l o 埘4 5 9 4 老港3 年陈垃圾2 3 1 2o 5 83 8 95 4 9o 9 51 3 8 65 2 1 上海老港填埋场的垃圾在填埋过程中进行了处理和管理，而三林垃圾堆场 基本是将垃圾倾倒堆起来，没有进行任何有效措施以对防止周围环境造成污染。 但是他们的主要成分基本一致，堆场垃圾的成分稍微复杂多样，明显的含有纸 类，而填埋场的垃圾基本上不含纸类物质。而且堆场垃圾中动物残骨更多一些。 此外堆场垃圾中的塑料、织物的含量明显高于老港填埋场l o 年陈垃圾，筛分去 除“土”后，堆场垃圾中的塑料、织物占筛上物的比例分别为4 3 0 6 和1 4 2 6 ， 而老港l o 年陈垃圾中塑料和织物的比例分别2 9 8 3 和4 9 1 。这两种对垃圾 的处理方式有一定关系，在不同的管理运转体系中，物质的降解程度不一样， 其中所含的微生物也有一定差别。同时也发现，虽然橡胶的产生量和消耗量都 很大，但是由于其回收的比较多，进入垃圾填埋场和堆场的量相对较少。 纵向比较老港不同填埋龄的垃圾可以看出，基本上填埋龄越长“土”的含 量越高，这与可腐有机垃圾的降解周期和程度有一定关系。而可燃物如：塑料、 草木类的含量则下降。1 0 年陈垃圾和7 年的对比最明显，尤其是塑料的含量从 1 0 年陈的7 0 2 突增到7 年的2 2 1 8 ，而7 、5 、3 年的差异不大。这可能有两 方面的原因：1 我国塑料及塑料制品使用量和使用范围逐年迅猛增加有很大关 系。1 9 9 5 年全国塑料消费总量约1 1 0 0 万吨，其中包装用塑料达2 1 1 万吨，上海 市生活垃圾的7 为废旧塑料包装物，每年总量约为1 9 万吨，而1 9 9 9 年我国塑 料及塑料制品的消费总量约为1 9 0 0 万吨。2 生活垃圾的降解程度和周期。 3 5 垃圾的理化- 眭质 垃圾经分离后，采用四分法进行取样，取样过程如图3 4 ，取样后将各种物 质进行破碎，然后测其各项理化性质( 包括热值，杂质含量以及工业分析) ，并 1 4 第3 章矿化垃圾的分选实验及其组成特性研究 进行元素分析。 四分法取样 圈3 4 四分法取样 3 5 1 垃圾的水分和杂质含量 分选出的塑料 表3 2 和图3 5 分别为垃圾中分选出的各类可燃物和混合垃圾的含水率。 表3 2 垃圾中各组分的含水率“) 名称塑料( ) 橡胶( ) 草木类( )织物( )纸( ) 三林露天堆场垃圾2 6 9 52 5 5 74 0 2 33 7 0 83 0 1 2 老港l o 年陈垃圾2 7 61 5 1 22 3 8 52 7 7 老港7 年陈垃圾3 9 ，8 62 4 7 75 2 5 34 9 1 85 9 2 2 老港5 年陈垃圾4 9 42 1 s 74 4 7 64 b 1 56 0 5 l 老港3 年陈垃圾4 5 21 1 8 54 0 0 63 5 7 66 5 0 9 4 0 4 5 一薹 耘 ： 。5 堆场 1 0 753 图3 5 堆场垃圾及不同填埋龄垃圾含水率的比较 从表3 2 和图3 5 中可以看出，虽然堆场垃圾中橡胶、草木类以及织物的含 水率均高于1 0 年陈垃圾，但是所占比例较少，其总的含水率为2 4 4 ，只是略 高于1 0 年的2 3 7 3 。纵向比较填埋场不同填埋龄的垃圾可知：其总的规律是填 埋龄越长，水分含量越少，这与含量最高的塑料含水率变化规律相一致。5 和3 第3 章矿化垃圾的分选实验及其组成特性研究 年的含水率差异并不明显。 杂质的变化规律与水分的正好相反，填埋龄越长，杂质( 主要是“土”) 的 含量也越高，见表3 3 。堆场中塑料的杂质含量略高于老港1 0 年陈垃圾中分选 出的塑料的杂质含量，这也与前面组分分析中堆场中“土”的含量更高一些相 吻合。 表3 3 垃圾各种可燃组分中的杂质含量( ) 名称塑料( )橡胶( )草木类( )织物( )纸( ) 三林露天堆场垃圾6 9 1 72 1 1 32 7 54 1 8 5 老港1 0 年陈垃圾5 8 5 41 1 6 91 2 1 65 4 6 4 老港7 年陈垃圾 6 9 8 8 1 5 6 2 1 5 5 3 5 0 22 1 0 3 老港5 年陈垃圾5 6 2 11 01 0 ，7 8 2 0 1 31 8 9 4 老港3 年陈垃圾4 5 5 24 4 1 1 5 5 8 3 1 8 91 2 9 通过对比露天堆场垃圾和老港不同填埋龄的垃圾可以看出：虽然填埋龄越 短，塑料等可燃物比例含量较高，但是其水分含量也非常高。水分含量直接影 响垃圾的再利用的可行性、经济性及其处理工艺。所以从含水率的角度讲露天 堆场垃圾和老港填埋场1 0 年陈垃圾更适合用于制成r d f 再利用。 从资源利用的角度讲，填埋垃圾可以在填埋后降解过程中产生沼气，美国 一般在填埋场封场后利用垃圾产沼气约1 5 年。而且废弃塑料比例高的一个主要 原因是塑料的使用量正逐年增加。综合这两个因素考虑，所以可以等到这些垃 圾达到1 0 年以上的填埋龄稳定后再开发利用，即回收利用了垃圾填埋过程中产 生的沼气资源，又可将含量较高的塑料等可燃物制造成r d f ，利用其燃烧产生的 热能。 从含杂量角度分析，虽然填埋龄低的垃圾杂质含量略低，但并不是低很多， 而且这些杂质主要是“土”，通过干燥较容易去除。 所以选择露天堆场垃圾和老港填埋场1 0 年陈垃圾进行开发利用，作为制造 r d f 的材料较为合适。以下对这两种垃圾的性质，工业和元素分析以及热值作了 重点分析。 3 5 2 工业分析 从垃圾的工业分析结果可以了解垃圾的基本性质，是判断垃圾回收再生利 1 6 第3 章矿化垃圾的分选实验及其组成特性研究 用途径的基本依据。高含水量的垃圾不仅在填埋过程中产生大量的渗沥液，而 且使得垃圾不能直接利用，使得处理成本高，利用价值小。灰分、挥发份和固 定碳的含量对以回收能源作为主要用途的垃圾具有重要意思。高挥发分，低灰 分的垃圾不仅易于燃烧，而且对锅炉设备的破坏性也小【3 6 1 。 图3 6 为垃圾中主要成分的工业分析结果。图中的含水率是应用基的含水 率，灰分和挥发分是干燥基下测定的，换算为应用基的。从图中可知垃圾经过 长期填埋后含水率有所下降，填埋场和堆场垃圾总的含水率在2 5 左右，约为新 鲜生活垃圾的1 2 左右。 填埋后垃圾中的水分经过渗透蒸发，水分含量有所降低。塑料，织物等可 燃物的挥发分含量都较高，在6 0 以上，利于燃烧的进行。在灰分含量中，橡胶 的灰分最高，占到近3 0 ，但垃圾中橡胶的含量较少。 7 0 6 0 5 0 墓4 0 l m 卷3 0 2 0 1 0 0 橡胶草术类织物 老港l o 年陈垃圾各组分工业分析 1 7 第3 章矿化垃圾的分选实验及其组成特性研究 露天堆场垃圾各组分工业分析 图3 6 矿化垃圾中主要成分的工业分析 图3 6 中的固定碳由计算得出，其计算式为：f c = 1 0 0 一( m + a + n ，式 中m 指水分；a 指灰分；v 指挥发份。固定碳是物质发热量的重要来源，但是 固定碳含量高，物质不易燃烧。 从图3 6 中可以看出露天堆场垃圾中塑料的灰分含量明显低于卫生填埋场 的垃圾，这可能与塑料在不同环境条件下的降解过程有关，也与周围物质对其 性质的影响改变有一定的关系，有待进一步研究。所以有必要对不同填埋条件 下生物过程( 如有机物、生物的种类和量的变化等) 进行研究。其他物质的灰 分相差不多，织物灰分含量相差2 5 左右。 从图3 6 中可以看出卫生填埋场垃圾和堆场垃圾的挥发份比例相差不多， 其中堆场垃圾中塑料和橡胶的挥发份略高于填埋场，分别为7 5 和4 5 。堆场 垃圾中纸的比例明显多于填埋场，其挥发份是7 6 8 5 。高挥发分对于点燃燃料 和缩短燃烧时间都非常有利。 3 5 3 元素分析 对垃圾中分选出的各类可燃物进行元素分析可以了解它们的组成，推算燃 烧时气体的组成和含量，尤其是对研究污染气体n o x 、s o x 、h c i 有重要意义， 而且还可以通过元素计算物质的热值。从下表可以看出各种组成成分的s 、c l 第3 章矿化垃圾的分选实验及其组成特性研究 元素含量都较高，所以在进行回收利用时，必须考虑到s 、a 的影响以及如何 降低它们的排放浓度。 废旧塑料中c 、h 元素的含量较高，利于燃烧，但燃烧过程中需氧量较大， 在燃烧时必须保证足够的氧量，进行一次风和二次风的供应等。而织物的c 、氐 0 含量都较高，较适合燃烧。此外这些可燃物的都高于或略小于煤中这些元素的 含量。但同时也看到s 、c 1 的含量较高，在燃烧时应加以控制。 表3 4 老港1 0 年陈垃圾中主要成分的元素分析及热值( 湿基) 样品c n h s c 1 o h e a t v a l u e ( k j k 9 1 塑料7 7 + 2 1 0 31 2 3 63 3 0 50 4 2 5 1 9 6 8 6 橡胶4 6 5 4 0 35 24 2 3 5 0 4 0 7 1 4 5 21 6 9 6 4 草木类4 2 6 7 1 0 3 5 6 0 13 1 90 3 6 54 0 8 51 0 6 1 8 织物5 7 7 8 0 36 7 22 3 0 50 1 8 42 5 5 91 2 0 0 8 表3 5 堆场垃圾中主要成分的元素分析及热值( 湿基) 壁旦堑盟堑旦丝 璺墅垡堑q 堑曼塑! 翌堕丛型 塑料7 9 7 4 矿化垃圾中可燃物去除杂质后应用基热值较高，其中塑料的热值约为 2 0 0 0 0 k j k g 。 2 l 第4 章矿化垃圾中可燃组分的热解特性研究 第4 章矿化垃圾中可燃组分的热解特性研究 4 1 前言 随着社会经济的发展，城市居民生活习惯和饮食结构的改变，垃圾中的塑 料等高热值可燃成分含量越来越多。将垃圾中可燃物制成r d f 燃料，不仅可以 有效地处理垃圾，使垃圾减容，而且具有回收能源的价值。将垃圾先热解再焚 烧热解气体也可以有效地利用能源。本章应用热重法对垃圾中的可燃成分进行 热解反应过程研究，并进行了动力学分析