城市垃圾的资源化.ppt

9城市垃圾的资源化 9 1垃圾的组成和性质9 2城市垃圾的分选9 3城市垃圾的焚烧9 4城市垃圾的生物处理9 5城市垃圾的资源化新技术 9 1城市垃圾的组成和性质 表9 2发达国家城市垃圾的平均组成 质量分数 表9 3我国部分城市生活垃圾的组成 表9 4北京市生活垃圾的组成 城市垃圾的性质主要包括物理 化学 生物化学及感官性能 其中 感官性能是指废物的颜色 臭味 新鲜或腐败的程度等 往往可通过感官直接判断 垃圾的其他性质则需通过某种测定才能认知 一 物理性质一般用垃圾组成 含水率和容重三个物理量来表示 表9 5城市垃圾含水率 表9 6城市垃圾的容重 二 化学性质城市垃圾的化学性质对选择垃圾资源化利用工艺十分重要 表示垃圾化学性质特征的参数主要有挥发分 灰分 灰分熔点 元素组成 固定碳及发热值等 1 挥发分又称挥发性固体含量 用Vs 表示 它是近似反映垃圾中有机物含量多少的参数 一般以垃圾在600 温度下的灼烧减量来衡量 用普通天平称取一定量的烘干试样W1 装入重W2的坩埚内 将坩埚置于马弗炉内 600 灼烧2小时后取出 置干燥器中冷却到室温并称量得到W3 则挥发分可按下式计算 2 灰分及灰分熔点灰分是指垃圾中不能燃烧也不挥发的物质 它是反映垃圾中无机物含量多少的参数 常用符号A表示 测定方法同挥发分 其数值即是灼烧残留量 计算式为 灰分熔点高低受灰分的化学组成影响 垃圾组成不同 灰分含量及灰分熔点也不同 主要取决于垃圾中Si A1等元素含量的多少 表9 7城市垃圾单一组分的化学元素分析 干基 表9 8城市垃圾单一物理组分热值与惰性物 三 生物特性 1 垃圾本身所具有的生物性质城市垃圾本身含有机生物体 其中有不少生物性污染物 城市垃圾中腐化的有机物也含有各种有害的病原微生物 还含有植物虫害 草籽 昆虫和昆虫卵 造成生物污染 2 垃圾的可生化性城市垃圾组成中含大量有机物 它能提供给生物体碳源和能源 是进行生物处理的物质基础 生活于动植物界的有机物大致分为碳水化合物 脂肪 蛋白质 各类物质的生化分解速度及分解产物有所不同 就分解速度而言 碳水化合物最快 其次是脂肪 蛋白质的分解速度最慢 城市垃圾中碳水化合物含量较多 且主要是纤维素 因其含大量的纸 布 素菜等 碳水化合物中 单糖 二醣类最容易被生物降解 多醣类中 淀粉极易分解 木质素则更难分解 一般 城市垃圾中淀粉含量较低 通常为2 6 在堆肥化过程中分解速度快 降解彻底 与此相反的是纤维素 它以相当慢的速度被微生物降解 9 2城市垃圾的收运系统 收集 运输和转运系统 一 城市垃圾的收集 分类收集 指按垃圾组分收集 先根据本地区的垃圾组成情况 将垃圾划分成几个分类组 一般以可回收废品 大型垃圾 易腐有机垃圾和一般无机垃圾为主要分类组 其中可回收废品组还可根据需要分成玻璃 磁性或非磁性金属 塑料等成份以提高资源利用的价值 收集方式分类 可按收集内容和收集特点进行 按收集内容 混合收集 指收集未经任何处理的原生垃圾 它应用广泛 历史悠久 且简单易行 收集费用低 但混合收集造成各种废物相互混杂 粘结 降低了废物中有用物质的纯度和再利用价值 同时增加了处理的难度 提高了处理费用 分类收集 按收集特点 定点收集 指收集容器放置于固定的地点 一天中的全部或大部分时间为居民服务 定时收集 不设置固定的垃圾收集点 直接使用垃圾清运车收集居民区垃圾 特殊收集 一些为特殊区域服务的收集方式 如大楼型居住区的垃圾楼道式收集方式和气动垃圾收集输送方式 二 城市垃圾的运输 垃圾从收集点到转运站 某些情况下直接到处理点 的输送过程 它是城市垃圾收运管理系统中最复杂 耗资最大的阶段 目前实用的城市垃圾运输方式有车辆运输和管道输送两种 图9 3后装式垃圾车结构示意图 后装式垃圾运输车 前装式垃圾运输车 顶开式垃圾转运槽车 侧装式垃圾运输车 集装箱式垃圾车 图9 4几种典型的垃圾运输车辆 三 城市垃圾的转运 由转运站和转运工具共同组成 图9 7几种型式的垃圾转运站 9 3城市垃圾的分选 一 国内两套不同的垃圾分选处理系统 图9 10南方垃圾分选处理系统 图9 11北方垃圾分选处理系统 图9 12国外城市垃圾分选回收的三种典型系统 图9 15家庭垃圾分选回收流程 9 4垃圾焚烧的典型过程 一 垃圾称重 地衡 地衡组成 车辆承载台 一般最大称重为15 20t 近年来垃圾收集车呈大型化趋势 出现了称重大于30t的地衡 指示重量的称重装置 连接信号输送转换装置 称重结果打印装置 地衡旁的控制房中 地衡数量500t d以下设2套 500t d以上每增加300 500t d需要增加1套 尺寸根据进厂垃圾车尺寸来确定 必须考虑可能的最大进厂车辆 宽度2 6 3m 长度8 15m 二 垃圾卸料平台 接受各种形式的垃圾车 平台的型式宜采用室内型 以防止臭气外溢及降雨流入 倾卸平台的尺寸应依垃圾车辆的大小及其行驶路线而定 一般以进入厂区的最大垃圾车辆作为设计的依据 单向 双向行驶 污水积存的防止 平台应具有20 左右的坡度 以便通过集水沟将污水收集后送至污水处理厂处理 一般而言 倾卸平台为混凝土的构造物 必要时亦可考虑设置防滑板以防止人员滑倒及行车安全 为防止臭气 降雨及噪音对周围环境的影响 平台应具有顶棚或屋顶 其出入口亦应设置气幕及铁门 以阻止臭气的扩散 倾卸平台的屋顶及侧墙亦应保留适当的开口以利采光 并保持明亮清洁的气氛 附属空间 包括投入门驱动装置室 投入门操作室 粗大垃圾倾卸平台 粗大垃圾破碎机室 垃圾抓斗维修室 除臭装置室等 三 卸料门 倾卸垃圾 1 卸料门的形式 按门的位置 垂直式 卸料门置于卸料平台与垃圾贮坑之间的墙壁上 水平式 卸料门置于卸料平台地面上 常见的垂直式卸料门 两折铰链式 关闭时卸料门呈倾斜状态 两边开启式 类似于公共汽车的门 卷帘式 类似于小店的卷帘门或家庭的车库门 滑门式 关闭状态类似于卷帘式 开启时不需卷起 常见的水平式卸料门 圆筒式 旋转门式 平面滑门式 2 卸料门的数量垃圾焚烧厂的处理规模越大 所需要的卸料门数量就越多 卸车车位前必须考虑指挥车辆的控制灯 必须设置防止车辆跌落的止车坎 卸料门的开启和关闭 必须能在现场操作控制 除此之外 还可以考虑设置一个专门的控制室 10 3投入门的设置座数 四 垃圾贮坑 暂时贮存运入焚烧厂的垃圾 进厂垃圾在贮坑内停留一定的时间 通过自然压缩及部分发酵等作用 可以降低垃圾的含水量 提高进炉垃圾的热值 改善垃圾的焚烧效果 垃圾贮坑的作用 对进厂垃圾数量进行调节 对进厂垃圾性质进行调节 由垃圾抓斗起重机对垃圾进行搅拌与混合作用 1 垃圾贮坑的容量 确定贮坑容量时 以垃圾单位容积重0 3t m3及容纳3 5d的最大日处理量为计算依据 贮坑一般为长方槽状坑 贮坑内垃圾卸料门水平线以下 一般为卸料平台延长线以下 的有效容积 为 处理量 3 5 0 3 卸料门数量 5 8 取抓斗张开直径的2 3倍 深度的确定一般应先确定有效容积 再反算深度H 但要注意当地地下水位 深度不宜过深 2 垃圾贮坑的结构 垃圾贮坑一般采用地下或半地下形式 垃圾贮坑采用钢筋水泥加强结构 并且是防水的 可避免将渗沥水泄漏到地下水中去 也避免高水位的地下水影响垃圾贮坑 设有垃圾贮坑的通风系统 该通风系统吸取贮坑中的气体 将其作为一次助燃空气送入炉膛内 使得正常运行中的垃圾贮坑保持一定的负压状态 控制贮坑内的臭气和灰尘向外泄漏 创造一个合适的工作人员操作环境 垃圾贮坑底部必须设计成向一侧具有一定的坡度 以保证垃圾渗沥水的顺利排出 较低的一侧必须设置可靠的渗沥水收集和排放系统 垃圾贮坑的上部需要安装垃圾吊车和抓斗 贮坑的底部通常使用具水密性的钢筋混凝土构造 并最好在贮坑内壁增大混凝土厚度及钢筋被覆厚度 以防止垃圾渗滤液的渗透及吊车抓斗冲撞所造成的损害 大型焚烧设施中常在贮坑内附设可燃性粗大垃圾破碎机 将形状不适合焚烧的大型垃圾破碎后再与其他垃圾混合送人炉内燃烧 垃圾贮坑 粗大垃圾投入及粉碎与垃圾漏斗的相对配置 一般分为L形与T形两大类共五种形式 如图10 17所示 a型配置方式 b型配置方式 c型配置方式 d型配置方式 e型配置方式 a 蚌壳式抓斗 b 剥皮式抓斗 垃圾吊车安装在垃圾贮坑上部的轨道上 由垃圾抓斗 卷起装置 行走装置 配电装置 称重装置以及相应的控制设备组成 垃圾抓斗通过横向 纵向移动可以顺利地达到垃圾贮坑的任意角落 一般配备2台吊车 1台运行 1台备用 常用的垃圾抓斗有两种结构型式 蚌壳式和剥皮式 七 进料漏斗与滑道 垃圾进料漏斗暂时贮存垃圾吊车投入的垃圾 并将其连续送入炉内燃烧 喇叭状漏斗 与滑道相连 并附有单向开关盖 在停机及漏斗未盛满垃圾时可遮断外部侵入的空气 避免炉内火焰的窜出 为防止阻塞现象 还可附设消除阻塞装置 单边喇叭型漏斗垂直滑道 双边喇叭型漏斗垂直滑道 单边喇叭型漏斗倾斜滑道 双边喇叭型漏斗倾斜滑道 进料阻塞 障碍物卡住滑道或因吊车操作错误使投入位置偏离 在滑道入口处形成局部压实现象所造成的 阻塞消除装置 内推式 把阻塞的垃圾推进炉内 外移式 把阻塞的垃圾顶出进料口 用抓斗送往破碎机破碎后再投人 八 推料器 推料器的主要功能 连续将垃圾供给到焚烧炉内 根据垃圾性质及炉内燃烧状况的变化 适当调整进料速度 在供料时松动漏斗内被自重压缩的垃圾 炉排式 将干燥炉床的上部延伸到进料漏斗下方 使进料装置与炉床成为一体 依靠干燥炉床的运动将漏斗通道内的垃圾送入焚烧炉 但无法调整进料量 推料器的种类 推送式 通过水平推料器的往返运动 将漏斗滑道内的垃圾供至炉内 可通过改变推料器的冲程 运动速度及时间间隔来调节垃圾供给量 螺旋推料器 可维持较高的气密性 并兼有破袋与破碎的功能 通常以螺旋转数来控制垃圾供给量 旋转阀推料器 气密性高 排出能力较大 供给量则可以变换进料输送带的速度来控制 而旋转数也能与进料输送带作同步变速 一般设置在进料输送带的尾端 但只能输送破碎过的垃圾 并需在旋转阀推料器后装设播撒器使垃圾均匀分散进入炉内 a 推送式 b 炉排式 c 螺旋推料器 d 旋转阀推料器 九 垃圾焚烧 一次燃烧是燃烧的开始 但二次燃烧是完成整个燃烧过程的重要阶段 垃圾燃烧以分解燃烧为主 仅靠送入一次助燃空气是难以完成燃烧反应的 一次助燃空气只使挥发性成分中易燃部分燃烧并使高分子成分分解 在一次燃烧中 变成CO2的成分有时也会还原 燃烧反应很复杂 受温度的影响很大 垃圾焚烧炉的燃烧温度在800 1000 附近燃烧反应最快 二次燃烧物是在一次燃烧过程中产生的可燃性气体和颗粒态碳素等 二次燃烧是气态的燃烧 所以合适的燃烧室容积 燃烧气体和二次助燃空气的良好的混合等至关重要 二次燃烧是否完全 可以根据CO浓度来判断 从抑制二恶英产生的角度来看 二次燃烧很重要 十 助燃空气 图10 24助燃空气送风方式 十一 灰渣输送和冷却 约400 图6 23炉渣输送系统 图10 25倾斜提升机构 图10 26水平提升机构 图10 27推渣机构 十二 能量回收 垃圾焚烧炉的能量回收 通过在燃烧室的侧壁或顶部的位置配置水管和在炉膛后部的装设废热锅炉产生蒸汽或再以蒸汽发电来回收垃圾中的能量 各种水管墙示意图 垃圾焚烧处理工程应用 图6 18深圳垃圾焚烧厂主要工艺流程 规模300t d 该厂于1985年11月破土动工 1988年6月试车成功 同年11月正式投产 总投资4729万元 汉城木洞焚烧厂始建于1992年11月 1996年2月正式投入使用 该厂设计容量为400t d 总投资折合人民币3 2亿元 图6 19汉城木洞焚烧厂主要工艺流程 座落在新加坡西海岸线工业区内的Tuas 是新加坡第二座大型垃圾焚烧厂 它由日本三菱重工承包建设 德国人设计 焚烧厂从1986年10月正式投入运行 设计能力为2000t d 400t d 5台 耗资折合人民币将近12亿 图6 21新加坡Tuas垃圾焚烧厂主要工艺流程 图6 22美国佛罗里达州棕榈滩的焚烧厂工艺流程 9 5城市垃圾的生物处理一 好氧处理 好氧堆肥化过程实际上是有机废物的微生物发酵过程 只进行到腐熟阶段 并不需有机物的彻底氧化 一般认为堆料中易降解有机物基本上被降解即达到腐熟 若堆肥过程产生热量 堆肥向环境的散热 堆肥物料的温度 短期内就可达到60 70 甚至80 然后逐渐降温而达到腐熟 在堆肥过程中 堆内的有机物 无机物发生着复杂的分解与合成的变化 微生物组成也发生着相应的变化 表5 2两类微生物生活 繁殖的温度范围 工厂化机械堆肥 先进的 很有前途的快速堆肥方法 目前堆肥生产主要采用这种工艺 尽管这种堆肥系统形式多种多样 但基本工序通常都由预处理 主发酵 一次发酵 后发酵 二次发酵 后处理及贮藏五个工序组成 如图5 3所示 好氧堆肥工艺 野外人工堆肥 在传统的农家堆肥的基础上发展起来的 操作简单 费用低廉 许多国家都有应用 按堆肥配料比将垃圾 污水处理厂污泥或粪便等进行调配 选择野外空地 堆成平行条堆 每堆宽1 2 2m 长1 8 3m 用人工定期翻动 一般每周1 2次 直到发酵完毕 该方法对通气 水分 温度等条件不易控制 这种好气堆肥工艺适用于分散的农家堆肥 图5 3工厂化机械堆肥工艺流程 预处理 包括破碎 分选等 主要是除去堆肥原料中大块和非堆肥化物质 但不同的堆肥原料 预处理过程有所不同 如家畜粪便 污泥 城市生活垃圾 一般 粒径 有机物分解速度 但物料间的空隙率 通气效果 适宜的粒径范围是12 60mm 如果堆肥物质结构坚固 不易挤压 粒径应小些 否则粒径应大些 此外 决定垃圾粒径大小时 还应考虑它的经济性 因为粒度 动力消耗 处理垃圾的费用 主发酵 一次发酵 通常将堆肥开始到堆肥温度升高到开始降低为止的阶段 称为主发酵阶段 主发酵阶段是堆肥生物化学反应的基本阶段 在发酵池内进行 主发酵期应满足下述各工艺条件 碳氮比 C N 有机物被微生物分解速度随C N比而变 微生物自身的C N比约4 30 用作其营养的有机物C N比最好也在此数值范围内 特别当C N比在10左右时 有机物被微生物分解速度最大 含水率 50 60 重量时 微生物分解速度最快 供氧量实际供氧量通常为理论量的2 10倍 但过量供氧易使温度下降 不利于发酵的正常进行 后发酵经过主发酵的半成品被送去后发酵 在主发酵工序尚未分解的易分解及较难分解的有机物可能全部分解变成腐植酸 氨基酸等比较稳定的有机物 得到完全成熟的堆肥成品 一般 把物料堆积到1 2米高度进行后发酵 此时 需要防止雨水的装设 有些场合还需进行翻堆和通风 有时即使不进行通风 也需要每周左右进行一次翻堆 后处理经过二次发酵后的物料中 几乎所有的有机物都变细碎和变了形 数量也减少了 然而 在城市固体废物发酵堆肥时 在前处理工序中还没有完全去除的塑料 玻璃 陶瓷 金属 小石块等杂物依然存在 因此 还要经过一道分选工序以去除杂物 可以用回转式振动筛 振动式回转筛 磁选机 风选机 惯性分离机 硬度差分离机等预处理设备分离去除上述杂质 并根据需要 如生产精制堆肥 进行再破碎 图5 14上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程 武汉市城市垃圾堆肥发酵系统 图5 19杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图 图5 21长野县堆肥化系统流程图 图9 40德克萨斯州休斯敦日处理360吨垃圾堆肥厂流程 二 厌氧发酵技术一般最常发生厌氧发酵过程的地方有 沼泽淤泥 海底 湖底和江湾的沉积物 污泥和粪坑 污泥及有机固体废弃物的厌氧发酵构筑物 图5 4厌氧发酵的三个阶段 甲烷发酵 一种完全的或彻底的有机物厌氧降解过程 最终发酵产物主要是气态的CH4和CO2 根据有机物在厌氧发酵过程中要求达到的分解程度的不同 酸发酵 一种不完全的或不彻底的有机物厌氧发酵过程 最终发酵产物主要是水溶性的有机酸和少量的醇和酮等 1 甲烷发酵 理论产气量和原料碳氮比计算理论产甲烷量E 0 37A 0 49B 1 04CL g发酵原料理论产CO2量D 0 37A 0 49B 0 364CL g发酵原料 每克发酵原料中碳水化合物的重量 g 每克发酵原料中蛋白质的重量 g 每克发酵原料中脂类化合物的重量 g 厌氧发酵原料适宜的碳氮比为20 1到30 1 不同碳氮比原料需配料 使C N为20 1到30 1 原料中氮的含量 原料的重量 kg 原料中碳的含量 例 人粪和猪粪各100kg 配合成碳蛋比为25 1的混合发酵原料 需稻草多少kg 甲烷发酵工艺 工艺类型较多 按发酵温度 发酵方式 发酵级差的不同划分成几种类型 使用较多的是按发酵温度划分厌氧发酵工艺类型 根据发酵温度 高温发酵工艺 最佳温度47 55 此时有机物分解旺盛 发酵快 物料在厌氧池内停留时间短 非常适于城市垃圾 粪便和有机污泥的处理 自然温度发酵 自然界温度影响下发酵温度发生变化的厌氧发酵 目前我国农村都采用这种发酵类型 高温发