生活垃圾无害化处理技术的研究进展

生活垃圾无害化处理技术的研究进展

随着人类环境资源意识的提高，国家政府在废物处理技术上的技术水平不断提高，传统的城市生活垃圾处理方法（即填埋、堆肥和焚烧）变得越来越突出。探索二次污染小、无害化彻底、资源化程度高的垃圾处理技术,正引起世界各国研究者的广泛重视。一、城市垃圾处理的研究目前城市生活垃圾的无害化处理技术主要有堆肥、填埋和焚烧三种。堆肥法因处理量小、周期长、效率低、堆肥出路等问题,已经不具备竞争优势。垃圾填埋占用大片土地,浪费大量的可利用资源,填埋过程中产生的垃圾渗滤液和填埋气需要谨慎收集并严格处理,否则将污染地下水和大气。焚烧法容易产生二次污染,特别是剧毒物质二恶英的处理问题,使其应用受到阻碍。因此开发垃圾适应性强、高效洁净的城市垃圾处理技术是垃圾处理问题的关键,也是世界各国发展垃圾处理技术的大趋势。垃圾热解技术在实现垃圾无害化、减量化和资源化处理的同时,能有效克服垃圾焚烧产生的二恶英污染问题,因而成为新兴的、具有较大发展前景的垃圾处理技术。二、热解技术—热解技术的优点与方法热解是利用有机物的热不稳定性,在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏,使有机物产生裂解,经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体,从中提取燃料油、可燃气的过程。随着国民经济的发展和人们生活水平的提高,人们在日常生活中应用有机高分子材料的机会越来越多,生活垃圾中有机组分的比例也在逐渐增大,对这些有机组分既可以采取焚烧的方式回收热能,也可以采用热解的方式获得油品和燃料气。热解技术在处理城市生活垃圾方面与直接焚烧法相比,具有以下优点:它可以将生活垃圾中的有机物转化为燃料气、燃料油、碳黑等储存性能源;热解是一种缺氧分解,产生的废气少,相应地其排放的废气也少,这有利于减轻对环境空气的污染;废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在碳黑中;由于保持在还原性条件,因此三价铬不会转化为六价铬;氮氧化物的产生量少。热解过程由于供热方式、产品形态、热解炉结构等方面的不同,热解方式各异。热解方式按供热方式分为直接加热和间解加热;按热解温度不同分为1,000°C以上的高温热解,600~700°C的中温热解和600°C以下的低温热解;按热解炉的结构分为固定床、移动床、流化床和旋转炉;按热解产物的物理形态分为气化方式、液化方式和炭化方式;按热解和燃烧反应是否在同一设备中进行分为单塔式和双塔式;按热解过程是否生成炉渣分为造渣性和非造渣性。三、美国生活垃圾热解技术的研究国际上早期对热解技术的开发目的主要集中在两个方面,一个以美国为代表,以回收贮存性能源(燃料气、燃料油和碳黑)为目的;另一个以日本为代表,为减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处置的废物量,以无公害型处理系统的开发为目的。发达国家投入大量的人力物力进行研究开发,并取得可喜的成果。美国是开展城市生活垃圾热解技术最早的国家。1970年,随着美国将《固体废物法》改为《资源再生法》,各种固体废物资源化首端处理和末端处理的系统得到广泛开发。其中,将生活垃圾热解转换为贮存性能源的再生能源新技术的研究也得到了推进。欧洲继美国之后,有丹麦、德国、法国等国家先后对城市生活垃圾热解技术进行了实质性的研究和应用。各国建立的热解实验装置,其主要目的是将热解处理作为焚烧处理的辅助手段,借以减少垃圾焚烧造成的二次污染。日本有关城市生活垃圾热解技术的研究是从1973年实施的StarDust80计划开始的,该计划的中心内容是利用双塔式循环流化床对城市生活垃圾中的有机物进行气化。随后,又开展了利用单塔式流化床对城市垃圾中的有机物液化回收燃料油的技术研究。期间,一些民间公司也相继开发了许多城市生活垃圾热解技术和设备。这些技术大都是作为焚烧的替代技术得到开发的,并部分实现了工业化生产。四、在中国，城市生活垃圾热解技术的应用和发展(一)回收垃圾和污水组成我国一般将城市生活垃圾分为四大类:可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。可回收垃圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等;厨房垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物;有害垃圾包括废电池、废日光灯管、废水银温度计、过期药品等;其他垃圾包括除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收的废弃物。(二)突破技术研发瓶颈20世纪80年代初,我国农机科学研究院利用低热值的农村废物进行热解燃气装置的实验取得成功,为解决我国农村动力和生活能源找到了方便可行的代用途径。近年来,各种类型的废物热解气化装置也在有关高等院校及科研单位得到初步的开发研究。近期我国南京专家历时十多年攻关完成的“生活垃圾热解气化处理新技术研发”已经通过专家鉴定,项目研发出的生活垃圾热解气化处理新技术,可自动测温、自动进料、自动排渣且垃圾不需分类即可连续运行。该项目研发的“延时燃烧系统”,突破了国内外同类技术的设计定势和技术缺陷,使处理系统中有机物质尤其是二恶英等高毒性有机物的分解更为彻底。经国家环境分析测试中心48小时连续监测表明:在未设置布袋除尘情况下,排放的烟气中所有污染物指标均优于国标规定,尤其是关键毒性指标二恶英仅为现行国标GB18485-2001的1/100和欧盟Ⅱ标准规定的1/10左右。该项目还发明了“烟气自清洁系统”,科学地利用垃圾热处理过程中产生的碱资源、酸资源和氨资源处理烟气中的各种有害物质,使烟气净化过程无需添加化学品,其各项指标总体上可达到并大大优于国内外最严格的烟气排放标准。(三)生活垃圾处理垃圾热解技术被各国环保专家普遍看好,认为这是垃圾处理无害化、减量化和资源化的一条新路。但是目前生活垃圾在我国热解技术处理的应用远远不及焚烧处理,甚至十分受限,还是有自身的许多原因。1.无机成分含量的测定我国城市生活垃圾的基本特点是无机物含量高于有机物含量,不可燃成分高于可燃成分,且含水量较高。有机成分中厨余物质所含比例较大,纸张较少。无机成分中,以灰土为主,玻璃、金属等含量很低。此外,我国城市生活垃圾中的很大一部分可资源化物质如塑料、纸张等被拾荒者捡走,造成垃圾中可热解气化的物质含量很少。所以,我国城市生活垃圾是否适合采用热解气化工艺还有待考察。2.国内外对垃圾处理的工艺和设备落后如果直接引进国外一些热解技术设备用于我国的垃圾处理,一方面设备投资和运行费用很高,地方财政难以承受。更重要的是由于生活习惯、自然条件、环保政策及经济结构的差别造成了我国与发达国家在垃圾特性上的不同,直接采用国外热解技术和设备并不能有效解决我国垃圾处理问题。所以需要从我国垃圾本身的特性出发,根据我国生活垃圾的组分及特性,深入研究,开发出适合中国国情并具有较大经济效益的实用装置,而决不能纯粹依赖国外垃圾热解处理工艺与设备。3.增加补充燃料我国生活垃圾的特征之一是含水量较高。对于含水率过大且性质不同的垃圾混合物,在热解过程中需要吸收大量热量,要增加补充燃料,特别是热解前期干燥阶段需消耗较多的外部加热能源。即使是同类有机物,若数量不足以发挥处理设备能力的规模优势,也是不经济的。因此,选择热解技术时,必须充分研究废物性质、组成和数量,充分考虑经济性。4.城市生活垃圾处理的热解气化融合技术英国的知名环保组织FriendsofTheEarth和美国的Greenaction就指出,虽然很多热解气化设备生产商都宣称自己的技术“无污染”或是“零排放”,但是根据美国对加利福尼亚州一个热解设施的监测数据,该设施二恶英、VOCs、NO的排放量比传统的焚烧设施还要高。自2003年,美国有多个垃圾处理设施提案采用解热、