吳 靖 劉洪鵬 蘭 婧 即墨環(huán)境保護局

城市生活垃圾資源化處理方法綜述

吳 靖 劉洪鵬 蘭 婧 即墨環(huán)境保護局

城市生活垃圾污染嚴重，但同時它也是一種固體燃料。實現(xiàn)生活垃圾資源化利用已經(jīng)引起人們的關(guān)注，成為生活垃圾處理過程中必須考慮的因素。本文簡單介紹了四種現(xiàn)有的城市生活垃圾資源化利用的方法，分別為生活垃圾焚燒法、生活垃圾熱解法、生活垃圾氣化法及RDF技術(shù)，為資源與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎。

城市生活垃圾；垃圾焚燒；垃圾熱解；垃圾氣化

隨著城市化進程的加快和人們生活水平的提高，我國城市生活垃圾的年產(chǎn)生量和累積量都在迅速增加[1，2]。城市生活垃圾的處理已經(jīng)成為十分迫切的環(huán)保任務。城市生活垃圾處理的目的是要達到減量化、無害化和資源化。

在城市生活垃圾產(chǎn)量增加的同時，生活垃圾的構(gòu)成成分也發(fā)生了很大的變化，有機可燃組分含量的增加，灰土、煤渣等不可燃物的比例下降，垃圾的熱值越來越高，這就為城市生活垃圾資源化處理提供了條件。目前城市生活垃圾資源化處理的方法主要有焚燒、熱解、氣化及RDF技術(shù)。

1.城市生活垃圾焚燒法

焚燒是一種對城市生活垃圾進行高溫熱化學處理，將其變?yōu)闊o機灰渣的過程。生活垃圾可視為固體燃料，在大約800～1000℃的高溫條件下，生活垃圾中的可燃組分與空氣中的氧發(fā)生劇烈的化學反應，在這個過程中釋放出能量，得到高溫燃燒氣體和少量性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘渣。垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫氣體可作為熱能進行回收利用，焚燒得到的性質(zhì)穩(wěn)定的殘渣可直接進行衛(wèi)生填埋。通過焚燒可以使城市生活垃圾的質(zhì)量和體積得到大幅度縮減，改善生活垃圾易腐的性質(zhì)。

為了回收垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的能量，達到生活垃圾資源化處理的目的，一般的生活垃圾焚燒系統(tǒng)中都設置余熱鍋爐[3]，回收垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫煙氣中的熱能進行余熱發(fā)電或供熱。

1.1 城市生活垃圾中的可燃組分成分復雜，根據(jù)生活垃圾實際焚燒過程，可將生活垃圾焚燒劃分為干燥、熱分解和燃燒三個階段。

（1）干燥階段：

城市生活垃圾的干燥階段是利用熱能使垃圾中的水分轉(zhuǎn)變成水蒸氣的過程。城市生活垃圾的含水量較高，一般含水率在30～55℅，生活垃圾的含水率越大，干燥過程中需要的能量就越多，會導致生活垃圾焚燒爐內(nèi)溫度下降，為保證垃圾焚燒過程的順利進行，對含水率高的垃圾在焚燒過程中往往要添加輔助燃料。

（2）熱分解階段：

城市生活垃圾的熱分解階段是生活垃圾中的有機可燃組分在高溫條件下發(fā)生的分解和揮發(fā)過程，反應的產(chǎn)物包括各種烴類、固定碳等。熱分解階段發(fā)生的化學反應有很多，是吸熱和放熱反應共同作用的過程。熱分解速度與生活垃圾垃圾的組成、生活垃圾的力度分布及傳熱傳質(zhì)速率有關(guān)。

（3）燃燒階段：

城市生活垃圾的燃燒過程是熱分解產(chǎn)生的各種烴類及固定碳等物質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈氧化反應的過程，在此過程中釋放出大量熱量。

1.2 城市生活垃圾焚燒設備[4]

（1）固定床生活垃圾焚燒爐

固定床生活垃圾焚燒爐是應用較早的一種爐型，爐內(nèi)設有固定的爐排，垃圾在爐內(nèi)不發(fā)生流動，因此焚燒效果較差。

（2）機械爐排生活垃圾焚燒爐

機械爐排生活垃圾焚燒分為預熱階段、焚燒階段、燃盡階段。預熱階段是利用高溫煙氣或廢蒸汽的熱量進行干燥，溫度一般在200℃左右。焚燒階段是預熱階段生活垃圾熱分解產(chǎn)生的可燃氣體的劇烈燃燒階段。在此階段，生活垃圾在機械爐排的作用下不斷翻動和攪動，透氣性增強，此外還要合理運用一次風和二次風。燃盡階段是將殘留的可燃物進行充分燃燒并且轉(zhuǎn)化為灰渣，此階段溫度逐漸降低，燃盡段的停留時間較長。

（3）回轉(zhuǎn)窯式生活垃圾焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯式生活垃圾焚燒爐的主要設備是一個緩慢旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)窯，垃圾在鋼制圓筒內(nèi)緩慢旋轉(zhuǎn)，助燃空氣由進料端吹入，煙氣由爐尾排出，熱煙氣可實現(xiàn)對垃圾的干燥，爐灰經(jīng)爐尾落入爐底的爐排，使未燃盡的垃圾灰渣繼續(xù)燃燒。該爐型具有焚燒能力強、能量回收率高等優(yōu)點。

（4）生活垃圾氣化熔融焚燒爐

為了解決二惡英、重金屬等有害物質(zhì)污染問題，美國、德國、日本等發(fā)達國家先后開展了生活垃圾氣化熔融技術(shù)的研究。垃圾在焚燒爐的中上部大約500℃～900℃的溫度下干燥并氣化，產(chǎn)生可燃氣體，飛灰和灰渣在焚燒爐的底部在1300℃以上的高溫下熔融焚燒，二惡英等物質(zhì)在高溫下被分解，由于整個焚燒爐內(nèi)是還原性環(huán)境，重金屬以金屬單質(zhì)的形式存在，隨爐渣排出后可進行回收利用。

1.3 城市生活垃圾焚燒影響因素

（1）生活垃圾自身的性質(zhì)

城市生活垃圾的組成成分隨地域、季節(jié)、氣候等因素的變化而不同，其組成成分復雜。城市生活垃圾的熱值、組成、粒度分布、含水率等因素是影響生活垃圾焚燒的重要因素。生活垃圾的熱值越高，有機可燃成分含量越高，粒度越小，含水率越低越有利于生活垃圾的焚燒。

（2）溫度

城市生活垃圾的焚燒溫度一般在800～1000℃，焚燒溫度越高，燃燒速率越快，燃燒越充分，有毒有機物質(zhì)例如二惡英等的去除率就越高。生活垃圾的熱值越高，含水率越低，焚燒溫度就越高。

（3）過量空氣系數(shù)

過量空氣系數(shù)是影響垃圾焚燒的重要因素，一般實際的供風量要明顯大于理論空氣量，這樣才能保證生活垃圾充分燃燒。但是過量空氣系數(shù)也不能過大，過?？諝庀禂?shù)越大，一方面會導致生活垃圾焚燒爐內(nèi)的溫度下降，另一方面會造成煙氣的排放量增大，增加煙氣凈化處理設備的壓力。

（4）焚燒系統(tǒng)的操作、管理復雜

生活垃圾的成分復雜，焚燒系統(tǒng)龐大而且復雜，對管理人員的技術(shù)要求比較高。生活垃圾焚燒產(chǎn)物中的污染物種類繁多，對廢氣凈化和運行管理的要求較高。

2.城市生活垃圾氣化法

城市生活垃圾氣化是將含有有機成分的生活垃圾在缺氧的條件下與空氣中的氧氣發(fā)生部分燃燒反應生成可燃氣體的過程，其氣體產(chǎn)物主要包括CO、H2、CH4、CO2等。

與傳統(tǒng)焚燒方式處理城市生活垃圾相比，由于空氣過剩系數(shù)小于1和還原性氣氛，可以減少煙氣的排放，防止二惡英等有毒污染物的生成，并且垃圾中的金屬以金屬單質(zhì)的形式存在，有利于其回收利用。采用氣化方式處理生活垃圾不但可以得到可燃氣體，而且便于回收垃圾中的有用物質(zhì)，是生活垃圾資源化處理的有效手段之一。

城市生活垃圾氣化影響因素：

城市生活垃圾成分復雜，各組成成分的氣化行為大不相同，通常情況下，影響城市生活垃圾氣化的主要因素有：生活垃圾的組成、垃圾的含水量、垃圾的粒度分布、垃圾氣化溫度。

（1）生活垃圾的組成

城市生活垃圾組成成分復雜，通常情況下，生活垃圾中有機物的含量越高，則其熱值越高，垃圾受熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)分含量越高，氣體產(chǎn)物中CO、H2、CH4等可燃氣體的含量也就越高。

（2）垃圾原料中水分含量

城市生活垃圾中水分含量越高，垃圾干燥所需的熱量就越大，但是生活垃圾中的水分含量增加，會增加氣體產(chǎn)物中H2的含量，從而提高氣體產(chǎn)物的熱值。通常在氣化過程中，對于含水量高的生活垃圾應進行干燥，對于干燥的生活垃圾在氣化過程中應通入一定量的水蒸氣。

（3）垃圾原料的粒徑分布

垃圾原料的粒徑分布對氣化的影響很大，垃圾原料的粒徑越小,垃圾與周圍氧氣的接觸面積越大，其傳熱、傳質(zhì)效果越好。固體顆粒具有較大的比表面積和較輕的質(zhì)量對氣化非常有利。

（4）垃圾氣化溫度

在城市生活垃圾氣化過程中,溫度是一個很重要的影響因素,溫度對氣體產(chǎn)物的組成、氣體產(chǎn)量、氣體熱值等都有很大的影響。通常情況下，隨溫度升高,氣體產(chǎn)率增加,焦油在高溫條件下部分發(fā)生裂解反應生成CmHn、CO、H2、CH4等氣體。

3.結(jié)論

城市生活垃圾可視為一種固體燃料，其中含有大量的能量。生活垃圾焚燒技術(shù)、熱解技術(shù)、氣化技術(shù)及RDF技術(shù)可實現(xiàn)對生活垃圾中所蘊含的能量的回收利用，是城市生活垃圾資源化利用的有效手段，基本上達到了生活垃圾處理的減量化、無害化、資源化的目的，有著較大的應用前景。

[1]徐潔.適合我國國情的垃圾處理方法.化工之友[J].2000,No.1

[2]魏潔.城市垃圾的發(fā)展趨勢及其處理.沈陽統(tǒng)計[J].2000,No.9-10:13-15

[3]倪恩奇.談城市垃圾處理方法.硫磷設計與粉體工程 [J].2000,No.5:15-19

[4]福建省環(huán)境工程公司.熱解氣化焚燒爐技術(shù).福建環(huán)境[J].2002，Vol.19

[5]徐嘉,嚴建華，肖剛等.城市生活垃圾氣化處理技術(shù).科技通報[J].2004,Vol20.No.6

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.006