郭強(qiáng)，黃文雄，程海靜

（1.城市建設(shè)研究院，北京100120；2.北京首拓環(huán)境科技有限公司，北京100028）

通風(fēng)溫度對(duì)生活垃圾生物干化脫水的影響

郭強(qiáng)1，黃文雄1，程海靜2

（1.城市建設(shè)研究院，北京100120；2.北京首拓環(huán)境科技有限公司，北京100028）

以高含水率生活垃圾為研究對(duì)象，研究了不同的通風(fēng)溫度（室溫、40℃低溫、55℃中溫、65℃高溫）對(duì)生物干化的影響。結(jié)果表明，通風(fēng)溫度變化對(duì)堆體溫度影響較??；高溫通風(fēng)（65℃）能有效地降低垃圾含水率，但不利于有機(jī)物的降解，產(chǎn)物的揮發(fā)性固體（VS）和可生物降解物質(zhì)（BDM）值最高，穩(wěn)定度最低；經(jīng)過(guò)15 d的干化作用，4組反應(yīng)器垃圾含水率顯著降低，水分去除率分別為77.99%，79.37%，79.85%，79.47%；另外還伴隨著廚余和紙張的降解；通風(fēng)溫度與熱值提升呈正相關(guān)關(guān)系，各組出料的濕基低位熱值分別為7 202 kJ/kg，9 276.4 kJ/kg，9 358.5 kJ/kg，10 064 kJ/kg，分別提高了72.2%，122.7%，123.7%，140.6%。

生物干化；通風(fēng)溫度；含水率；降解；低位熱值

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)混合收集的生活垃圾具有高廚余有機(jī)物、高含水率、低熱值的特點(diǎn)[1]。高水分會(huì)導(dǎo)致垃圾低位熱值降低，熱能利用率下降，滲濾液、燃燒煙氣等二次污染物濃度提高，機(jī)械可分選性能差等諸多負(fù)面影響[2]。因此，為了提高我國(guó)垃圾資源化利用水平、降低生活垃圾管理成本，迫切需要降低生活垃圾含水率的技術(shù)[3]。

近年來(lái)國(guó)外提出了生物干化技術(shù)，即在強(qiáng)制通風(fēng)的情況下，微生物利用混合垃圾中的易降解有機(jī)物發(fā)酵產(chǎn)熱，高溫下通風(fēng)加速水分揮發(fā)，去除混合垃圾的水分，提高熱值[4]。此方法在不消耗外界能量的條件下，可實(shí)現(xiàn)生物干化的效果；同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)可生物降解有機(jī)物的穩(wěn)定化，在后續(xù)處理中減少污染物產(chǎn)生[5]。目前，有一些關(guān)于影響生物干化效果和速率的研究報(bào)道，如逆向通風(fēng)[6]、控制通風(fēng)量[7]、產(chǎn)物循環(huán)接種[8]等。雖然對(duì)于堆體溫度對(duì)生物干化效果的影響研究報(bào)道較多，如MacGregor[9]和Adani[10]均認(rèn)為較低的堆體溫度（45℃）對(duì)干化效果有利，但鮮見(jiàn)通風(fēng)溫度對(duì)生物干化效果影響的報(bào)道。

針對(duì)高含水率生活垃圾，通過(guò)改變生物干化過(guò)程中的通風(fēng)溫度，研究堆體溫度、垃圾及各組分含水率和質(zhì)量變化、有機(jī)物含量變化和熱值變化等，以期為提高生物干化效果、優(yōu)化工藝參數(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)開(kāi)展于12月份，室內(nèi)平均氣溫20℃左右，平均相對(duì)濕度約為30%。實(shí)驗(yàn)所用生活垃圾采自北京市朝陽(yáng)區(qū)某居民小區(qū)混合收集站，垃圾經(jīng)預(yù)處理后充分混勻備用。其基本特性見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)垃圾組分和含水率%

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示。其中干化反應(yīng)器為圓柱形PVC容器，高2.0 m、內(nèi)徑0.8m、外層包裹30 mm厚的聚氨酯用于保溫。容器底部設(shè)一定傾角實(shí)心板，從一側(cè)接出直徑為40mm的PVC管用于滲濾液導(dǎo)排。另一側(cè)接直徑為40 mm的PVC通風(fēng)管用于強(qiáng)制通風(fēng)。距底部200mm設(shè)一穿孔隔板，上部填充生活垃圾，高度為1.3m；將混勻備用的垃圾分多批次等量填入4個(gè)反應(yīng)器中，完成填充后，上覆一定厚度的稻草墊，用于吸收排氣中的水蒸汽，防止冷凝后重新回到堆體。

圖1 試驗(yàn)裝置示意

1.3 試驗(yàn)方法

設(shè)置了4種不同的溫度，采用連續(xù)通風(fēng)，連續(xù)記錄物料層的溫度，考察不同溫度下生物干化的效果。各組的物料總質(zhì)量、通風(fēng)條件及通風(fēng)溫度如表2所示。實(shí)驗(yàn)前后測(cè)定原料和產(chǎn)物的含水率、質(zhì)量、VS、BDM和熱值等參數(shù)變化。

表2 通風(fēng)試驗(yàn)條件

1.4 測(cè)試方法

垃圾堆體溫度采用溫度傳感器（Pt100）連續(xù)監(jiān)測(cè)。物料含水率（105℃干燥、恒重，每次取樣不少于50 g）、固相揮發(fā)性固體VS含量（干化樣品550℃灼燒2 h恒重法）、堆體質(zhì)量（磅秤稱(chēng)重）、熱值（氧彈燃燒法）、可生物降解的有機(jī)質(zhì)BDM含量（重鉻酸鉀氧化法）。

2 結(jié)果與討論

2.1 堆體溫度

圖2為堆層內(nèi)溫度隨時(shí)間的變化。由圖2可知，物料溫度由室溫開(kāi)始迅速上升，至第50 h進(jìn)入高溫階段，都能到達(dá)65℃以上，在高溫階段停留10 d，表明堆體內(nèi)生物反應(yīng)較為旺盛。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)堆層物料均接近50℃。四組實(shí)驗(yàn)均能迅速升溫，在高溫階段及實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)保持溫度基本一致，說(shuō)明進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)于物料堆層內(nèi)的溫度影響較小，4個(gè)反應(yīng)器內(nèi)堆層溫度變化基本一致。

2.2 含水率、質(zhì)量變化

表3為物料各組分干化前后含水率的變化。經(jīng)過(guò)15 d的生物干化作用，混合垃圾的含水率從原有的60.67%逐步下降至40%～45%，其中以40℃通風(fēng)組干化效果最好，室溫通風(fēng)組效果最差。在整個(gè)生物干化過(guò)程中，餐廚部分含水率降低最為明顯，塑料部分的含水率下降程度基本隨進(jìn)風(fēng)溫度升高而提高，紙張的含水率變化較小。

圖2 物料溫度變化

表3 各組分含水率變化%

另外對(duì)4組反應(yīng)器進(jìn)行水分去除率等變化的對(duì)比，如表4所示。隨著生物干化的進(jìn)行，以65℃通風(fēng)實(shí)驗(yàn)組脫水效果最好，其水分總?cè)コ屎蛦挝蝗コ示罡撸?0℃通風(fēng)組和55℃通風(fēng)組次之，室溫通風(fēng)組最差。這說(shuō)明提高通風(fēng)溫度可以提升干化效果。與常溫通風(fēng)對(duì)比，高溫通風(fēng)雖然干化效果較為顯著，但是對(duì)比1#、2#和3#反應(yīng)器，不同的高溫對(duì)生物干化效果影響并不是太明顯。

2.3 VS和BDM變化

評(píng)價(jià)可生物降解有機(jī)物降解程度的指標(biāo)有很多，如4 d耗氧呼吸強(qiáng)度AT4、比耗氧速率SOUR、動(dòng)態(tài)呼吸指數(shù)DRI等。上述指標(biāo)均通過(guò)監(jiān)測(cè)有機(jī)物的耗氧量來(lái)間接反映，本研究采用可生物降解物質(zhì)（BDM）[11]，即廚余組分含量的變化直接表征度。

表4 實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)物料含水率與水分變化

由表5可知，室溫通風(fēng)組的有機(jī)物降解最好，65℃通風(fēng)組有機(jī)物降解最差。餐廚部分VS明顯降低。塑料部分的VS基本沒(méi)有變化。這說(shuō)明，生物干化過(guò)程中，主要是廚余等有機(jī)物得到降解。紙部分進(jìn)料為85.76%，出料均有升高，這主要原因是，進(jìn)料時(shí)紙張中粘有的無(wú)機(jī)灰土經(jīng)干化后脫離而使得VS升高。同時(shí)，BDM的變化也反應(yīng)了這種趨勢(shì)，即較低溫度有利于有機(jī)物降解。主要原因是，高溫通風(fēng)使得水分下降更快，不利于有機(jī)物分解。

表5 生物干化過(guò)程中物料VS的變化%

2.4 熱值變化

經(jīng)過(guò)15 d的生物干化作用后，干化前后產(chǎn)物的熱值對(duì)比情況如表6所示。由表6可知，進(jìn)料時(shí)垃圾的濕基低位熱值為4 183 kJ/kg，而出料時(shí)室溫通風(fēng)組、40℃通風(fēng)組、55℃通風(fēng)組和65℃通風(fēng)組的濕基低位熱值分別提高了72.2%，122.7%，123.7%，140.6%。對(duì)比4組實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)常溫通風(fēng)產(chǎn)物的低位熱值最小，說(shuō)明盡管常溫通風(fēng)其產(chǎn)物的穩(wěn)定度更高，但是熱值提高較慢，產(chǎn)物含水率也較高。

表6 各反應(yīng)器進(jìn)出物料熱值的變化kJ/kg

2.5 干化脫水機(jī)理探討

生物干化過(guò)程中，堆體的水分去除主要通過(guò)兩步完成[1]：（1）垃圾進(jìn)行好氧發(fā)酵，通過(guò)有機(jī)質(zhì)組分降解，產(chǎn)生熱量驅(qū)動(dòng)水分蒸發(fā)，使得水分子從垃圾顆粒表面蒸發(fā)至空氣中；（2）通過(guò)主動(dòng)通風(fēng)，使得蒸發(fā)的水分以蒸汽的形式從垃圾堆體穿過(guò)，隨廢氣排出。這兩個(gè)步驟的脫水效果均與水分的飽和蒸汽壓相關(guān)，而飽和蒸汽壓隨著溫度的上升而升高。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，65℃通風(fēng)組的水分去除能力和產(chǎn)物熱值都最高，而有機(jī)物的降解卻較少，這是由于65℃通風(fēng)組的通風(fēng)溫度高于其他3組的通風(fēng)溫度，其單位體積攜帶水蒸氣的容量應(yīng)該越大。然而，過(guò)高的通風(fēng)溫度會(huì)導(dǎo)致堆體溫度超過(guò)高溫微生物的耐受范圍，微生物繁殖環(huán)境難以建立，不利于有機(jī)物降解放熱，從而變?yōu)闊岣苫^(guò)程。高溫通風(fēng)雖然能明顯改進(jìn)垃圾的水分去除能力，但耗能也更高。因此，對(duì)于通風(fēng)溫度的選擇需要進(jìn)行進(jìn)一步能量和經(jīng)濟(jì)的評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

（1）對(duì)于高含水率生活垃圾的生物干化，提高進(jìn)風(fēng)溫度，對(duì)堆體的溫度影響較小。

（2）與常溫通風(fēng)對(duì)比，高溫通風(fēng)能有效地降低垃圾含水率，干化效果較為顯著，但不利于有機(jī)物的降解，有機(jī)物的穩(wěn)定度降低。室溫通風(fēng)組產(chǎn)物含水率最高，但是其廚余部分的VS和BDM含量最低，AT4值也最低。

（3）經(jīng)過(guò)15 d的生物干化作用，有效地降低了垃圾含水率，其次為廚余部分，塑料部分幾乎沒(méi)有變化。

（4）經(jīng)過(guò)15 d的生物干化作用，提高了垃圾熱值。提高通風(fēng)溫度可明顯提高產(chǎn)物的熱值，通風(fēng)溫度與熱值提升呈正相關(guān)關(guān)系。

（5）生物干化脫水過(guò)程可以分解為兩個(gè)步驟，兩個(gè)步驟的脫水效果均與水分的飽和蒸汽壓相關(guān)。

[1]W ang H，Nie Y.M unicipal solid w aste characteristics and m anagem ent in China[J].Journal o f the Air&W aste M anagem ent Association,2001,51(2):250-263.

[2] Norbu T，Visvanathan C，Basnayake B.Pretreatm ent o f m unicipal solid w aste prior to landfilling[J].W aste m anagem ent，2005，25(10):997-1 003.

[3]李?lèi)?ài)民，李東風(fēng)，徐曉霞.城市垃圾預(yù)處理改善焚燒特性的探討[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008，2(6):830-834.

[4] Tam bone F，Scaglia B，Scotti S，etal.Effects o f biodryingp rocess on m unicipalsolid w aste properties[J].Bioresource Technology，2011，102:7 443-7 450.

[5]何品晶，邵正浩，張冬青，等.垃圾生物穩(wěn)定化預(yù)處理中填埋污染潛力的變化[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，37(6):791-795.

[6]SugniM，Calcaterra E，Adani F，Biostabilization-biod rying ofm unicipalsolid w aste by inverting air-flow[J].Bioresource Technology，2005，96:1 331-1 337.

[7] Adani F，Baido D，Calcaterra E，etal.The influence of biom ass tem perature on biostabilization biodrying of m unicipal solid w aste[J].Bioresource Technology，2002，83(3):173-179.

[8]Zhang D Q，He P J，Yu L Z，etal.Effect of inoculation tim e on the bio-d rying perform ance of com bined hydrolytic-aer obic process[J].Bioresource Technology，2009，100:1 087-1 093.

[9]AdaniF，Baido D，Calcaterra E，etal.The in fluence of biom ass tem perature on biostabilization biodrying of m unicipal solid w aste[J].Bioresource Technology，2002，83(3):173-179.

[10] M acGregor S T，M iller F C，Psarianos K M，etal. Com posting process control based on interaction betw een m icrobial heat output and tem perature[J]. Applied and Environm ental M icrobiology，1981，41(6): 1 321-1 330.

[11]賈傳興，彭緒亞，袁榮煥，等.生物可降解度判定生活垃圾堆肥處理的穩(wěn)定性[J].中國(guó)給水排水，2006，22(5)：68-70.

[12]Ve lis C A，Longhurst P J，Drew G H，et al.Biodrying for m echanical biological treatm ent of w astes:A review of process science and engineering[J].Bioresource Technology，2009，100(11):2 747-2 761.

全國(guó)首家報(bào)廢汽車(chē)綠色處理中心在武漢投產(chǎn)

化腐朽為神奇，江城再多一張“綠色名片”。近日，記者從武漢格林美資源循環(huán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)格林美）獲悉，該公司旗下的報(bào)廢汽車(chē)處理中心2014年8月正式在武漢投產(chǎn)，它將成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)實(shí)現(xiàn)報(bào)廢汽車(chē)全程綠色處理的工廠。

記者了解到，這個(gè)報(bào)廢汽車(chē)處理中心，其工藝包括流程化拆解、破碎、有色分選、塑料分選、零部件再造、物聯(lián)網(wǎng)信息化等六大技術(shù)與裝備系統(tǒng)，全程可實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)廢汽車(chē)完整資源化與無(wú)害化處置，不僅能通過(guò)信息化來(lái)掌控全過(guò)程，還能同步實(shí)施對(duì)零部件的生命周期評(píng)估與再造。

據(jù)格林美公司總經(jīng)理周繼鋒介紹，按照設(shè)計(jì)，建成后的武漢報(bào)廢汽車(chē)處理中心年處理報(bào)廢汽車(chē)10萬(wàn)輛，其他含有色金屬?gòu)?fù)雜廢料30萬(wàn)t，預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)年銷(xiāo)售收入7.5億元?！拔磥?lái)，希望有計(jì)劃地推行覆蓋城市的廢棄資源社會(huì)體系，開(kāi)采無(wú)限的‘城市礦山’?！?/p>

近年來(lái)，隨著有色金屬價(jià)格持續(xù)低迷，格林美已將大部分業(yè)務(wù)板塊投入到報(bào)廢汽車(chē)的布局中，除了武漢的報(bào)廢汽車(chē)處理中心，在江西、天津等地也有布局?！艾F(xiàn)在，公司最大的問(wèn)題是‘吃不飽’，必須擴(kuò)大業(yè)務(wù)覆蓋面?！敝芾^鋒告訴記者，就在前不久，格林美出資3億元，完成了對(duì)揚(yáng)州寧達(dá)貴金屬有限公司60%的股權(quán)收購(gòu)。下一步正式進(jìn)軍華東市場(chǎng)，并輻射山東、河北等地。

Effect of bio-drying with various ventilation tem perature on high-water-contentmunicipal solid waste

GUO Qiang1,HUANGWenxiong1,CHENG Haijing2
（1.China Urban Construction&Research institute,Beijing 100120,China; 2.Capital Environment Holdings Limited,Beijing 100120,China）

Effect of bio-drying w ith various ventilation tem perature(room tem perature，40℃，55℃，65℃)w as investigated on high-w ater-contentm unicipal solid w aste (M SW).The results show ed that the variation of ventilating tem perature had less effect on tem perature of the piles.Ventilation w ith high tem perature(65℃)could effectively reduce the w ater content of MSW，but against the degradation of organics.The values of volatile solid(VS)and biodegradable m aterials(BDM)of product w ere highest，but the stability w as least.After 15 days'bio-drying，w ith the degradation of food w aste and paper，etc.，the w ater contents of MSW in 4 groups of reactors w ere significantly reduced.W aterrem oval rates w ere 77.99%，79.37%，79.85%and 79.47%.M oreover，positive correlation w as betw een ventilation tem perature and heating value.W et low er heating value of effluents in 4 reactors w ere 7 202 kJ/kg，9 276.4 kJ/kg，9 358.5 kJ/kg and 10 064 kJ/kg，increased for 72.2%，122.7%，123.7%and 140.6%，respectively.

Bio-drying;aeration tem perature;w ater content;degradation;low er heating value

X705

：A

：1674-0912（2014）08-0033-04

2014-06-10）

郭強(qiáng)（1982-），男，浙江紹興人，碩士，工程師，從事環(huán)境工程研究及設(shè)計(jì)工作。