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固體廢物傳統處理技術集錦

固體廢物傳統處理技術主要包括垃圾焚燒處理、高溫堆肥、衛生填埋、固體廢棄物熱解等。

  固體廢物傳統處理技術——垃圾焚燒處理

  垃圾焚燒,或稱垃圾焚化,是一種廢物處理的方法,通過焚燒廢物中有機物質,以縮減廢物體積。焚燒與其他高溫垃圾處理系統,皆被稱為“熱處理”。焚化垃圾時會將垃圾轉化為灰燼、廢氣和熱力。灰燼大多由廢物中的無機物質組成,通常以固體和廢氣中的微粒等形式呈現。廢氣在排放到大氣中之前,需要去除其中污染氣體和微粒。其余殘余物則用于堆填。在某些情況,焚化垃圾所產生的熱能可用于發電。

  垃圾焚燒是一種較古老的傳統的處理垃圾的方法,近代各國也相繼建造了焚燒爐,垃圾焚燒法已成為城市垃圾處理的主要方法之一。

  焚化是其中一種將垃圾轉換成能源的技術,其他如氣化、等離子弧氣化、熱解和厭氧消化。垃圾焚化會減少原來垃圾80%~85%的質量和95%~96%的體積(垃圾在垃圾車里已經過壓縮),減少程度取決于可回收材料的成分和其回收的程度,如灰燼中有可回收的金屬。這意味著,盡管焚化不能完全取代堆填,但它卻可以大大減少垃圾量。垃圾車一般在運送垃圾至焚化爐前,會以內置壓縮機內壓縮以減少垃圾的體積。或者,未經壓縮運輸的垃圾可以在填埋場進行壓縮,減少體積近70%。很多國家常在堆填區作簡單的垃圾壓縮。另外,垃圾焚燒在處理某些類型的垃圾,如醫療垃圾和一些有害廢物時有很大的優勢,因為焚燒過程的高溫能銷毀垃圾中的病原體和毒素。

  綜合而言,垃圾焚燒處理的減量化效果最好,但存在燃燒產生污染物的環境風險。

  生活垃圾焚燒處理的一般流程:

  1.垃圾接收:生活垃圾從服務區經收集后由密閉式垃圾運輸車送至垃圾焚燒發電廠(該工藝環節由環衛部門負責),經稱重后由運輸車運送至主廠房卸料大廳,通過卸料平臺卸入垃圾儲坑內。

  2.垃圾儲存及投料:為提高進爐物料的燃燒穩定性,垃圾儲坑內的物料一般會放置5~7天,通過垃圾吊車進行翻松使垃圾成分較為均勻,同時經過發酵作用濾出部分垃圾滲濾液以提高進爐物料的熱值。儲坑內的垃圾物料最終經垃圾抓斗和起重機投放到爐膛上方的垃圾料斗。

  3.滲濾液收集及處理:垃圾儲坑底部外側設有滲濾液收集池及輸送泵,濾出的垃圾滲濾液進入滲濾液收集池臨時存儲,一部分回用于垃圾倉噴灑抑塵,其余經預處理后排入市政污水管網,輸送到城市污水處理廠集中處理(沒有市政污水廠的,應在垃圾焚燒廠進一步處理,達標排放)。

  4.垃圾焚燒:垃圾料斗內的物料由爐膛推料裝置送到焚燒爐中,垃圾物料在爐內依次通過爐排的干燥段、燃燒段和燃燼段,使垃圾得到充分的燃燒;為充分分解垃圾焚燒過程中產生的二惡英,爐膛設計焚燒煙氣在850℃以上的溫度區域停留時間大于2秒;為降低焚燒煙氣中NOx的排放濃度,爐膛上方設有SNCR系統,將氨還原劑噴入爐膛內與NOx發生反應,達到去除NOx的目的;爐膛內垃圾燃燒所需的空氣分為一次風和二次風補給,一次風由一次風機直接從垃圾儲坑內抽取,以便保持垃圾儲坑和卸料大廳的負壓狀態,一次風經預熱后從爐膛底部通入焚燒爐內助燃,同時將一次風中攜帶的惡臭氣體燃燒分解,二次風從爐膛上部通入助燃。

  5.余熱利用:垃圾焚燒產生的高溫煙氣從爐膛出來后進入余熱鍋爐,在此發生熱交換,余熱鍋爐吸收熱量產生過熱蒸汽,輸送至汽輪機做功發電。

  6.煙氣處理:在垃圾燃燒爐內噴射還原劑氨水,控制爐內煙氣NOx產生濃度;從余熱鍋爐排出的煙氣從半干式脫酸反應塔頂部切向進入,而堿性吸收劑則從旋轉霧化器內以霧滴的形式高速噴出,使煙氣中的酸性氣體(如HCl、SO2等)絕大部分被堿液吸收去除,煙氣的余熱則使漿液的水分蒸發,反應生成物以干態固體的形式排出;

  從反應塔出來的煙氣進入后續煙道,該煙道中設有活性炭噴射系統,噴入活性炭則可將煙氣中的二惡英、重金屬吸附起來;此后煙氣進入布袋除塵器后,經濾袋將前端的反應物及煙氣中的煙塵顆粒攔截下來;

  從布袋除塵器出來的煙氣進入洗滌塔,通過氫氧化鈉溶液噴淋進一步脫除煙氣中的HCl及SOx等酸性氣體;

  從洗滌塔出來的煙氣經加熱后進入SCR反應器,進一步去除煙氣中的NOx濃度;

  從SCR反應器出來的煙氣經引風機引至煙囪高空排放。在引風機后段煙管設有煙氣在線監控儀器,實時監控煙氣排放濃度是否滿足設計排放限值要求,在線監控設備系統與項目環保主管部門聯網,由環保主管部門實施實時監控。

  7.爐渣處理:爐膛燃燼段下方設有除渣機,生活垃圾經充分燃燒后殘余的少量不可燃殘渣經除渣機送至渣池,由運渣車運送至主管部門指定場所進行綜合利用。

  8.飛灰處理:半干式脫酸反應塔排出的反應生成物以及布袋除塵器濾袋表面截留的顆粒物通過除灰系統收集至飛灰儲倉,然后在飛灰穩定化車間進行穩定化處理,符合《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)要求后送配套應急填埋場進行填埋處置。

  固體廢物傳統處理技術——高溫堆肥

  高溫堆肥就是將人糞尿、禽畜糞尿和秸稈等堆積起來,使細菌和真菌等大量繁殖,細菌和真菌等可以將有機物分解,并且釋放出能量,形成高溫。高溫堆肥是生產農家肥料的重要方式。高溫堆肥過程中形成高溫,也可以殺死各種病菌和蟲卵。

  高溫堆肥適用于可生物降解的有機物含量大于40%的垃圾。堆肥處理是利用自然界廣泛存在的微生物的氧化和分解能力,在一定溫度、濕度和pH值條件下,有控制地促進固體廢棄物中的可降解有機質發生生物化學降解,形成一種穩定腐殖質的生物化學過程,產生的堆肥是優質的土壤改良劑。

  高溫堆肥可以分為一般堆肥和高溫堆肥兩種,前一種的發酵溫度較低,后一種的前期發酵溫度較高,后期一般采用壓緊的措施。高溫堆肥對于促進農作物莖稈、人畜糞尿、雜草、垃圾污泥等堆積物的腐熟,以及殺滅其中的病菌、蟲卵和雜草種子等具有一定的作用。

  高溫堆肥可以采用半坑式堆積法和地面堆積法堆制。前者的坑深約1m,后者則不用設坑。兩者都是需要通氣溝,以利于好氧微生物的生活。兩者都需要鋪一層農作物秸稈等,再鋪一層人畜的糞尿,并潑一些石灰水(堿性土壤地區則不用潑石灰水),然后蓋一層土。一般發酵56℃以上5~6d,高溫50℃~60℃持續10d即可。如果堆肥的溫度驟然下降,則應及時補充水分。待堆肥的溫度降低到40℃以下時,高溫堆肥中的有機物就大部分形成腐殖質了。

  目前堆肥處理的主要對象是城市生活垃圾和污水處理廠污泥、人畜糞便、農業廢棄物、食品加工業廢棄物等。但有機物的分解難完全,無量化難徹底,堆肥時間長,占地面積大,且有機肥的肥力較差,在國內垃圾處理總量中,堆肥占到10%~20%,這幾年來其比例有明顯下降,綜合而言,垃圾高溫堆肥可以實現資源化利用,但是堆肥效率較低,周期較長。

  固體廢物傳統處理技術——衛生填埋

  衛生填埋法是指采取防滲、鋪平、壓實、覆蓋等措施對城市生活垃圾進行處理和對氣體、滲濾液、蠅蟲等進行治理的垃圾處理方法。該方法采用底層防滲、垃圾分層填埋、壓實后頂層覆蓋土層等措施,使垃圾在厭氧條件下發酵,以達到無害化處理。

  衛生填埋處理是垃圾處理必不可少的最終處理手段,也是現階段我國垃圾處理的主要方式。科學合理地選擇衛生填埋場場址,可以有利于減少衛生填埋對環境的影響。

  場址的自然條件符合標準要求的,可采用天然防滲方式。不具備天然防滲條件的,應采用人工防滲技術措施。場內實行雨水與污水分流,減少運行過程中的滲瀝水產生量,并設置滲瀝水收集系統,將經過處理的垃圾滲瀝水排入城市污水處理系統。不具備排水條件的,應單獨建設處理設施,達到排放標準后方可排入水體。滲瀝水也可以進行回流處理,以減少處理量,降低處理負荷,加快衛生填埋場穩定化。設置填埋氣體導排系統,采取工程措施,防止填埋氣體側向遷移引發的安全事故。盡可能對填埋氣體進行回收和利用,對難以回收和無利用價值的,可將其導出處理后排放。填埋時應實行單元分層作業,做好壓實和覆蓋。填埋終止后,要進行封場處理和生態環境恢復,繼續引導和處理滲瀝水、填埋氣體。

  衛生填埋技術開始于20世紀60年代,它是在傳統的堆放、填坑基礎上,處于保護環境的目的而發展起來的一項工程技術。衛生填埋的處理能力大,成本較低,但是占用土地,選址困難,直接產生的填埋氣主要成分為甲烷,容易發生爆炸等危險。目前大多填埋廠將填埋氣排空,不僅提高了溫室氣體的排放,而且浪費了能源。

  固體廢物傳統處理技術——固體廢棄物熱解

  固體廢棄物熱解是指在無氧或缺氧條件下,使可燃性固體廢物在高溫下分解,最終成為可燃氣體、油、固形碳的化學分解過程,是將含有有機可燃質的固體廢棄物置于完全無氧的環境中加熱,使固體廢棄物中有機物的化合鍵斷裂,產生小分子物質(氣態和液態)以及固態殘渣的過程。

  固體廢物熱解利用了有機物的熱不穩定性,在無氧或缺氧條件下使得固體廢物受熱分解。熱解法與焚燒法相比是完全不同的兩個過程,焚燒是放熱的,熱解是吸熱的;焚燒的產物主要是二氧化碳和水,而熱解的產物主要是可燃的低分子化合物:氣態的有氫、甲烷、一氧化碳,液態的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有機物及焦油、溶劑油等,固態的主要是焦炭或碳黑。焚燒產生的熱能量大的可用于發電,量小的只可供加熱水或產生蒸汽,就近利用。而熱解產物是燃料油及燃料氣,便于貯藏及遠距離輸送。

  熱解原理應用于工業生產已有很長的歷史,木材和煤的干餾、重油裂解生產各種燃料油等早已為人們所知。但將熱解原理應用到固體廢物制造燃料,還是近幾十年的事。國外利用熱解法處理固體廢物已達到工業規模,雖然還存在一些問題,但實踐表明這是一種有前途的固體廢物處理方法。

  1927年美國礦業局進行過一些固體廢物的熱解研究。

  60年代,人們開始以城市垃圾為原料的資源化研究,證明熱解過程產生的各種氣體可作為鍋爐燃料。

  1970年Sanner等進行實驗證明,城市垃圾熱解不需要加輔助燃料,能夠滿足熱解過程中所需熱量的要求。

  1973年Battle研究使用垃圾熱解過程所產生的能量超過固體廢物含能量的80%獲得成功。

  原聯邦德國于1983年在巴伐利亞的Ebenhausen建設了第一座廢輪胎、廢塑料、廢電纜的熱解廠,年處理能力為600~800噸廢物。而后,又在巴伐利亞州的昆斯堡建立了處理城市垃圾的熱解工廠,年處理能力為35000噸廢物,成為原聯邦德國熱解新工藝的實驗工廠。美國紐約也建立了采用純氧高溫熱解法日處理能力達3000噸的熱解工廠。

  1981年我國農機科學研究院,利用低熱解的農村廢物進行了熱解燃氣裝置的試驗取得成功。小型農用氣化爐已定點生產,為解決農用動力和生活能源,找到了方便可行的代用途徑。

  熱分解過程由于供熱方式、產品狀態、熱解爐結構等方面的不同,熱解方式各異:

  1.按供熱方式可分成內部加熱和外部加熱。外部加熱是從外部供給熱解所需要的能量。內部加熱是供給適量空氣使可燃物部分燃燒,提供熱解所需要的熱能。外部供熱效率低,不及內部加熱好,故采用內部加熱的方式較多。

  2.按熱分解與燃燒反應是否在同一設備中進行,熱分解過程可分成單塔式和雙塔式。

  3.按熱解過程是否生成爐渣可分成造渣型和非造渣型。

  4.按熱解產物的狀態可分成氣化方式、液化方式和碳化方式。

  5.按熱解爐的結構將熱解分成固定層式、移動層式或回轉式。

  由于選擇方式的不同,構成了諸多不同的熱解流程及熱解產物。

  綜合而言,熱解方法適用于城市固體廢棄物、污泥、工業廢物如塑料、橡膠等。熱解法其優點為產生的廢氣量較少,能處理不適于焚燒和填埋的難處理物,能轉換成有價值的能源,減少焚燒造成的二次污染和需要填埋處置的廢物量。熱解處理缺點是技術復雜,投資巨大。

 
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