（热能工程专业论文）城市生活垃圾中低温热解特性研究.pdf

中文摘要 近年来，由于世界能源、爨源日益紧张以及各种垃圾资源化利用方法的出 现，城巾垃圾已从单纯收集、运输、处理、填埋的狭窄概念转向抑制垃圾生产、 提高垃圾资源化利用率上来。城市垃圾作为一种资源被开发利用已是人势所趋。 本文通过介绍国内外的j ；i ) ：圾处理现状，比较填埤法、堆肥法、焚烧法、热解法 等的优缺点尤其足热解技术处理垃圾的优越性，显示出热解法将足垃圾处理 的一个重要方向之一，对其研究己成为相关专业研究的前沿问题。 本研究使用自行设计和制造的、旨在模拟工业化实际设备中热解特性的小 黧外热式尚定床实验装置，以城市生活垃圾中典型的可热解成分组成的混合物 为实验物料进行3 0 0 7 0 0 的一系列垃圾热解实验。研究了在具有一定规 模的小型固定廉热懈实验装置中，城市生活垃圾热解过程中的温度场变化规律， 以及热解反应时间、热解产物分布、挥发分的析出率等受热解温度影响的内在 机理特征。 热解气作为垃圾热解的重要产物之一，其成分变化特性直接影响萁屙的热 利用。热解气的成分含量和热值的甲均值，均随热解温度早现。定的交化规律。 在本文的实验巾，设定温度为3 0 0 7 0 0 的范闸内，其熟值在5 4 m j m 3 1 5 13 m j m 3 之间变化。热解气中除h 2 、c o ，c h # 、c 0 2 、c 2 h 4 、c 2 h 6 这六种主要气体外，还含有n o x 、h c i 、h 2 s 、n h 3 、0 2 、c 3 、c 4 、c 5 碳氢化 合物及商烃类气体等，且热解温度越高这些气体的含量越大。 文中还对热解的剩余物半焦物质进行了元素分桥和工业分析，分析表 明其热值在2 1 m j k g 2 4 7 m j k g 之间可以作为圆体燃料利用，但其元素成分 和工业成分均随热解温度发生变化，且影响着半焦的燃烧特性。 通过对热解过程的能量分析，表明本实验物料热解需要的能量完全可利用 热解产物来提供而小需要其它辅助热源。 针对城市牛活垃圾的特点，本文采用当晕导热法的概念，将城市= 牛活垃圾 在热解过程t l 复杂的传热过程简化为纯导热过程，建立了一套求解固定床热解 反应器中物科温度场的传热学模型。通过与实验数据的比较，表明该模型具有 一定的实用性。 关键词：城市牛活垃圾，热解特性，能量分析，传热模型，温度场，固定床 a b s t r a c t o w i n gt ot h es h o r t a g eo fe n e r g ya n dr e s o u r c e sa l lo v e rt h ew o r l da n dt h = e m e r g e n c eo fd i f i e r e n tu t i l i z a t i o no fm u n i c i p a lw a s t e ，r e c e n ty e a r s ，t h et r a d i t i o n a l w a s t ed i s p o s a ls u c ha ss i m p l ec o l l e c t i o na n dd i r e c tb u r y i n gh a v eb e e ng r a d u a l l y s u b s t i t u t e db ys o m en e wm e t h o d sw h i c hn o to n l yc a nr e s t r a i nt h ey i e l do ft r a s hb u t a l s oc a ne f f e c t i v e l yu t i l i z ew a s t ea so n ek i n do fr e s o u r c e b yi n t r o d u c i n gt h e d o m e s t i ca n do v e r s e a sd i s p o s a ls t a t u so fm s w ( m u n m p a ls o l i dw a s t e ) ，a n d c o m p a r i n gt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fs o m ed i s p o s a lm e t h o d s ，s u c ha s l a n d f i l l ，c o m p o s t ，i n c i n e r a t i o na n dp y r o l y s i s ，i tp r o v e st h a tt h ep y r o l y s i st e c h n o l o g y i sam a i nd i s p o s a lm e t h o do fm s wi nt h ef u t u r e ，a n dt h a ts t u d i e so nt h i sf i l e dh a s b e c o m ea ni m p o m a n td i r e c t i o nt ob ed e v e l o p e d t os i m u l a t et h ep y r o l y s i sc h a r a c t e r i s t i c so fr e a lf a c i l i t y , a ne x t e r n a l l yh e a t e d f i x e d - b e dp y r o l y s i sf u r n a c ew a sb u i l t c o m p o u n d sm a d eb yt y p i e a l p y r o l y s i s c o m p o n e n to fm u n i c i p a ls o l i dw a s t ew e r et a k e na st h et e s t i n gm a t e r i a l s w h i l et h e p y r o l y s i st e m p e r a t u r er i s i n gf r o m3 0 0 ct o7 0 0 c ，i t se f f e c t so nt e m p e r a t u r ef i e l do f p y r o l y z e dw a s t e ，p y r o l y s i st i m e ，p y r o l y s a t ed i s t r i b u t i o n ，r e m o v a lr a t eo fv o l a t i l e f r a c t i o nh a v eb e e ns t u d i e db yas e r i e sp y r o l y s i st e s t s t h ec h a n g er u l e so fp y r o l y s i sg a sc o m p o n e n t s ，a si m p o r t a n tp y r o l y s a t e s ，h a sa d i r e c t l yi n f l u e n c eo nt h eu s eo fp y r o l y s i sg a s b o t ht h ec o n t e n to fp y r o l y s i sg a s c o m p o n e n t a n di t sa v e r a g eh e a tv a l u ev a r yw i t ht h ep y r o l y s i st e m p e r a t u r ea sd e f i n i t e r u l e s d u r i n gt h ee x a m i n a t i o no fp r e s e n tr e s e a r c h ，n a m e l yt h ep y r o l y s i st e m p e r a t u r e f r o m3 0 0 t o7 0 0 t h eh e a tv a l u eo fp y r o l y s i sg a sv a r i e df r o m5 4m j m t o 15 i3 m j m 3 t h em a i nc o m p o n e n t so fp y r o l y s i sg a sw e r eh 2 ，c o ，c h 4 ，c 0 2 ，c 2 h 4 ， c 2 h 6 t h ep y r o l y s i sg a sa l s oc o n c l u d e do t h e rc o m p o n e n t ss u c ha sn o x ，h c i ，h 2 s ， n h 3 0 2 ，c 3 ，c 4 ，c 5 ，a n dh y d r o c a r b o n ，t h ec o n t e n to fw h i c hi n c r e a s e dw i t ht h e p y r o l y s i st e m p e r a t u r er i s i n g e l e m e n t a la n a l y s e sa n di n d u s t r i a la n a l y s e so fs e m i - c o k e ，t h ep y r o l y s i sr e m a i n s ， w e r ea l s op r o p o s e di nt h i sp a p e r t h eh e a tv a l u eo fs e m i - c o k ew a sb e t w e e n 2 0 9 9 m j k ga n d2 4 7 m j k g ，s ot h a t i tc a nb e u s e da ss o l i df u e l h o w e v e r t h e c o m p o n e n t s o fs e m i - c o k e c h a n g e d w i t ht h ep y r o l y s i st e m p e r a t u r e ，w h i c h s i m u l t a n e o u s l ya f f e c t e dt h ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i co f s e m i - c o k e a n a l y z i n gt h ew h o l ep r o c e s so fw a s t ep y r o l y s i s ，i tsa p p a r e n t l yi n d i c a t e dt h a t t h ep y r o l y s i sp r o d u c tc a np r o v i d et o t a le n e r g yf o rw a s t ep y r o l y s i s ，a n dt h e r ew e r en o o t h e ra u x i l i a r yh e a ts o u r c en e e d e d c o n s i d e r i n gt h et r a i to fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e ，t h ec o m p l i c a t e dh e a tt r a n s f e r p r o c e s so fw a s t ep y r o l y s i sw a ss i m p l i f i e dt oap u r eh e a tc o n d u c t i o np r o c e s si nt h i s p a p e rb yu s i n ge q u i v a l e n tc o n d u c t i o nm e t h o d ，a c c o r d i n g l y ，t h eh e a tt r a n s f e rm o d e l u s e dt oo b t a i nt h et e m p e r a t u r ef i e l do fp y r o l y s i sm a t e r i a li nt h ef i x e d b e dr e a c t o r w a sb u i l t c o m p a r i n gw i t ht h et e s td a t a ，i tw a sp r o v e dt h a tt h i sh e a tt r a n s f e rm o d e li s p a r t l yp r a c t i c a l k e y w o r d s ：m s w ( m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ) ，p y r o l y s i sc h a r a c t e r i s t i c ，e n e r g ya n a l y s i s ， h e a tt r a n s f e rm o d e l ，t e m p e r a t u r ef i e l d ，f i x e d - b e d 1 1 1 独创性声明 本入声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：刁彳包 签字日期：力一j 年月矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫蓬盘生有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁壅盘壁可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：孑易莎 签字日期：挑年舌月日 导师签名： 签字日期：日罔幺 ，j 年彬m 第一章绪论 第一章绪论 随着生产的发展、科学的进步、人口的增长、l 句城市的高度集中以及 城市化进程的加速等等，世界各国的城市生活垃圾在不断发生变化；产量成 倍增加、成分日趋复杂。城市生活垃圾的这一发展变化使得城市生活垃圾问 题更加复杂化，垃圾的处理也就愈加困难，从而成为现代城市越来越严重的 环境问题。因此，如 可减少垃圾的排放量，将垃圾变废为宝、实现垃圾的爨 源化循环利用足我国垃圾处理和现代化城市管理，i ，的一个重要课题。 无论是发达国家或是发展中国家。都不可避免地受到垃圾的困扰在牧 集、运输和处理垃圾过程一j u i 所产生的有害成分对大气、土壤、水体等造成污 染，垃圾f l 勺堆放不仅占用了大量的土地、破坏了城市景观而且传播疾病、 威胁生物的生命安全，还破坏了生态平衡，成为新的社会公害之一。因此， 城巾生活垃圾的无害化处理技术是保护和改善生活、生态，防治污染，使经 济发展和环境保护相协调的重要内容之一。 丽随着经济的发展、人口的不断增加和人民生活水平的不断提高，资源 也不断被开发利用，能源短缺问题越来越突出。1 9 9 2 年在巴西召开的联合 国环境与发展大会上，与会者一致认为，能源危机不仅是发展中国家的问题， 也足全球性的问题。尽管由于勘探技术的发展会探明更多的化石燃料( 煤、 石油、天燃气) 储量，但终究改变不了化石燃料总储量有限的事实，化石燃 料最多只能维持几百年“1 。因此能源、环境和可持续发展足当前世界性问题。 本文从环保角度出发，研究一种新的城市生活垃圾处理方法，通过垃圾的无 害化处理，不仅可以解决r 益增多的垃圾阀题，而且可以使垃圾处理詹的产 品成为燃料，使城市生活垃圾成为主要的再同收能源，从而使城巾生活垃圾 的处理徽到资源化，真正使垃圾变绞为宝。 1 ，1 城市生活垃圾的产生及污染现状 1 。1 1 国外现状 第帮绪论 随者世界经济的发展，全球城市人u 与f 1 俱增，丰 | 应的城市生活垃圾捧 放量也越来越多。日本生活垃圾产量约为4 5 0 0 万吨午，西欧大约为1 亿吨 年，美国已超过2 亿吨年。1 。世界备豳每年产生的城市垃圾不但数量大， 而且增长速度也快。如荷兰的年增长率为3 ，以色列5 ，瑞典2 ，美嗣8 4 1 6 ， 只本5 。总体来看，世界上工业发达国家城市垃圾的年增长率为3 2 4 7 ”1 。增长速度是相当可观的。不仅城市生活垃圾的产量增加，而且随着 科技的发展，城市生活垃圾的成分也发生着交化，其中的有机成分逐渐增加。 例如废弃轮胎的世界产量达到5 1 0 6 吨年这是一年固体废弃物总产量的 2 ”。从成分来看，工业发达国家城市垃圾的成分基本上没有太大的区别， 但同发展中国家相比。其中的可燃物、有机成分均高于发展中国家的含量。 国外城市垃圾一般特性为：水分4 0 6 0 可燃成分3 0 4 0 ，灰分l o 3 0 。低位发热量3 3 4 9 m ，i k g ( ：i 6 9 9m j k g 。例如，东京、纽约、伦敦、 巴黎、柏林和莫斯科等大城市的垃圾i i 。有机物的成分达到5 l 8 3 无机 成分4 9 1 7 。人们注意到，近百年来，随着科学技术的发展、人民消费 水平的提高，国外城市垃圾成分所发生的变化相当太。烟尘和灰分台羹已从 琛来的8 0 下降到2 0 。废纸的含量增加，平均占垃圾总量的3 0 4 5 ，金 属的含量减少了近1 倍，玻璃的含量也减少了近l 倍，塑料的含量也正在迅 速增加。通过对美国、日本、法国、德国等发达国家刹对中国、印发、巴西 等发展r t 国家历年垃圾资源经济成分和动态变化的比较与分析中发现，这种 变化有规律可循，妇表1 - 1 所示。 袭卜1垃圾成分的年际变化分析” 奢以t 蛋( ) 戈辘庶舒e k ) ：t 簟木麓麓- * 裴嚣其_ 市计量_ 麓分聃触嚣苒薏竺 可百丽1 雨再r 面百弋面1 函再订i 9 7 “4 厂“8 5 。8 u 2 髓e1 弱2 6 0 3 j 9 7 03 乳瓢”采 j ) 】56 ，6 0 3& 辨，5 韶b - t 】量】2 量5 4n ”m 7 92 - ” 1 9 t 53 1 e 69 s 2 ，1 4 1 1 韩6 0 56 玉曲7 0 7 ，b 84 0 0 7 7 32 2】曲l 钾2 瓠3 1 9 5 03 3 59 0 75 8 51 2 8 5 5 7 66 6 4 9 77 7 8 77 1 5 3 4 36 耵2 ，1 5l 3 ，1 - 1 ( 52 2 l3 1 蚋5 3 4 7 49 5 65 9 31 3 7 65 9 9 & 6 94 柏8 1 3 5 氟1 2 9 6 5 “ l 3 7j 5 5 o 驰1 8 - 6 5 l ，9 0鞴钆1 tt 舒1 5 】36 1 2 6 0 40 1b 孓4 1 昏2 7 t i 7 51 雒 l ? ll - 0】t 神 ! 噬业! ! ：坠j ：生幽! i ：! ! 业i ! ! ! ! ：坠竺缝! ：坠型3 _ 堙上旦苎堕 第带绪论 1 1 2 国内现状 1 1 2 1 城市垃圾的来源及特征 根据垃圾产生源不同，可将我国城市垃圾主要分为生活垃圾、街道保洁 垃圾、集团垃圾( 机关、学校、t 厂和服务、i k ) 以及医疗垃圾四大类。 城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的 活动中产牛的固体废弃物，包括居民牛活垃圾、商、f k 垃圾。丰要有易腐有机 物、煤灰、塑料、橡胶、纸张、布匹等。它在城市垃圾摧体中，不仅数量占 居首位，向目成分最为复杂，其构成受区域和季节影响，变化大，月极不均 匀。 街道保浩垃圾来自清扫马路、街道和小巷路面，其成分与牛活垃圾相似， 但泥沙、枯枝落叶和商品包装物较多，易腐有机物较少，平均含水量较低。 集团垃圾系指机关、团体、学校、t 厂和第i 产q k 等在生活和丁作过程 中产生的废弃物，它的成分随发生源不同而变化，与生活垃圾相比，具有成 分较为单稳定、卜均含水量较低和易燃物、特别是高热值的易燃物多的特 点。 医疗垃圾与普通牛活垃圾有很大区别，是指接触了病人血液、肉体等由 医院生产出的污染性垃圾，如使_ h j 过的棉球、沙布、胶布、废水、一次性医 疗器具、术后的废弃品、过期的药品等，其有机物含最高。据国家甲牛部门 的医疗检测报告袭明，由于医疗垃圾具有空间污染、急性传染和潜伏性污染 等特征，其病毒、病菌的危害性是普通生活垃圾的几十、几百甚至一卜千倍， 如果处理不当，将造成对环境的严重污染也很可能成为疫病流行的源头。 城市垃圾的构成丰要受城市的规模、性质、地琊条什、居民牛活习惯、 生活水平和民用燃料结构的影响。城市垃圾的产生大部分集中于大中城市， 其中大城市占相当大比例。般情况下，经济发达、生活水5 r 高的城市，有 机物如厨余、纸张、塑料、橡胶等贪量均较高。以煤为主的北方城市，受采 暖影响，垃圾中煤渣、沙石等无机物所占的份额较多。 1 12 2 城市生活垃圾的构戍 城市牛活垃圾的发牛母随季节、生活水l 、牛活习惯、生活能源结构、 城市规模和地理环境等因索而变化，其成分可分为有机物和无机物属于有 篓：至堑堕 机物的主要是动植物性废弃物、橡胶、塑料、废纸、布匹等属于无机物的 主要为炉灰、庭院灰土、碎砖瓦、金属、玻璃等。表卜2 为不问来源的生活 垃圾组成一览表。 袭卜2 城市垃圾主要组成物 米源主要组成 屏民牟话 食物域域、纸屑、稚匹、木辩、会属、玻璃、辑科、陶瓷、橡胶、 燃料灰淹、碎砖虻、粪便等 j f | i 北机笑 钎道等碎杂物、沥青及其它建筑材料、废汽车、玻电器、废器具、 含柯易燃易爆和放射性的废物以及展民牛活所排除的舞种跛物 市政维护、 碎砖瓦、树叶，州禽兽，金属、锅炉驮渣、污泥、脏上 管理部门 城市生活垃圾的组分有不同的分法，另外还可分为可回收物和不可回收 物，可回收物包括盒属、橡胶、塑料、废纸、玻璃等。发达国家的垃圾中无 机物少，有机物多。我国过去垃圾成分的主要特点是无机物多、有机物少， 含水：晕：高，热值低，可回收的废品也少。大多数城市的垃圾无机物成分都超 过6 0 0 ，其中有的城市高达8 0 0 以上。但近十儿年以来，由于城市屑民 牛活水平的提高，城市牛活垃圾成分发牛了根本性的变化。表卜3 列出9 0 年代我国部分城市垃圾成分的组成与国外的对比。 表i - 3 困内外垃圾成分对比 ， 有机类( )无机类( 崔) 煤渍 尉脐职料玻璃 地域纸张破布台计j 沙金属1 0 他台汁 城圾 椽腔陶瓷 等 夔l 嗵2 2 。o o4 7 o o4 5 07 3 5 0 5 o o9 0 0b o o 4 o o2 6 0 0 l | 木l8 6 04 6 0 0i8 5 08 2 9 06 1 0l o 7 01 6 8 0 荷兰 5 n o o2 2 o o 6 2 0 2 2 08 0 o o4 3 01 1 9 03 ，2 01 9 4 0 第章绪论 英圈2 8 ，0 03 3 0 0 1 ，o3 5 56 6 0 51 9 o o5 0 01 0 0 03 4 ，0 0 新j l u 坡 3 b 0 03 1 0 01 3 0 01 0 08 8 0 03 0 04 0 02 ，0 0 9 0 0 香港2 8 0 02 0 0 0 17 0 06 0 07 1 0 018 0 04 0 04 0 03 0 02 9 0 0 上海4 2 ，7 01 6 30 4 00 4 7 4 5 2 05 3 7 90 4 3o 5 35 4 7 5 北京 5 0 2 94 170 6 l1 1 65 6 2 34 2 2 70 9 2o 8 04 3 。9 0 广州4 b 7 63 i i3 3 5 21 15 7 3 33 7 7 02 1 60 7 02 1 04 2 6 6 哈力 演 i6 6 23 6 0i 4 6 0 5 02 2 0 8 7 4 7 l 2 2 20 8 97 7 8 l 城市牛活垃圾中不可r 接回收利用的物资逐年减少，而可离接回收利用 的物资逐年目益增多，说明了城市生活垃圾资源化潜力的巨大。 以北京为例，来说明城市生活垃圾成分的变化。表卜4 为北京市环卫科 研所调查的1 9 8 9 年和1 9 9 8 年北京市垃圾构成比较表”1 。 表l 一41 9 8 9 和1 9 9 8 年北京垃圾构成比例( ) 年份食品塑料 砖瓦木竹玻璃纸类织物灰土金属 1 9 8 93 2 61 s 84 。7 9 l ，1 73 7 96 0 4 7 44 7 20 7 6 1 9 9 83 5 4 l5 81 4 05 3 05 8 01 9 22 9 01 2 81 4 0 北京市城市垃圾成分的变化主要表现为以下特征： ( 1 ) 垃圾的窖重持续下降。城市生活垃圾的容重由1 9 8 9 年的0 4 o 6 t m 3 ， 下降到1 9 9 8 年的0 3 0 4 6 t m 。 ( 2 ) 垃圾的热值逐步上升。平均低位热值已达6 8 0 0 k j k g ，具备了焚烧处理垃 圾的热值条件。 ( 3 ) 垃圾的利用价值增大。可直接回收利用物明显增多，玻璃、金属、塑科、 纸类、植物等占到垃圾总量的4 5 左右。 ( 4 ) 大件垃圾出现。破旧家具、电器、自行车等大件物品成为垃墩 出此可见北京市生活垃圾具有很大的资源再利用的价值和潜力。 1 1 2 3 城市生活垃圾的产生量 随着我国城市人l j 的增长、经济的发展和居民生活水平的不断提高 生活垃圾的排放量越来越多，城市垃圾问题变得曰益突出。图卜l 为我国历 第一章绻论 年城市生活垃圾产量图“3 。从图 | 可以看出，近几年来，城市生 舌垃圾的年 产量呈逐年增加趋势。而我国俞湾城市固体垃圾总数也已由1 9 7 3 年的4 4 0 万吨年，增加到1 9 9 6 年的8 7 0 万吨年”。由于城市垃圾与r 俱增，且产 生量远远大予清运量和无害化处理量，致使我国城市垃圾历史累计积存蠢商 达6 0 1 0 t ，偻占土地面积多达5 i 0 。m 。，约有2 3 的城市处于垃圾包嗣之 中，且有i 4 的城市已无适合场所堆放垃圾“。”，垃圾污染事故频出，严 重破坏了城市环境系统的平衡。撂瓷料统计近l o 年来我国城市生活垃圾 年均增长率为在7 左右少数城市( 如北京) 的增长率已达1 5 2 0 ， 2 0 0 0 年，我国城市生活垃圾消运量达1 1 8 xi 0 8 t 。直辖市和省会城市在垃 圾产生量方面占有较商比例，生活垃圾产量的6 0 集中在全国5 0 万以上人 u 的5 2 座重点城市“”。此外，近年柬r ，小城市生活垃圾产量的高速增长趋 势也不容忽视。 罔卜l 我国历年城市生活垃圾产盈 生活垃圾总量的大幅增长茸先与我国城f i 数量增加有关。1 9 8 6 年全国 城市数量为3 5 3 个，2 0 0 0 年增加到6 6 8 个，增加了近一倍。其次，城市规 模和城市人口的增加也是导致城市生活垃圾增加的主螫原因。1 9 7 8 1 9 9 7 年我同城镇人口年均增长率达4 1 ，2 0 0 0 年的6 6 8 个城市中5 0 万以上人口 的城市有9 3 个。根据目前我翻城市化趋势预测的结果，到2 0 1 0 、2 0 3 0 和 2 0 5 0 年，我闻城镇人口比重将分别达到4 3 、6 0 和7 6 左右“”。以i l ! i 费为 主的城市，居民生活垃圾所占的比例较大如北京、海南和上海，工业固体 废奔物分别只占城市垃圾总鬣的2 、1 1 、1 5 。以上海为例，城市人口的 密度从1 9 7 0 年的1 7 4 3 人k m 2 ，增加到2 0 0 0 年的2 0 8 4 人k m 2 ，增加了近2 0 ， 6 ir一t廿奠翎精谢格髯 第带结论 而同时生活垃圾总量也从1 9 7 0 年的6 4 1 0 t ，增加到2 0 0 0 年的6 4 1 1 0 4 t ， 年平均增长率高达3 0 7 n 7 1 。 表卜5 、表卜6 、表1 7 列出了近年来上海、北京、广州等大城市生活 垃圾的产生量统计值。 表卜5 上海市区生活垃圾产生量统计值( t d ) 注：备数掘l i i 2 0 0 2 年为蛮吨位，其余为半吨位 表1 - 6 北京市城市生活垃圾产生量( 1 0 4 t a ) ”。 印份1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 51 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 1 车吨似最4 3 04 4 64 6 74 8 34 8 3 44 9 04 9 5 f3 0 5 实际产鼍2 7 4 32 5 6 52 6 8 52 7 7 72 7 82 8 1 82 8 4 72 9 0 42 9 53 0 2 表卜7 广州市城市生活垃圾产生量( 1 0 1 t a ) 2 。 印份 1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 l i 清运鼍1 2 51 5 51 9 91 5 51 7 61 8 92 2 21 6 91 6 62 3 9 从表中可以看出，我国各个城市的垃圾产量总体趋势是逐年卜升的。 而今后5 0 年是我国入口和城市化的高峰期。根据目酶城市化水平推算，2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年我国将分别有6 亿、9 3 亿和1 1 9 亿人口居住在城市。 按照目前我国城市人均年产4 4 0 k g 生活垃圾的水平推算，将分别产生生活垃 圾2 6 4 亿吨、4 0 9 亿吨和5 2 8 亿吨。城市生活垃圾若得不到妥善处理，“妨 圾围城”的局面将日趋严重。 1 1 3 垃圾的危害性和污染现状 垃圾的人量产生使当今社会各城市都丽临着生活垃圾泛滥成灾的严重 威胁，不仅加剧了环境污染还严重危窖城市环境和居民生活系件。长期以 来，中幽绝入部分城市采用露天堆放、自然填沟和填坑的原始方式消纳城市 第章结论 而同 l 寸生活垃圾总量也从1 9 7 0 年的6 4 1 0 1 t ，增加到2 0 0 0 年的6 4 i 1 0 t 年平均增长率高达3 0 7 ”“。 表1 5 、表卜6 、表1 7 列出了近年来上海、北京、广州等大城市生活 垃圾的产生量统计值。 表1 - 5 上海市区生活垃圾产生量统训值( t d ) ”。 注，备数拼= 1 1 i ，2 0 0 2 年为寓吨位，其余为* 吨位 表卜b 北京市城市生活垃圾产生量( 1 0 1 t a ) “。 吓份 1 9 9 21 9 9 3l9 9 41 9 9 51 9 9 619 9 719 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 1 车吨似重4 3 04 4 6 4 6 7 4 8 34 8 34 4 9 04 9 5l5 0 $ l 实际产避 2 7 4 32 5 6s2 6 8 52 7 7 72 7 82 8 l82 8 472 9 0 42 9 63 0 2 表1 - 7 广州市城市生话垃圾产生量“0 1 t a ) ”“ 印份1 9 9 2 l9 9 31 9 9 41 9 9 5 1 9 9 6 1 9 9 71 9 9 8 1 9 9 92 0 0 02 0 0 1 l 清运：瞪 1 2 5l5 51 9 915 51 7 61 8 92 2 21 6 91 6 62 3 9 从表中可以看出，我国各个城市的境圾产量总体趋势是逐年u 卜升的， 而今后5 0 年是我国人口和城市化的高峰期。根据目前城市化水平推算，2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年我国将分别有6 亿、9 3 亿和1 1 9 亿人口居住在城市。 按照目前我国城市人均年产4 4 0 k g 生活垃圾的水平推算，将分别产生生活垃 圾2 6 4 亿吨、4 + 0 9 亿吨和5 2 8 亿吨。城市生活垃圾若得不到妥善处挥“垃 圾围城”的局面将甘趋严重。 1 ，1 。3 垃圾的危害性和污染现状 垃圾的大量产生使当今社会备城市都而临着生活垃圾泛滥成灾的严重 哦胁，不仅加剧了环境污染，还严重危害城市环境和届民生活条件。长期以 来中幽绝人部分城市采用霜天堆放、自然填l 淘和填坑的原始方式消纳城市 来中幽绝人部分城市采用霜天堆放、自然填沟和填坑的坂始方式消纳城市 第章绪论 垃圾，这种处理方式使其自身含有和产生的有害成分对大气、土壤、水体造 成现实的影响和潜在的危害。而且如此庞大的垃圾量废弃于环境中，不仅造 成资源的巨大浪费，还严重污染环境。其主要表现在： ( 1 ) 侵占土地许多城市利用卣郊设置垃圾堆场占地堆放，堆积量越大，占地 越多。据估算每堆积1 1 0 1 t 垃圾约占地1 亩，侵占了大量农田。随着生 产的发展和消费的增长，垃圾占地的矛盾日益尖锐。 ( 2 ) 污染土壤废物堆置，其i l t 的有害组分容易污染土壤。如果直接利用来自 医院、肉类联合厂、生物制品厂的废渣作为肥料施入农田其中的病菌、寄 生虫会使土壤污染。人与污染的土壤直接接触，或生吃此类土壤种植的蔬菜 瓜果，会严重影响健康。 ( 3 ) 污染水体固体废弃物随天然降水或地表流入或随风飘迁落入河流、湖 泊，将污染地瑚水；其渗沥水渗透到地下，会使地下资源污染。废渣直接排 入河流湖泊或海洋，造成的污染更大。 ( 4 ) 污染大气一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下被微生物分解，能释 放出有害气体，在大风欧动下会随风飘逸，扩散到远处。另外固体废物在运 输和处理过程中，也能产生有害气体和粉尘。采用焚烧法处理固体废物已成 为有些国家大气污染的主要污染源之一。 ( 5 ) 影响环境型生垃圾堆积严重影响城市容貌和卫生，各种塑料包装袋形成 的“白色垃圾”影响观瞻尤甚，对人的健康构成潜在威胁。 近期经研究发现，城市生活垃城直接产生_ ；f u 经焚烧处理过程中不可避免 产生的二嗯英“”“，是比氢化钾毒性还强许多的剧毒物质。二嗯英的生物 富集作用非常强由于二嗯英从土壤一植物一动物的逐级富集，愈是高级的 生物体内含量愈高，所以人类受危害程度最大”，而人体没有分解二嚼英的 能力所以人体一旦摄入，就不易排出。大量动植物试验表明，很低浓度的 二嚼英就对动物表现出致死效应，即使在很微量的情况下，长期摄取时也可 引起癌、皮肤病、肝肾疾病、生殖障碍、畸形等顽症“”1 ，这种严重危害人 体健康的物质已引起人们高度的重视”“。 由于土地被侵占，大气、水源、土壤被污染，以及日渐严重的二孵英 问题。都使人们的生命安全受到威胁，生态环境遭到破坏。而不适当的垃圾 处理方法甚至会加剧对环境的危害”2 ”( 例如焚烧方法不可避免地产生二 第章绪论 嗯英) 。因而如何安全有效地处理好城市生活垃圾已显得尤为重要。 1 2 城市生活垃圾的处理方法 垃圾的处理及应用，在很大程度上取决于垃圾的成分( 物理成分) ，其 次是经济水平和技术条件，以及地理、水文、环境、城市觌划等方面的冈索。 当前世界卜t 挑发达国家城市垃圾的处珲方法丰要有i 种：m 生填埋、焚烧 和堆肥。另外还有一种新的垃圾处理方法一一热解法，该方法目前尚处在试 验阶段，其在整个垃圾处理鼋中，只占很小的比例。 1 ，2 。1 填埋 垃圾填埋是一种垃圾终极处理方法，分为传统填埋与卫生填埋两类。 传统填焊法实际卜是在白然条中卜下，利用坑、塘、漳地等，将垃圾集中垮! 胃! 在一起，不加掩盖，未进行灭茼、除臭、防治污染等处理的填埋。卫生填埋 法是采用t 程技术措施，防i ：产牛污染及危害环境的土地处理方法。m 牛填 埋须采门j 底层防渗措旎。垃圾分层填埋，压实后顶层覆盖土层，使垃圾在厌 荤【条件下发酵，以达到无害化处坪啪3 。牛填埋场最熏要的是防渗漏村晕系 统，由液体收集和防漕层组成。填埋工艺流程参见图1 - 2 ”“。 f 型墨h 匿耍圜d 匿卜一匿卜远蛩吨匹卜_ 垴 一l 塑婆堕丛塑r 一1 塑造壅坚基r 。 图卜2牛活垃圾单元填埋作_ k 流程圈 填埋法的优点足方法简学、处理量大、管理运行费用低；缺点是占地 多填埋l t 垃圾需占地3 m 2 ，如曰处理4 0 0 t 垃圾，一年占地约4 4 万m 2 ，而且 易造成渗漏液污染水资源。哈佛大学研究人员的试验研究证明，填埋场用隔 地袭水历附近水溪沉积中c r 、c d 、a 1 、c u 、z n 、p b 、c o 、h g 等含量明显秆 高有的超标上百倍在填理场区上空h g 含量足背景值的1 0 1 5 倍”。另 第+ 章绪论 外还存在不能杀死有害细菌、处理周期长、没有投瓷收益、产生的有害气体 收集外排困难。甚至有引发气体爆炸的危险等缺点。 填埋场的垃圾降解会产生大量的气体，主要足甲娩和二二氧化碳。但也 存在多种有机污染物，如表卜8 。垃圾中的有机质含量达2 0 时，1 t 垃圾约 产生甲烷l o o m l ，若处理不当，会发生火灾、爆炸事故。如我圜北京、上海、 重庆、j 州等地几个垃圾场都发生过爆炸，有的还造成人员伤亡”。同时甲 烷还足重要的温室气体，其温室效应是e o 。的2 4 倍。据统计计算。全球甲烷 排放量的6 - 1 8 来自于垃圾填埋场。 袭1 - 8 垃圾填埋场中挥发性有机污染物测定结果( “g m3 ) 化合物含量 化合物 含量 化合物含量 蓉5 2 7 5 苯乙烯 2 7 6 6 莰烯】4 4 l 甲苯2 0 2 3 2乙酰苯 苎烯 7 9 7 0 ( r e + v ) - 乙蓉 4 1 8 9 异丙苯 8 8 3 已烷1 9 7 0 乙苯 2 3 3 8丙苯1 6 3 1 庚烷 1 s 2 i ，2 , 4 ，5 - 四甲苯萘 1 1 1 4 辛烷0 8 0 l ，2 , 3 ，5 - 四甲荤 1 甲基萘 壬烷0 8 0 邻二甲苯2 4 5 l2 甲基萘癸烷 i ，2 , 3 - q 甲苯 1 0 1 4 6 - 氯甲烷 4 0 8十一烷 i ，2 , 4 三甲苯2 0 6 5 5二氯甲烷 2 0 3 十二烷 i ，3 , 5 三甲苯 9 4 0 3氯仿14 2 7l 。3 二己基环1 0 5 戊烷 问乙基甲苯2 5 6 7四氯化碳 2 7 2 2 , 4 甲纂2 - 硝基戊烷 对乙基甲苯2 3 4 5氯乙烯1已醛 邻乙基甲苯 3 3 6 6 兰氯乙烯 7 9 52 乙基- 已醚 特摹苯 1 3 4 4四氯乙烯1 4 9 0 庚醛 异丁苯氯苯。 1 5 6辛醛 丁基苯 7 9 41 ，2 - 二氯苯 0 8 8 醋酸丁醑 甲基- 异丙基 1 7 6 2 3 1 ，3 - 二氯苯+ 1 0 5二硫化碳 第带绪论 莱 4 乙基1 2 一1 ，4 - 二氯苯 0 4 6联苯砜 甲墓 3 乙基1 ，2 - 二l ，2 , 4 氯苯1 茚 甲苯 2 乙基1 ，4 二 d 一蒎烯 5 5 18 2 ，3 二羟基5 甲苯甲綦茚 甲拱苯乙烯 b 一蒎烯 1 2 8 72 3 羟摹4 - 甲基茚 垃圾填埋场产生的另一种污染物是渗滤液，其中c o d 、b o d 、重金属和 氨、氮的含量都很高( 据统计至少持续到封场之后1 5 年才会达标) 需要 进行生物和化学处理。这些渗滤液如未经处理，直接排放到自然界，会严重 污染地下水、地表水和土壤，从而污染动植物，并通过食物链进入人体组织， 导致备种疾病，危害人体健康。因此，卫生填埋的技术开发主要集一”在渗滤 液的处理、填埋气的利用和恶臭的防治上。 垃圾的填埋处理作为一种最终处理技术，虽然它有着投资少、处理量 大、技术成熟等一些优点，但其缺点亦很明显：填埋场选址越来越困难；垃 圾小可回收利用部分被埋掉，造成资源浪费；渗滤液污染地下水，使其滩以 治理。 直接填埋处理有着某种程度的不可替代性，但随着能源和资源回收工 作的加强，它在垃圾处理中所占的比例将会越来越小。 1 2 2 堆肥 堆肥是依靠自然界广泛分布的细菌、放射菌、真菌等微生物，在一定 的人为控制条件下，使垃圾中可降解的成分发生生物化学反应，且在发酵过 程的高潺卜杀死垃圾中的病菌虫卵等，成为可施用作农田的土壤改良剂或肥 料的生物化学过稗。幽1 3 为堆肥法生产工艺流程图“1 。在生物化学反应 过程中，垃圾中的有机物与氧气和簧l i 菌相互作用，析出二氧化碳、水- 并放 出热量，同时转化为稳定的腐殖质，经过堆制后体积一般只有原体积的5 0 第常结论 7 0 。 l 厂_ hfl l 上一填埋卜j 图卜3堆肥法生产工艺流私图 堆肥按衙氧程度一般分为厌氧堆肥和好氧堆肥两种。厌氧堆肥是依靠 专性和兼性厌氧细菌的作用来降解有机物的生化过程。这种方法有机物的分 解速度缓慢，发酵周期长占地面积大。而好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧 绌菌的作用来降解有机物的生化过稃。该法有机物的分解速度快，堆肥所需 的天数短，臭气发生誊少，因此采用较多”。现代化的堆肥工艺，特别是城 市垃圾堆肥工艺大都是好氧堆肥。好氧雄肥系统温度一般为5 0 6 5 ， 最高可达8 0 9 0 。c ，故也称为高温快速堆肥。在好氧堆肥发酵过程中，微 生物分解有机物过程总的表达武如下”： 1 不含氦有机物( c x h y o z ) 的氧化 c x h y o z + ( x + i 2 y 1 2 z ) o 。- - 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