（冶金物理化学专业论文）城市生活垃圾直接气化熔融焚烧技术的试验研究.pdf

昆明理工大学硕士学位论文摘要 2 0 0 33 摘要 随着城市及其经济的快速发展，人类面临着生活垃圾包围城市的威胁。我国城市生活 垃圾年产量已达1 5 亿t ，且每年以7 1 0 的速率增长。对生活垃圾的处理走减量化、减 容化和无害化之路已经迫在眉睫。本文在综述了大量的国内外参考文献的基础上，对城市 生活垃圾的处理技术及现状进行了评述，由此提出直接气化熔融焚烧处理生活垃圾的工艺， 讨论了生活垃圾的特性、直接气化熔融焚烧过程、熔融渣再生利用的基础理论和垃圾处理 的发展方向。 首先，对昆明市的城市生活垃圾进行了调查和分析实验研究，结果表明：城市生活垃 圾年产量以达7 5 2 8 万t ，年均递增9 4 ，增长速度接近全国水平；城市生活垃圾中含水量 较高，达到4 0 以上，而且随气候、季节和区域的变化，有一定的波动；城市生活垃圾中 代表可燃成分的有机物含量己达6 0 以上，低位热值在4 5 0 0 k j k g 左右。 其次，对焚烧灰渣与煤混烧的熔融试验研究和生活垃圾进行了直接气化熔融焚烧的试 验，结果表明：直接气化熔融焚烧工艺为先进性的垃圾焚烧工艺，能最大程度地实现生活 垃圾的彻底减容化、无害化和资源化。在直接气化熔融焚烧过程中，炉膛上部温度达到1 1 9 6 ，炉膛下部温度则高达1 3 2 8 c ，热量有效利用率达4 0 9 。对于一定的直接气化熔融焚 烧炉；增加炉床处理能力的同时，可减少辅助燃料的添加量；提高助燃空气的富氧度，可 使炉膛温度快速升高，一般以富氧度的2 7 2 9 为宜。此外，为了稳定地进行直接气化 熔融焚烧，要求生活垃圾的低位热值不低于5 0 0 0 k j k g ；熔融温度的高低取决于灰渣成分， 熔融渣组成成分以s i o z a i 。o r - c a o - - f e ：魄四元系为主。经过直接气化熔融焚烧后的残留熔融 渣热灼减率达0 ，渣中的重金属不易浸出，二恶英含量极低，仅为o 0 0 4 9 n g t e q g ，分解率 达9 9 9 3 ，实现了真正意义上的无害化处理，可直接应用于建筑。由于直接熔融焚烧温度 高达1 3 0 0 c ，烟气的停留时间大于2 s 以上，烟气中的二恶英己被彻底地分解：同时减少了 焚烧时其它有害物质的排放量。 最后，对生活垃圾熔融渣作为水泥路面砖的骨料进行实验研究，制得的产品具有良好 的物理力学性能，完全符合j c 4 4 6 - - 9 1 混凝土路面砖中的要求。熔融渣作为有用资源再 生利用。 总之，生活垃圾直接气化熔融焚烧技术是一种零排放化生活垃圾处理技术，将推动垃 圾处理技术朝无害化、资源化和减量化方向发展。 关键词：城市生活垃圾特性分析气化熔融焚烧熔融渣 垦塑堡兰盔堂堡主堂垡堡窒 塑星 一三! ! ! 三 a b s 仃a c t w i t ht h e i n e r e a s i n gd e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n ，o u r c i t i e s a r cu n d e rt h r e a to fb e i n g s u r r o u n d e db ym u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) i nc h i n a , t h ea n n u a lo u t p u to f m s wh a sa l r e a d y r e a c h e dt o15m i l l i o nt o n s ，a n ds t i l li n c r e a s e dy e a r l ya tt h er a t eo f7 - 1 0 s oi ti se x t r e m e l y i m p o r t a n t f o rm s wt r e a t m e n tt ol i m i tt h eq u a n t i t y , r e d u c et h ev o l u m ea n dl o w e r t h et o x i c i t y t h i s p a p e ri n t e g r a t e da n de x p a n d e dt h ep r e s e n tc o n d i t i o n sa n dt e c h n o l o g i e so f m s wt r e a t m e n tt h a t w e r ei n t r o d u c e di nag r e a td e a lo fr e f e r e n c e sa th o m ea n da b r o a d o nt h ea b o v eb a s i s ，w e p r e s e n t e dt h et e c h n o l o g y o fd i r e c tg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n gm s wi n c i n e r a t i o n ，t h e nd i s c u s s e dt h e p r o p e r t i e so f m s w , t h ep r o c e s so f d i r e c tg a s i f i c a t i o n a n d m e l t i n gi n c i n e r a t i o n ，t h eb a s i cp r i n c i p l e s o f r e g e n e r a t i o n a n d r e c o v e r yo f m e l t i n gs l a ga n d t h ed e v e l o p m e n t a lt r e n do f m s w t r e a t m e n t f i r s t l y , w es u r v e y e da n da n a l y z e d o n m u n i c i p a ls o l i d w a s t ef r o mk u n m i n gc i t y t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：( 1 ) t h ea n n u a lo u t p u to fm s w i nt h ec i t yi sa b o u t7 5 2 8t h o u s a n dt o n s ，a n dt h e a n n u a la v e r a g er a t eo f i n c r e a s i n gi s9 4 ，w h i c ha p p r o a c h e d t ot h en a t i o n a ll e v e l ( 2 ) m s wh a da h i g hw a t e rc o n t e n to f4 0 a n dt h em o i s t u r ev a r i e dw i t he l i m a t e ，s e a s o n sa n da r e a s ( 3 ) t h e o r g a n i cm a t t e rr e p r e s e n t e df o rc o m b u s t i b l es u b s t a n c e i nm s ww a sa b o v e6 0 ，a n dt h el o w t h e r m a lv a l u ea p p r o a c h e d 4 5 0 0 k j k g s e c o n d l y , i tw a s s t u d i e do nt h em e l t i n ge x p e r i m e n t so nt h em i x t u r eo fi n c i n e r a t i o ns l a ga n d c o a l ，a n dd i r e c tg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n gi n c i n e r a t i o no fm s w , r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h et e c h n o l o g yo fd i r e c t g a s i f i c a t i o n a n dm e l t i n gi n c i n e r a t i o nw a sam o r ea d v a n c e d i n c i n e r a t i o nt e c h n o l o g yo fm sw w h i c hc a nr e a l i z et h eg o a lo fl i m i t i n gt h eq u a n t i t y , r e d u c i n gt h e v o l u m ea n dl o w e r i n gt h et o x i c i t yt ot h ee x t e n t i nt h ep r o c e s so fd i r e c tg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n g i n c i n e r a t i o n ，t h et e m p e r a t u r ea tt h et o pa n db o t t o mo f f u r n a c ec h a m b e rw a s11 9 6 a n d13 2 8 r e s p e c t i v e l y , a n d t h ee f f e c t i v eu t i l i z a t i o nr a t i oo f t h e r m a l e n e r g y w a sa b o u t4 0 9 f o rc e r t a i n d i r e c tg a s i f i c a t i o na n d m e l t i n gi n c i n e r a t i o nf u r n a e e ，w ec o u l di m p r o v e t h et r e a t m e n tc a p a c i t yo f t h ef u l t l a c ca sw e l la sd e c r e a s et h eq u a n t i t yo fa u x i l i a r yf u e l s i na d d i t i o n ，t h el o wt h e r m a lv a l u e o fm s ws h o u l db en o tl e s st h a n5 0 0 0 k j k gi no r d e r t os t a b i l i z et h ep r o c e s so fd i r e c tg a s i f i c a t i o n a n dm e l t i n gi n c i n e r a t i o n a st ot h em e l t i n gt e m p e r a t u r e ，i td e p e n d e do ns l a gc o m p o s i t i o n t h e s l a gw a sm a i n l yc o m p o s e d o ft h ef o u r c o m p o n e n ts y s t e mo fs i 0 2 - a 1 2 0 3 一c a o - f e 2 0 3 t h r o u g ht h e p r o c e s so f d i r e c tg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n gi n c i n e r a t i o n ，t h er a t et h e r m a ld e c a yr e m a i n i n gm e l t i n g s l a gw a sc l o s et oz e r o ，a n dh e a v ym e t a l sc o u l dn o tb el i x i v i a t e df r o mt h es l a g t h ec o n t e n to f d i o x i n sw a so n l y0 0 0 4 9 n g t e q g ，a n dt h ed e c o m p o s i t i o nr a t er e a c h e d9 9 9 3 ，s oah a r m l e s s t 1 堡塑堡王盔堂堡主堂垡丝壅 ! 堕鐾! ! ! ! ：! t r e a t m e n to nm s ww a sr e a l i z e dt h r o u g ho u rt e c h n o l o g y s i n c et h et e m p e r a t u r ei nt h ep r o c e s so f d i r e c tg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n gi n c i n e r a t i o nw a sa b o v e1 3 0 0 。ca n d t h er e s i s t a n c et i m eo f t h ef u m e w a sm o r et h a n2 s ，s ot h ed i o x i n si nt h ef m n ew a sd e c o m p o s e dc o m p l e t e l y a tt h es a n l et i m e ，t h e d i s c h a r g e r a t eo fh a r m f u lm a t t e rf r o mi n c i n e r a t i o nf u r n a c ew a sd e c e a s e d a t l a s t ，i tw a s s t u d i e dt h a tt h em e l t i n gs l a go f m u n i c i p a ls o l i dw a s t ew a su s e da st h em a i nr a w m a t e r i a l so fc e m e n tp a v e m e n tb r i c k t h ep r e p a r e dp a v e m e n tb r i c kw a sc h a r a c t e r i s t i co fg o o d p h y s i c a la n d m e c h a n i cp r o p e r t i e s ，w h i c ht o t a l l ym e e tt ot h er e q u e s to f c o n c r e t ep a v e m e n tb r i c k ( j c 4 4 6 9 1 ) b y t h i sm e a n s ，t h em e l t i n gs l a gc o u l db er e c o v e r e da su s e f u lr e c o u r s e s i n c o n c l u s i o n ，d i r e c tg a s i f i c a t i o na n dm e l t i n gm s wi n c i n e r a t i o n i so n ez e r o d i s c h a r g e t e c h n o l o g y o fm s wt r e a t m e n t ，a n di tc o u l dp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fm s wt r e a t m e n t t e c h n o l c l g i e s k e y w o r d s ：m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s v o ；c h a r a c t e r i s t i ca n a l y s i s ；g a s i f i c a t i o na n dm e l t i n g i n c i n e r a t i o n ；m e l t i n gs l a g i i i 丫5 6 6 18 9 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均己在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：汛建 乱 日期：2 0 0 3 年3 月1 1 日 毙鞠理工大学硕士学位论文第一章绪论 第一牵绪论 1 1 城市生活垃圾的来源、分类及特点 城枣是人类享圭会发疑劐一定除段粒产凌，楚王犍、亵延、交逶汇集戆鼗农整天 口居住的地方。在我国，城市是国家疑济、政治、科学技术、文化教育的中心， 是观代工业、商贸和人口榘中的地区。国家经济、科学和文化教育事业的发展主 黉依蔽予城枣，势默城赘为串，赣嚣秘豢动整个藿嚣经济秘挂会懿发溪。域枣 环境是保证城市经济发展和人民生涵的基本条件，也是城市功能正常发撵的物质 熬础。因此，维护和提高城市环境质嫩是推进城市现代化发展、保证城市可持续 笈震斡重要条 譬。 城市环境包括自然环境和社会环境两大系统。自然环境包括大气、水、土壤、 动植物、热电磁辐射等。社会环境包括居住环境、市政及公欺设施、文化娘乐环 壤、羧务环境簿。影响秘藏黪城市蓼壤熬主要嚣豢势残兔公塞瓣是：废承、废气、 瀚体废弃物和噪音。其中城市居民活动产出的垒滔垃圾是数鬃疑大、成分复杂的 主要固体废弃物 1 2 3 1 。 ， 。 城隶篷溪垃圾的来源 城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常擞活提供服务的活动 中产生的废弃物。如厨余、废纸等。 我国城隶生活垃圾圭蘩由器民生瓣垃圾、餐遴僳涪垃圾黎褰霾垃圾三丈类组成 ”“3 。居民生活垃圾数量大、成分复杂，时间、季节和气候对其主要组成影响较大。 衡道保洁垃圾来自街道等路厩的清扫，其成分与髅民生活垃圾相似，但泥沙、桔 援蒗咛羁蠢鼗雹装较多，荔褒毒梳耪袋少，含拳爨较低。集溺继瑗楚豢瓠关、学 校、工厂和第三产业在生产和工作过程中产生的废弃物，它的成分随发嫩源不同 而变化，但对某个发生源则相对稳定。例如：来自菜市场的垃圾以易腐性有机物 为蔓；寒叁予镶售蠢场羹| l 虢各类赛鑫壤装翅为主；学校襄蔽学生丢赛豹废缎、各 炎商品包装物和学习生活用品使用完厩的废弃物为主。后两炎垃圾与居民垃圾相 比，其成分段为单一稳定，含水量较低，易燃物所占的比例较大、热值较高，其 热篷一般为6 0 0 0 2 0 0 0 0 k j k g ，该类圭壹较与发生滚瓣发震零乎、人员素震鸯缀大联 系。“。 垦塑理三盔堂堡主堂焦堡塞筮二童堕堡 ： ! ! ! ! ：1 1 1 2 城市生活垃圾的分类 城市生活垃圾种类繁多、成分复杂、波动性大。一般可以有以下几种分类方 法f 8 9 1 0 1 ： ( 1 ) 按其组成成分可分为：有机物和无机物； ( 2 ) 按其物理组分可分为：厨余、纸类、木、草、塑料、橡胶、玻璃、金属、灰 土等1 8 类； ( 3 ) 按工业分析可分为：灰份、固定碳、水分、热值； ( 4 ) 按元素可分为：碳( c ) 、氢( h ) 、氮( n ) 、氧( 0 ) 、硫( s ) 、氯( c 1 ) 等； ( 5 ) 按可回收再生利用性可分为：可回收垃圾和不可回收垃圾。 在我国，一般将城市生活垃圾分为有机物、无机物、纸、塑料、橡胶、布、 木竹、玻璃、金属等9 类。表1 1 h o - 1 6 中列出了中国部分典型城市生活垃圾的1 l 组数据。 表1 1中国部分典型城市生活垃圾的组成 城市年份有机物无机物纸类木竹塑料、橡胶布类玻璃金属 上海1 9 9 96 5 2 11 5 19 2 31 1 81 4 1 62 2 15 3 60 8 4 北京2 0 0 0 5 6 63 6 0 04 20 6i 2o 6o 8 昆明2 0 0 06 7 6 76 9 71 1 4 39 4 3l _ 0 62 0 20 8 7 杭州1 9 9 7 5 8 1 92 4 0 03 6 81 2 07 6 32 2 32 0 90 9 8 青岛1 9 9 74 2 2 03 6 1 04 0 01 1 2 03 2 02 2 01 1 0 西安1 9 9 7 1 5 7 46 3 5 23 3 534 97 9 32 4 81 8 41 2 0 广州1 9 9 6 6 0 。1 71 7 1 25 4 01 0 68 9 93 4 03 3 70 4 9 深圳2 0 0 0 5 9 47l l1 43 9 5 重庆2 0 0 i5 4 2 62 0 2 25 3 91 3 51 1 8 22 8 42 1 91 1 6 武汉1 9 9 65 2 0 01 9 7 87 1 21 7 29 8 51 4 27 1 40 9 8 香港1 9 9 7 2 5 5 01 5 7 02 5 7 05 0 01 7 1 04 2 0 3 2 03 6 0 1 1 3 城市生活垃圾的特点 1 1 3 1 资源和废物的相对性 垃圾具有鲜明的时间和空问特征，是在错误时间放在错误地点的资源1 、1 7 18 、 19 1 。在当今能源短缺问题日益突出，社会的发展对能源的依赖也越来越强。城市生 活垃圾则是一座隐埋在城市中的宝藏，人类已经开始意识到开发生活垃圾的潜能。 2 垦塑堡三盔堂堡主堂垡坠奎墨二至堑笙 垫塑：! 从时间方面讲，垃圾仅仅是在目前的科学技术和经济条件下无法加以利用，但随 着时间的推移，科学技术的发展，以及人们要求的变化，今天的废物可能成为明 天的资源。从空间角度看，废物仅仅相对于某一过程或某一方面没有使用价值， 而并非在一切过程或一切方面都没有使用价值。一种过程的废物，往往可以成为 另一种过程的原料。城市生活垃圾的一些组分具有某些工业原料所具有的化学、 物理特性，且较废水、废气易收集、运输、加工处理，因而可以回收利用。 1 1 3 2 废物的富集状态和污染源头 城市生活垃圾包括人类生活过程产出的废物的终极状态。一些生活废物如厨 余、纤维、金属等在使用完后，丢弃成为城市生活垃圾，城市生活垃圾中含有有 害物质和无害物质，是生活废物的富集终态。但是，这些“终态”废物中物质， 在长期的自然因素作用下，其中含有的有害成分重新发散到大气、水体和土壤中， 故又成为大气、水体和土壤环境的污染源头”【1 1 7 、1 8 2 0 2 1 2 2 1 。 1 1 3 3 危害具有潜在性、长期性和严重性 城市生活垃圾对环境的污染不同于废水、废气和噪音。城市生活垃圾具有停 留时间长、扩散性小，它对环境的影响主要是通过大气、水和土壤进行的。其中 污染成分的迁移转化是一个比较缓慢的过程。例如垃圾中的重金属成分在垃圾堆 积时由于垃圾中的有机物在降雨或地下水的作用下，分解出酸碱溶液浸出重金属 在土壤和地下水中迁移。这种垃圾的危害可能在数年甚至数十年后才能被发现【1 17 1 8 2 3 、2 4 。从某种意义上说，生活垃圾对环境造成的危害可能要比废气、废水和 噪音造成的危害要严重的多。 1 2 城市生活垃圾带来的环境问题 1 2 1 产生量与日剧增 随着城市化进程的加快、城市数量的增多、规模扩大和人1 ：3 增加，我国城市 生活垃圾的产生量和堆积量都在迅速地增长。图1 1 1 18 2 5 2 6 、2 7 2 8 2 9 1 为我国自 1 9 7 9 2 0 0 0 年城市生活垃圾的年产生量变化趋势图。自1 9 7 9 年以来，我国的城市 生活垃圾平均以每年8 - - 1 0 的速度增长，由1 9 8 0 年的3 1 3 2 x 1 0 6 t 猛增至1 9 9 0 年的6 7 6 8 8 1 0 6 t ，增加了2 1 6 1 。1 9 9 1 年我国生活垃圾的年总清运量为6 7 6 6 8 1 0 6 t ，到2 0 0 1 年已达1 5 亿t ，增长了2 2 1 6 。而生活垃圾的累积量则达到了 5 0 多亿吨。预计2 0 0 2 年我国城市生活垃圾的总产量将达到1 6 1 0 s t 。 昆明理 j 大学硕士学位论文第一章绪论 岛 曼 商 钆 疑 捌 蜒 划 忙 蟒 年份 图11 我国自1 9 7 9 2 0 0 0 年城市生活垃圾的年产生量变化趋势 我国城市生活垃圾总量的大幅度增长主要由于城市规模、数量、城市人1 ：3 、 经济发展水平和民用燃料结构等因素的变化有关。据统计，目前我国城市人均年 产生活垃圾4 5 0 5 0 0 k g ，2 0 0 万以上人1 ：3 的城市人均日产生活垃圾0 6 2 0 9 8 k g ， 中小城市人均日产生活垃圾1 1 1 3 k g 。生活垃圾产量的6 0 集中在全国5 0 万以 上人口的重点城市，全国2 0 0 多个城市处于垃圾山的包围之中。直辖市和省会城 市在垃圾产生量方面占有重要比例，但中小城市垃圾产量的变化也不容忽视f 3 0 3 1 1 ”】。我国城市生活垃圾的产生量与城市人e l 的增长成正比例的关系，并且城市人1 ：3 的数量是影响我国城市生活垃圾总量的最主要因素。 城市生活垃圾在产量迅速增加的同时，成分也发生了很大的变化，具体表现 为有机物的增加、可燃物的增多( 热值增加) 和可利用价值增大。随着我国国民 经济的快速发展，我国居民生活水平已经在二十年前的基础翻了好几翻，居民的 生活方式也随着生活水平的提高发生变化，消费观念和消费意识的变化，以及包 装工业的发展，一次性商品的广泛应用，商品包装材料的过度浪费问题也日趋严 重，我国城市生活垃圾中的有机物如塑料、橡胶等成分的比例则不断地增加，灰 土、煤灰等无机物则随着大力提倡创建清洁卫生的城市而不断地降低；生活垃圾 中的金属、纸类等可回收资源也到处可见，这不仅增加了垃圾产生量，也是资源 的极大浪费。目前，我国的城市生活垃圾一般为厨余3 0 5 5 、灰土1 0 5 0 、水 分4 0 6 0 、热值3 3 4 9 6 2 8 0 k j k g 2 7 3 3 3 4 、35 1 。 1 2 2 占用大量的土地资源 生活垃圾的露天堆放和填埋处理，需要占用大量土地资源。目前，我国的生 活垃圾主要采取卫生填埋或露天堆放，占垃圾处理总量的7 9 2 2 7 36 1 。我国生活 垃圾的产生量越大，累积的堆积量越大，至2 0 0 1 年我国生活垃圾的累积量已达6 0 4 垦塑望王盔堂堕主堂焦堡塞 箜二至堡垒 ! ! 塑：! 多亿t ，在填埋处理占主导地位时，需要的土地面积也就越大，如此下去，势必危 及到我国有限的耕地资源。在全国6 6 6 座城市中，已有2 0 0 多座城市陷入垃圾包 围之中。据报道【2 8 、3 ”，上海市范围内5 0 m 2 以上的垃圾堆近2 0 0 0 个，占总地面积 约5 3 0 平方公里。而全国生活垃圾占地面积高达5 万多平方公里。并且垃圾任意 侵占农田的现象，在我国相当普遍。 1 2 3 生活垃圾对环境造成的威胁 生活垃圾是以多种污染成分存在且长期存在于环境中。在一定的条件下，垃 圾会发生化学的、物理的或生物的转化，对周围的环境造成一定的影响。如果处 理不当，垃圾中的污染成分就会通过水、气、土壤、食物链等途径污染环境，危 害人体健康2 4 、2 6 、2 7 3 8 3 94 0 1 。生活垃圾对环境的影响主要表现在： 1 2 3 1 对大气环境的影响 生活垃圾中的细微颗粒等在自然风力的带动下随处飞扬，从而对大气环境造 成污染。此外，一些生活垃圾中的有机废物，在适宜的湿度和温度下被微生物分 解，释放出有害气体、产生毒气和恶臭，造成地区性大气污染。 1 2 3 2 对水环境的影响 城市生活垃圾中不但含有病原性微生物，且在堆放的过程中还会产生大量的 酸性和碱性有机污染物，并将生活垃圾中的重金属溶解出来，是集有机物、重金 属和病原性微生物三位一体的污染源。 1 2 3 3 对土壤环境的影响 生活垃圾及其渗滤液中的有害物质会改变土壤的性质和土壤结构，并对土壤 中微生物的活动产生影响。垃圾中的有害物质可能杀害土壤中原有的微生物，而 大量繁殖另外几种微生物，破坏原有的生物链。此外，垃圾中的有害成分存在， 还会在植物有机体内积蓄，通过食物链危及生态平衡和人类健康。 1 2 3 4 影响环境卫生、传播疾病 伴随着城市人口的增加，城市生活垃圾量也在增加。据全国3 0 0 个城市的统 计”、2 “，城市垃圾的清运量仅占生活垃圾产生量的8 2 左右。由于管理和环境意识 的薄弱，城市中的一些死角便成了垃圾堆放的“理想”场地，这严重影响环境卫 生，以及到处可见的“白色污染”对市容和景观产生“视觉污染”。这不仅破坏了 城市、风景点等的整体美感，而且损坏了政府和国民的素质形象。同时，垃圾的 昆明理工大学硕士学位论文第一章绪论 随意堆放，许多疾病的病菌在垃圾堆中滋生、繁殖和蔓延。 1 。3 国内外城市生活垃圾处理技术 生活垃圾的处理利用，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、城市规划等方面的因素。当前世 界上城市生活垃圾处理的方法( 按处理工艺分) 主要有3 种：卫生填埋。堆肥和 焚烧1 4 1 、4 2 4 3 “舢。在现阶段，其它处理方法尚处于试验阶段，在整个垃圾处理量中， 只占有很小的比例。由于我国城市生活垃圾处理工作起步较晚，水平较低，基础 设施差，生活垃圾治理仍处于初级阶段，基本上没有可靠的工艺设备能对城市生 活垃圾进行科学治理，因而城市生活垃圾已成为我国城市最严重的污染之一。同 样，我国城市生活垃圾主要以露天堆放和卫生填埋为主。表1 2 【2 9 4 5 4 6 、4 7 1 列出了 国内外各种垃圾处理方法占垃圾处理总量的比例。 表1 2 国内外城市生活垃圾处理方法比重表， 国别卫生填埋堆肥焚烧 美国 7 052 5 日本 2 826 5 英国 8 911 0 法国6 01 0 2 0 瑞士1 51 47 0 丹麦 3 226 2 比利时 6 263 0 新西兰9 33 4 中国台湾4 9 1 6 0 1 61 9 5 2 中国 7 9 21 8 22 1 3 1 卫生填埋 城市生活垃圾填埋是城市垃圾中的有机成分在填埋场的厌氧条件下，经厌氧 微生物分解的过程。城市生活垃圾卫生填埋是目前国内外广泛采用的垃圾处理技 术。十余年来，中国垃圾卫生填埋处理技术有了很大发展，据初步估计【4 8 “9 1 ，目 前，我国垃圾处理量的8 0 以上采用卫生填埋，而且垃圾卫生填埋处理还将是中 国今后相当长一段时间内应采用的主要的实用的垃圾处理方式。 垦塑堡王盔堂堡主堂垡堡塞塑二童堑笙 ! ! 堕：! 目前5 0 、5 ，中国城市生活垃圾处理方式比起西方发达国家( 如美国、德国和 日本等) 还比较落后，除不到15 的垃圾采用高温堆肥、卫生填埋和焚烧外，其 余大多数垃圾采用运至市郊裸露堆放的简易填埋。与西方发达国家提出的系统化、 科学化的卫生填埋方法相比相差甚远。 尽管垃圾填埋处理具有操作简单，成本低，适应性广的优点，但是存在潜在 二次污染，且占用大量珍贵的有限的土地资源。对于日产城市生活垃圾2 0 0 0 t 的中 等发展城镇，即使采用先进的填埋技术，每年仍需占用1 5 0 亩土地。垃圾填埋技 术不仅浪费宝贵的土地资源和垃圾自身巨大能量，而且还存在对大气、水、土壤 长久的污染威胁【5 2 5 3 1 。 1 3 2 堆肥 城市生活垃圾堆肥化处理就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等 微生物，在一定的人工条件下，有控制地促进可被微生物降解的有机物向稳定的 腐殖质转化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。垃圾堆肥技术实现了资源 的回收，达到了垃圾处理技术的资源化要求，促进了自然界物质良性循环。然而， 采用堆肥化处理的是来自生物的固体废弃物，并且实现的无害化是相对的，指的 是堆肥产品对环境是无害的，并不是堆肥化处理后的废物是稳定、无害的。城市 垃圾经过堆肥化处理，制得的成品称作堆肥。城市生活垃圾经过堆肥化处理后， 其体积一般只有原有体积的5 0 7 0 t 5 2 5 4 5 5 5 矾。 堆肥化系统有3 种分类方法1 5 4 5 7 、58 1 。按需氧程度分为：好氧堆肥和厌氧堆肥； 按操作温度分为：中温堆肥和高温堆肥：按操作技术分为：露天堆肥和机械密封 堆肥。能作为堆肥基质的有机物包括有机垃圾、粪便、污泥、农林废物、泔脚等。 利用城市生活垃圾为原料进行堆肥时，产品中的n 、p 、k 含量比起化肥的n 、p 、 k 古量要低的多，但是，由于城市生活垃圾中含有塑料、玻璃、陶瓷等堆肥危害物 存在且含量不断地在增加，因此，对堆肥原料要进行预处理分选出不易腐化的物 质，从而增加了堆肥化的处理成本。另外，由于堆肥中重金属随着施肥时进入土 壤，在自然界各种因素的作用下，某些重金属会在土壤中积累，使得土壤中的重 金属含量明显提高，加大了重金属污染食物链的威胁性。在我国，生活垃圾堆肥 技术的推广关键受到垃圾的收集方式、垃圾的成分、类别及实行垃圾收费政策等 因素的制约。 此外，尽管堆肥是一种最符合生态学要求的垃圾处理技术，但存在着设备投 资大，处理周期长，处理量小，适应性差( 对垃圾中的有机物、水分等有一定的 7 垦塑堡王盔堂堡圭堂垡鲨塞苎二童鱼坠 ! ! ! ! ：! 一 要求) ，产品销路不好，难以普遍推广等问题，故垃圾堆肥技术很难大规模应用。 1 3 3 焚烧 城市生活垃圾焚烧技术源于1 9 世纪末，二次世界大战后，焚烧技术迅速发展， 如今，欧洲共同体、美国、1 3 本的焚烧技术居世界领先地位 5 2 5 9 6 0 川6 2 1 。我国 生活垃圾焚烧技术的研究起步于2 0 世纪8 0 年代6 3 、“】。焚烧是一种对城市生活垃 圾进行高温热化学处理的技术。将生活垃圾作为固体燃料送入焚烧炉炉膛内燃烧， 在鼓入助燃空气和8 5 0 。c 以上的高温条件下，城市生活垃圾中的可燃成分与空气中 的氧进行剧烈的化学反应，释放出热量和高温可燃气体以及少量性质稳定的固体 灰渣。当生活垃圾有足够的热值时( 生活垃圾的低位热值3 3 6 0 k j k g ) ，生活垃圾 能靠自身的能量维持自燃，而不用再提供辅助燃料。垃圾燃烧产生高温可燃气体 可作为能源进行回收利用，垃圾燃烧的余热利用符合垃圾处理技术的资源化准则： 性质稳定的灰渣可以进行有类别的利用或直接填埋处理；经过焚烧处理，分解、 破坏了垃圾中的有害、有毒废弃物和各种恶臭，彻底消灭了细菌、病毒；垃圾焚 烧后的烟气基本上以二氧化碳、水蒸气、氮气的形式排放6 5 “6 1 。焚烧处理可以使 垃圾减重7 0 7 5 ，减量8 0 9 2 。因此，采用焚烧法处理城市生活垃圾可实现 垃圾的减容化、无害化和资源化，是处理生活垃圾的一种最有效的方法之一。 据统计 6 7 7 0 1 ，目前全世界每年垃圾焚烧量约为1 1 亿t ，焚烧法处理城市生活 垃圾，是当前世界工业发达国家最广泛采用的手段之一，如日本、德国、美国、 法国等国于1 9 9 5 年焚烧处理率分别为7 2 8 、5 0 5 、1 0 、3 8 。随着科学技术 的发展，垃圾焚烧的工艺和设备不断完善，采用焚烧方法处理城市生活垃圾可以 从垃圾中回收大量的金属和热能。据测定，若措施得当，利用lt 城市生活垃圾， 可获得约3 0 0 4 0 0 k w 的电力生产能力。今天，为了缓和城市能源短缺，城市生活 垃圾可以被看作是第二能源而被加以利用一一供热或发电。 然而随着社会的发展和人们对自然环境要求的提高，对采用焚烧的方法处理 城市生活垃圾又提出了更高的要求，对焚烧可能产生的二次污染问题提出了更严 格的环保标准。若采用不当的焚烧方式，在垃圾焚烧厂周围，将会造成环境的污 染，特别是对大气的污染比较严重。垃圾焚烧的同时会有重金属、氯有机化合物 ( 二恶英类) 、氯化氢、硫化物、氮化物及氟化物随同烟尘一起排放到环境中。 总之，无论是发达国家，还是发展中国家，生活垃圾的处理要求随着人们对 环境要求的提高而不断提高。垃圾处理技术必将围绕着减量化、资源化、无害化 的治理目标实施与展开，尤其是采用有效措施促进生活垃圾资源的开发利用，己 r 昆明理工大学硕十学位论文第一章绪论 2 0 0 3 3 经受到世界各国的普遍重视。表1 3 是卫生填埋、堆肥和焚烧三种生活垃圾处理技 术的概括比较2 7 7 1 7 2 、7 3 1 。 表1 3 生活垃圾处理技术的比较 项目卫生填埋焚烧 堆肥 操作安全性较好，注意防火好 好 技术可靠性可靠可靠可靠，国内有相当经验 占地大小中等 较困难，要考虑地形、 较易，仅需避开居民密集 地质条件，防止地表水、易，可靠近市区建设，运 选址区，气味影半径小于 地下水污染，远离市区，输距离较近 2 0 0 m ，运输距离适中 运输距离较远 无机物 6 0 垃圾低位热值从无害化角度，垃圾中可 适用条件 3 3 6 0 k j k g 时不需添加生物降解有机物 1 0 ， 含水量 4 0 仅残渣需作填埋处理，为非堆肥物需作填埋处理， 最终处置无 初始量的1 0 为初始量的2 0 一2 5 建立稳定的 产品市场可回收沼气发电能产生热能或电能 堆肥市场较困难 建设投资较低较高适中 无现场分选回收实例， 前处理工序可回收部分 资源回收原料，但取决于垃圾中可同左 但有潜在的可能 利用物的比例 有可能，但可采取 在处理厂区无，在炉灰填 地表水污染埋时，其对地表水污染的 在非堆肥物填埋时 措施减少可能性与卫生填埋相仿 可能性比填埋小 有可能，虽可采取灰渣中没有有机质污染 重金属可能随堆肥 地下水污染防渗措施，但有物，填埋时采取固化 制品污染地下水 可能发生渗漏可防止污染 有，但可用覆盖 可以控制，但二恶英 大气污染等微量剧毒物需 有轻微气味，污染 压实等措施控制指标可能性不大 采取措施控制 需控制堆肥制品中 土壤污染限于填埋场区无 重金属含量 1 4 城市生活垃圾焚烧技术的发展及开发新工艺的意义 1 4 1 垃圾焚烧技术的发展现状 垃圾焚烧技术已有1 0 0 多年的发展历史，特别是自上个世纪7 0 年代全球受资 源和能源危机的影响以及各种不同环保法规的实施和不断强化，垃圾焚烧技术得 到迅速的发展。据统计，在美国【5 9 、7 4 76 1 ，1 9 8 0 年采用焚烧技术处理的垃圾仅占垃 圾处理量的9 0 ，1 9 9 0 年为1 6 ，3 ，2 0 0 0 年则增长到2 0 8 ，平均增长率为4 2 8 。 9 垦塑堡兰盔堂堕主堂垡鲨塞茎二至丝鲨 ；! ! ! ：! 而生活垃圾的总量则由1 9 8 0 年的1 5 1 5 亿t 增长到2 0 0 0 年的2 2 2 1 亿t ，平均增长 率是1 9 3 ；在日本，1 9 9 5 年城市生活垃圾产量为5 0 0 3 0 万t ，焚烧率达到7 4 ， 是世界上的头号焚烧大国，共有垃圾发电站1 t 6 处，装机容量3 2 0 m w 。 目前，国外已运行的生活垃圾焚烧工艺有很多种类，按焚烧工艺可分为传统 的垃圾焚烧技术和气化熔融焚烧技术。传统的垃圾焚烧技术根据焚烧炉型可分为 固定床式焚烧技术一机械炉排式焚烧技术、回转窑式焚烧技术和流化床式焚烧技 术，一般的焚烧温度控制在9 0 0 以下；气化熔融焚烧技术按工艺的流程可分为传 统焚烧+ 灰渣熔融技术；两步法气化熔融焚烧技术和( 一步法) 直接气化熔融焚烧 技术。目前国外所采用的几种焚烧炉工艺特征比较见表1 4 t 2 7 6 3 7 7 7 9 1 。 表1 4 几种焚烧工艺的工艺特征 比较项目机械炉排式流化床式回转窑式气化熔融式 先将生活垃圾进 将生活垃圾供到炉排 垃圾从炉膛上部供 垃圾从一端供入 行热解产生可燃 焚烧上，助燃空气从炉排下 给，助燃空气从下 且在炉内翻动燃 性气体和固体残 原理供给，垃圾在炉内分干 部鼓入，垃圾在炉 烧，燃尽的炉渣 渣，然后进行燃 内与流动的热砂接烧和熔融：或将 燥、燃烧和燃烬带从另一端排出 触进行快速燃烧气化和烙融燃烧 合为一体 过去为应用最广的生 2 0 年前开始使用，处理高水分的生近年开始应用于 应用目前几乎不再建设活垃圾和热值低美国、德国、日 活垃圾焚烧技术 新厂的垃圾常常采用本等发达国家 单炉最大 处理能力 1 2 0 0 t d1 5 0 t d2 0 0 t d2 0 0 t d 入炉前需粉碎到因炉型而异，有 前处理一般不需要一般不要 2 0 c m 以下的需干燥和粉碎 烟气烟气含飞灰较高、除二烟气中含有大量灰烟气除二恶英外烟气含二恶英 处理恶英外，其余易处理尘，烟气处理较难其余易处理少，易处理 二恶英燃烧温度较低，易产生 较易产生二恶英较易产生二恶英不易产生二恶英 控制二恶英 炉渣处 设备简单设备复杂设备简单设备简单 理设备 燃烧因炉型而异，有 管理 比较容易难比较容易 的难。有的容易 运行费比较便宜比较高较便宜比较高 维修方便较难较难较难 焚烧需经无害化处理后才需经无害化处理后需经无害化处理炉渣已经高温消 炉渣可利用才可利用后才可利用毒，可直接利用 减量比1 0 ：11 0 ：11 0 ：11 2 ：1 减容比3 7 ：13 3 ：l4 0 ：17 0 ：1 尽管机械炉排式焚烧炉和流化床式焚烧炉是目前世界上大多数国家大型生活 垃圾焚烧炉的主流设备。但是传统的焚烧方式易产生二次污染，二次污染包括剧 毒的二恶英类污染；c d 、a s 、h g 、p b