兰州市生活垃圾物理特征与焚烧处理可行性分析.pdf

兰州大学 硕士学位论文 兰州市生活垃圾物理特征与焚烧处理可行性分析 姓名 姬爱民 申请学位级别 硕士 专业 环境工程 指导教师 曾正中 20070501 摘要 随着垃圾产生量的增长 垃圾处理己成为世界各国共同面对的难题 生活垃圾产生量 和物理特征是选择垃圾处理处置技术的重要依据 垃圾的热值大小 是垃圾能否焚烧处理 的必要条件 但不是充分条件 兰州市在垃圾物理特征方面的研究处于空白状态 资料十 分匮乏 且焚烧处理技术已开始介入兰州垃圾处理市场 因此研究兰州市生活垃圾物理特 征与焚烧处理的可行性很有必要 且具实际价值 通过现场和对相关部门的调查 估算出兰州市生活垃圾人均产量1 1 9 k g 天 人 日 均产量约2 4 6 8 t 并分析了产量的分布情况 通过利用现有仪器和国家标准测定方法 于 典型季节对兰州市和主城区现有填埋场进行现场采样 分拣和实验室分析 得到了垃圾组 分 含水率 灰分 可燃组分和发热量等物理特征的定量数据 在此基础上 分析了焚烧技术的实施条件 包括技术设备 垃圾热值 经济 政策 运行管理等因素 并根据兰州市实际情况 运用层次分析方法 通过定量计算优劣系数 分析了焚烧处理垃圾的可行性 得出目前兰州市不适合采用焚烧处理方法 填埋仍然是最 优选择的方法的结论 可为有关政府决策部门提供参考 关键词 生活垃圾物理特征焚烧条件层次分析法可行性兰州市 A b s t r a c t T h ep r o d u c t i o ni n c r e a s i n go fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e M S W h a sc a u s e dah a r dp r o b l e mt h a t a l lo v e rt h ew o r l dm u s tf a c et 0 T h ep r o d u c t i o na n dt h ep h y s i c a lc h m a c t e r i s t i c so f M S Wi so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tt h e o r e t i cf o u n d a t i o nf o rc h o o s i n gd i s p o s a lo fM S W n ec a l o r i cv a l u eo f M S Wi st h en e c e s s a r yc o n d i t i o nf o rM S Wc o m b u s t i o n b u tn o tt h ea m p l ec o n d i t i o n s T h e r ei s l i t t l ed a t eo f p h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dc a l o r i cv a l u eo f M S Wa b o u tL a n z h o u w i t hi n c i n e r a t i o n i sb r o u g h ti nL a n z h o u i t Sn e c e s s a r ya n dh a sr e a lv a l u et og a i ne n t i r e l yc u r r e n ti n f o r m a t i o na b o u t c h a r a c t e r i s t i c so f M S Wo f L a n z h o u T h r o u g hi n v e s t i g a t i o no f s c e n ea n dc o r r e l a t e ds e c t o r s t h ep e rc a p i t ao u t p u to f s o l i dw a s t e i n L a n z h o uc i t yi se s t i m a t e da b o u t1 1 9 k g d s i n g l ed a yp r o d u c t i o nw h i c hi s2 4 6 5 t a n dd i s t r i b u t i o n a r er e s e a r c h e d T h r o u g hs c e n es a m p l i n g s o r t i n ga n da n a l y s i w i t hh a n d ya v a i l a b l ef a c i l i t i e sa n d c r i t e r i ad e t e r m i n i n gm e t h o d i nc a n o n i c a ls c a s 0 1 硌a n da v a i l a b l el a n d f i l ls i t e s p h y s i c a l c o m p o s i t i o n w a t e rc o n t e n t a s hc o n t e n t c o m b u s t i b l ec e n t c a l o r i cv a l u e e t co f t h ep h y s i c a l c h a r a c t e r i s t i c sa l ee x a c t l yg o t 1 1 圮a f f e c t i n gf a c t o r s o fM S Wm c i n e r a t i o n i n c l u d i n gt e c h n i c a lp l a n tc o n d i t i o n M S W c h a r a c t e r i s t i c sc o n d i t i o n c u r r e n te c o n o m i cc o n d i t i o n p o l i c yc o n d i t i o n o p e r a t i o nm a n a g e m e n t c o n d i t i o n e t c a l ea n a l y s e d T h r o u g hc a c u l a t i n gt h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g e f e a s i b i l i t yi n M S Wi n c i n e r a t i o ni sd i s c u s s e db ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s a c c o r d i n gt ot h er e a l i s t i c c o n d i t i o n s mc o n c l u s i o n t h a ti n c i n e r a t i o nd o e sn o tf i ti nL a n z h o u l a n d f i l l i Ss t i nt h eb e s t m e t h o df o rM S Wd i s p o s a l i sd r a w n w h i c hw o u l db ea sr e f e r e n c ef o rr e l a t e dc o r r e l a t e d d e p a l t m e n t 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 ep h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c sb u r n i n gc o n d i t i o n a n a l y t i c h i e r a r c h yp r o c e s sf e a s i b i l i t y L a n z h o u 原创性声明 本人郑重声明 本人所呈交的学位论文 是在导师的指导下独立进行研 究所取得的成果 学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果 数据 观点等 均已明确注明出处 除文中已经注明引用的内容外 不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果 对本文的研究成果做出重要贡 献的个人和集体 均己在文中以明确方式标明 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 瞧挺丛J 日期 竺ji 三 一 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品 知识产权归属兰州 大学 本人完全了解兰州大学有关保存 使用学位论文的规定 同意学校保 存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版 允许论文被查阅和 借阅 本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索 可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文 本人离校后发 表 使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时 第一署名单位 仍然为兰州大学 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 盥遂凶导师签名 兰州大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 城市垃圾问题的产生及危害 1 1 1 城市垃圾问题的产生 城市生活垃圾又称城市固体废物 是城市居民日常生活中或为城市日常生活 提供服务的生产活动中产生的固体废物 1 生活垃圾自有人类以来 就随之产生 随着经济的发展 生活垃圾的种类和产量也随之增加 垃圾的污染和危害成为全 球城市共同面对的环境问题 全球每年产生的垃圾为5 1 0 t 其中美国所产生的生活垃圾量占首位 从 1 9 6 0 年至2 0 0 0 年美国人均日产垃圾从1 0 1 k g 增加到1 6 8 k g 提高了近1 7 倍 日本年产垃圾l 亿t 位居亚洲之首 德国年人均产垃圾约为8 0 0 k g 为世界人 均之最 印度城市孟买全城居民为8 2 3X1 0 6 人 每年产生垃圾达1 1 5X1 0 6 t 啪 我国正处在经济快速增长的阶段 城市化速度居世界前列 城市数量和规模 不断扩大 城市生活垃圾数量也在迅速的增加 2 0 0 4 年我国共产生1 5 5 亿t 生 活垃圾 占世界垃圾总量的3 2 统计资料表明 我国城市生活垃圾储存量已经 达N 6 0 亿tI s o 估计j i U 2 0 1 0 年日产量为6 0 7 0 万t 年产量将达至1 2 5 2 0 0 万t1 4 且生活垃圾的产量在以年8 1 0 增长率的增长嘲 由于国内对城市生活垃圾 实施处理比较迟 其治理率在2 0 世纪9 0 年代初才达到5 目前仍然没有达N T o 嘲 1 1 2 生活垃圾的危害 生活垃圾成分复杂 在一定的条件下会发生物理的 化学的或生物的转化 如果采取的处理方法不当 会侵占大量土地 污染大气 水体 生活垃圾问题已 成为全球性环境问题之一 世界各国均在致力于研究有效的方法处理生活垃圾 以减轻污染 生活垃圾的危害主要表现在以下几个方面 1 我国垃圾的含水率平均在 4 5 6 5 之间 1 兰州市生活垃圾的含水率也在3 0 4 0 之间 大量堆放 填埋 的垃圾 经过雨水淋滤形成的渗滤液会造成水体和土壤的污染 2 生活垃圾中含 兰州大学硕士学位论文 有大量有机物 被微生物分解 会释放出C H 和c 如等 污染周围大气环境 垃 圾堆放场中的微尘或病原体 会随着风扩散 对大气造成污染 3 大部分城市生 活垃圾仍然被简单堆放在城市周围 历年堆存量高达6 0 X1 0 8 t 侵占5 X1 0 8 m 2 土地嘲 在全国6 0 0 多个城市中 有近2 3 的城市被生活垃圾包围嘲 露天堆 放的城市生活垃圾极易发酵腐化 会产生恶臭 孳生蚊蝇 还有大量的寄生虫卵 细菌性病原菌 病毒等 如处理不当 会造成疾病的传播 1 2 生活垃圾物理特征与处理处置技术的关系 生活垃圾物理特征包括 物理成分构成特征 含水特征 灰分特征 可燃组 分特征 热值特征等 垃圾物理特征 尤其成分构成特征决定或影响垃圾处理处 置技术的选择和发展 起初 人们仅仅从环境卫生的角度采用填埋方法来处理城 市垃圾 对垃圾物理性质要求不高 后来由于垃圾中生物来源的有机物含量逐渐 增加 形成和发展了垃圾堆肥技术 随着社会 经济的快速发展 资源和能源严 重短缺 而垃圾中可燃组分 热值和高能回收成分却 塑料 橡胶等 不断增长 焚烧 热解技术随之产生 2 0 世纪后半叶 国外垃圾中可回收成分日益增多 分 类收集回收利用技术受到重视 人们认识到垃圾是 放错地方的资源 尤其进 入2 l 世纪后 人们开始寻找解决垃圾问题的新思路和根本途径 垃圾分类收集 再生利用已成为改变人类社会经济运行方式的重要手段 至此 卫生填埋 堆肥 焚烧 热解 分类收集等技术已成为世界各国在垃圾处理处置时 根据垃圾物理 特征所要选择的技术方法 为了解决生活垃圾问题 国内众多学者从有利于垃圾处理角度出发 针对城 市的生活垃圾物理成分 特征进行了研究 为垃圾处理提供了准确的数据支持 田文栋等 1 9 9 9 年 通过分析北京市生活垃圾的特点 表明北京市生活垃圾 热值和物理成份随时间和地点有比较大的波动 垃圾的含水量较高 有的高达 8 0 0 5 垃圾热值有一定的提高 灰土的比例降低 热值较高 基本可以用于焚烧 1 李敏等 2 0 0 6 年 结合深圳市宝安区西海堤垃圾场和西田垃圾场的陈垃圾特 性实验 分析陈垃圾物理成分 并将其与新鲜垃圾物理成分作对比 得出易降解 有机物含量 塑胶含量和无机物含量与陈垃圾稳定化的关系 陈鲁言等 1 9 9 6 年 分析了香港 广州 佛山和北京等4 个城市生活垃圾的 2 兰塑查兰堡圭兰垡丝苎 特征 4 个城市的市政垃圾的组成和性质差别很大 北京市市政垃圾的煤灰含量 很高 而香港的市政垃圾的纸张和塑料所占的百分比最大 如不经过分选等预处 理 只有香港的生活垃圾适合焚烧处理n 1 1 黄本生等 2 0 0 2 年 通过对重庆市主城区垃圾取样 表明重庆市生活垃圾组 分以厨余垃圾为主 易燃烧的塑料 纸张含量较低 含水率高 可燃分和灰分较 低 垃圾的热值基本满足燃烧要求 垃圾元素中C H 晗量较高 并含有一定N S 和C l 若采取有效的措施 提高垃圾的热值 可采用焚烧方式处理部分生活垃圾 1 2 0 刘东等 2 0 0 1 根据1 9 8 4 2 0 0 0 年武汉市城市生活垃圾组分资料 利用数学 方法进行了主成分分析 结果表明影响城市生活垃圾组分变化的主要有煤灰 厨 渣 果皮 塑料和纸张 垃圾湿基低位热值月份间差别不是很显著 年间变化增 长速度较快 城市生活垃圾可回收废物中 纸张 塑料 玻璃和毛骨的变化率较 大且呈增长趋势 赵吉等 2 0 0 5 年 通过对呼和浩特市城市生活垃圾采样分析 得出呼和浩特 市城市生活垃圾组成以厨余为主 可进行生物堆制或发酵处理 生活垃圾中塑料 和纸张有较大比例 垃圾热值达至0 5 2 4 2 k J k g 可用于热解或焚烧发电 可回收 组份也占有较大比例的结论 刘柏谦等 1 9 9 9 年 研究了吉林市城市生活垃圾特性 建立了垃圾热值的数 学模型 结果表明 吉林市城市生活垃圾与我国百万人口大城市垃圾特性相近 但与一些南方都市也有差别 根据垃圾特性可以认为吉林市城市生活垃圾可以焚 烧利用 苏玉江等 2 0 0 1 年 对洛阳市城市生活垃圾按季节进行了分类 分析了垃圾 中碳 硫 挥发分 灰分及水分的含量 测定了垃圾发热量及部分化学元素的含 量 结果表明生活垃圾发热量为2 6 1 4 3 9 0 2 k J k g 之间 垃圾热值达不到自燃的 程度 不能直接用于发电 李建新等 2 0 0 6 年 对国内部分城市 见表4 4 生活垃圾的特性进行了分 析 结果表明 近年来 国内城市生活垃圾不仅产量有了明显提高 垃圾构成也发 生T i P 大的变化 其中有机物 可燃物和可回收利用成分增加 垃圾热值相应提 高 深圳 浦东 温州龙港等城市的生活垃圾热值达到5 0 0 0 k J k g 左右 倪娜等 2 0 0 5 年 对杭州市城市生活垃圾的产生量 成分进行了调查 分析 3 兰州大学硕士学位论文 了变化规律和发展趋势 并对生活垃圾处置方式进行分析 比较 提出杭州市应 因地制宜建立多元化的垃圾处理模式 町 1 3 国内外生活垃圾处理技术及工艺特点 目前国际上比较成熟的处理方法有卫生填埋 堆肥 焚烧三种工艺 热解技 术正处于研究发展中 回收利用技术已在发达国家或地区推广 实施多年 我国 正处于试点示范阶段 1 3 1 卫生填埋技术 卫生填埋是在传统的垃圾堆放 填埋基础上发展起来的垃圾处理技术 是对 城市生活垃圾采取防渗漏 铺平 压实 覆盖等措施以及对所产生的气体 渗滤 液 蝇虫等进行治理的一种垃圾处理方法 卫生填埋工艺包括 垃圾分层碾压 覆土 渗滤液收集处理 填埋气体收集处理 雨污分流5 个方面 工艺技术难点 是对渗滤液的防渗 收集及处理 自2 0 世纪3 0 年代 美国的加利福尼亚首次提出 卫生填埋 的概念 以来 垃圾卫生填埋处置方式得到迅速发展 卫生填埋技术一直是国外大多数国家垃圾 处理的主要技术 我国生活垃圾卫生填埋处理技术发展较晚 8 0 年代中后期 国家才开始规划建设比较规范的卫生填埋场 目前卫生填埋技术已是我国垃圾处 理的首选技术 1 3 2 堆肥技术 堆肥是在人为维持有氧或缺氧条件 添加微生物分解所需条件下 依靠微生 物 促进生活垃圾中腐殖质稳定化的过程化 堆肥的产物可以作为肥料 且使垃 圾无害化 是一种良好的垃圾资源化方法 堆肥工艺包括 预分选 一次发酵 后分选 二次发酵 精分选5 个方面 工艺技术的难点是预分选 后分选 精分 选 垃圾堆肥处理技术的产生和发展在我国具有悠久的历史 对我国农业的发展 做出了巨大的贡献 堆肥工艺有许多种类型 根据堆肥过程中对氧气需求的不同 可将其分为好氧堆肥和厌氧堆肥 按堆肥物料所处状态分为静态堆肥和动态堆 兰州大学硕士学位论文 肥 按堆肥堆制方式 分为野积式堆肥和装置式堆肥 由于难以对原垃圾中玻璃 金属等无机物完全分拣 堆肥产品中有毒物质含 量高 造成成品销路不好 限制了堆肥技术的应用 1 3 3 焚烧技术 焚烧法是一种高温热处理技术 即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物 在焚烧炉内进行氧化分解反应 废物中的有毒有害物质在高温中氧化 热解而被 破坏 焚烧处置的特点是可以实现无害化 减量化 资源化 焚烧法工艺包括 前处理 焚烧 烟气处理 余热利用 废水处理 炉渣处理 助燃 控制8 个方 面 其中 燃烧系统 助燃系统 前处理系统是燃烧过程中的关键 烟气处理 二嗯英防治 渗滤液处理 炉渣处理是焚烧工艺中的技术难点 焚烧炉作为垃圾焚烧的主体 控制着整个焚烧过程 为此焚烧炉是整个焚烧 过程的关键 国外的垃圾焚烧炉发展 已有几百年的历史 总的说来有以下几种 类型 1 水平固定炉篦式 2 炉篦倾斜 直线往复运动 机械送料式 即早期马丁 炉 3 炉篦倾斜 往复摆动运动 机械送料式 炉排运动结构简化 4 炉篦倾斜 辊型炉条 机械送料式 炉排运动型式改变 寿命长 5 二回流式 还原气流与 氧化气流二次混合提高燃烧效率 6 流动床式炉 燃烧力式改变 燃烧允分 7 炉底大倾角倾斜 固定炉篦 重力自卸炉灰式 不必用前处理破碎机 简化设备 大型废料可直接投入 8 回转窑式炉 传动结构简单 易于维护 燃烧效率高等 优点 9 热解控制温度式 加拿大C A O T O P S 式炉 低温热解加上高温燃烧 多 室热解与单室燃烧组合 目前我国也对焚烧炉进行了研发 其中包括炉排炉 硫化床炉 回转窑炉 热解焚烧炉o 由于焚烧设备昂贵 焚烧运行费用高 需要较大的政府补贴 且焚烧技术要 求较高的技术管理水平 所以焚烧处理只能在经济发达的国外城市和国内一些城 市应用 难以在国内全面推广 虽然垃圾焚烧处理有着一次性投资大 运行费用高的缺点 但具有明显的减 量化 无害化 资源化的优势 而且二次污染在控制焚烧条件的前提下可以减轻 兰州大学硕士学位论文 为此垃圾焚烧已经成为最有前途的垃圾处理方式之一 1 3 4 热解技术 热解 又叫干馏 热分解或炭化 是指有机物在隔氧条件下加热分解的过 程 热解是利用有机物的热不稳定性 在无氧和缺氧条件下利用热能使化合物的 化合键断裂 由大分子量的有机物转化为小分子量的可燃气体 液体燃料等的过 程 1 热解工艺包括 预处理 气化 熔融 烟气处理 余热利用等方面 技术 难点是气化和控制系统 与焚烧相比 熟解具有如下优点 1 可将固废中的有机物转化为以燃料气 燃料油和炭黑 其能源回收性好 环境污染小 此乃热解技术最优胜之处 多方式回收利用 为主的贮存性能源 2 由于是缺氧分解 排气量少 有利于减轻对大气环境的二次污染 3 废物中的 硫 重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中 4 由于保持还原条件 C r 不会 转化成C r S N O 的产生量少 但由于热解对垃圾性质要求较高和处理成本高等原因 多用于处理医疗垃圾 和难降解有机物 很少用来处理生活垃圾 1 3 5 回收利用技术 回收利用技术全称垃圾分类收集回收利用技术 是对生活垃圾分类 有用物 质回收 无用物质进行无害化处理的技术 回收利用工艺包括 政府政策支持 公众参与 企业推动等几个方面 分类回收技术的特点是 政府政策支持 公众参与 企业推动 社会呼吁等 各方面综合的行为 在我国由于以前没有相应政策法规 制度 市民也没有养成 分类的习惯 为此 公众参与是分类回收实施的难点 1 3 6 卫生填埋 堆肥 焚烧三大处理工艺的优缺点 三大处理工艺的优缺点见表1 1 6 兰州大学硕士学位论文 表卜l 三大处理工艺的优缺点分析表嘲 1 4 国内外垃圾处理技术现状及发展趋势 I 4 I 国内处理技术现状及发展趋势 据国家建设部统计资料 截至2 0 0 3 年底 全国共建设生活垃圾处理厂 场 5 7 5 座 处理能力7 5 4 5 万吨 填埋场4 5 8 座 处理能力6 4 5 8 万吨 分别占7 9 6 和8 5 6 焚烧厂4 7 个 处理能力3 7 0 万吨 分别占8 2 和4 9 堆肥厂7 0 个 处理能力7 1 7 万吨 分别占1 2 和9 5 o 现在我国大部分的垃圾在采用露天堆放或卫生填埋处理 占城市生活垃圾处 理总量的7 9 2 嗍 2 0 0 2 年 6 6 0 个建制市生活垃圾集中处理率达到5 4 2 比1 9 9 0 年的2 提高了5 2 个百分点 但相当数量的垃圾处理场没有达到环保要求 无害化 处理率较低 根据2 0 0 1 年环保总局抽样监测调查 垃圾无害化处理率不足2 0 现有垃圾填埋场5 b 2 7 没有任何防渗措施 3 9 0 6 没有渗滤液收集 处理设施 已对 周围地下水体 地表水体 土壤等造成严重污染嗍1 虽然我国在上海 杭州 无锡 天滓 重庆等地陆续建成一批城市生活垃圾 的机械化连续堆肥化设施 取得了较好的处理效果 但限于现实的经济和社会条 件 机械化高温堆肥由于处理成本较高而难以推广应用 目前应用较多的是一些 机械化程度低 主要采用静态通风的好氧发酵技术 由于城市垃圾缺乏有效的分 兰州大学硕士学位论文 类收集 不能有效的将厨余物等有机质分离出来 用于堆肥的垃圾原料含有玻璃 塑料 甚至电池等有毒有害垃圾 现阶段利用城市垃圾堆出来的肥料质量不高 肥效低 销路不好 严重制约着垃圾堆肥处理的发展嘲 我国采用焚烧法处理生活垃圾起步较晚 前几年由于经济欠发达和生活消费 水平低 垃圾中的可燃物含量不高 垃圾热值很低 同时对环境卫生问题的重视 程度不够高 因此垃圾焚烧处理的比例很低 近些年来我国城市垃圾中可燃物比 例增加 许多大中城市垃圾的热值已达到焚烧所需的热值要求 再加之国家对生 活垃圾处理方面的扶持 垃圾焚烧技术在我国得到迅速发展 我国垃圾焚烧发电 供热技术起步较晚 现在还处于研究开发阶段 现已建 立的部分垃圾发电站 基本上是引进国外的设备和技术 资料表明 1 9 8 5 年我国 第一座垃圾发电站在深圳市开始建设 垃圾焚烧设备已于1 9 8 8 年投入运行 引进 的是日本三菱重工生产的两台炉排式垃圾焚烧炉 日处理垃圾1 5 0 t 1 9 9 2 年又上 了一台杭州锅炉厂 引进日本三菱重工技术 制造的垃圾焚烧炉 日处理垃圾 1 5 0 t 1 9 9 3 年珠海市环卫处为无害化处理城市生活垃圾 在珠海市筹建一座3 2 0 0 t d 的垃圾焚烧发电厂 炉排采用美国D e t r o i i S t o k e r 公司的四阶梯顺推式 往复炉排 天津市首座垃圾焚烧发电厂正在建设之中 总投资5 7 亿元 垃圾焚 烧处理系统采用世界先进的日本T A K U M A 公司s w 型炉排焚烧技术 由3 条4 0 0 t d 的 焚烧线组成 每天可处理生活垃圾1 2 0 0 t 2 0 0 2 年 上海建成了全市首家垃圾焚 烧发电厂 处理来自浦东全区的生活垃圾 每日焚烧垃圾量保持在1 1 0 0 1 2 0 0 t 2 0 0 4 年3 月2 6 H 我国目前规模最大的生活垃圾焚烧处理工程在大连开工建设 建设周期为2 4 个月 投资5 9 亿元人民币 工程占地l O 万m 2 建筑面积3 4 万m 2 年发电量2 7 7 亿K W h 上网外销电量2 1 7 K W h 生活垃圾减容9 0 减量8 0 9 6 垃 圾无害化处理率达1 0 0 9 6 从2 0 0 0 年到2 0 0 3 年建成了2 0 多个日处理量在2 0 0 t 以上的 焚烧装置 主要在上海 广州 深圳 杭州 郑州 哈尔滨等大城市以及如苏州 宁波等一些中等城市应用 目前在广东等地还有一些项目在建设之中 虽然近两 年垃圾焚烧发电发展迅速 但因为起步晚 垃圾处理总量和装机总量都不大 占 我国生活垃圾总量的3 左右 发电总装机容量2 0 0 多姗 1 9 8 1 年 我国农机科学研究院利用低热值的农村废物进行了热解燃气装置的 试验取得成功 为农用动力和生活能源找到了方便可行的代用途径 此外 许多 科研院校都进行热解技术研究 但至今尚未进行工业化生产溉巩蚓 兰州大学硕士学位论文 由于焚烧技术在我国的快速发展和成熟 加上我国自己也研制了各种类型的 焚烧炉 为焚烧厂的建立打下了技术设备基础 现在我国经济条件比较好的大中 城市都在建或拟建生活垃圾焚烧处理厂 这也是我国垃圾处理的发展方向 1 4 2 国外处理技术现状及发展趋势 国外的垃圾处理仍以填埋 焚烧 堆肥三种工艺为主 部分国家城市垃圾处 理方法比例的统计数据见表卜2 伽 由表1 2 可以看出 填埋处理在国外至今还 有着广泛的应用 但应用比例有所下降 由于欧盟对垃圾处理的重视和对垃圾填 埋的要求愈加严格 一些国家的焚烧处理量大大增加 例如英国在9 0 年代初的统 计数据啪1 中 城市垃圾填埋量占全部处理量的9 0 已下降至现在的8 0 在波 兰 也将建设一定数量的垃圾焚烧场 按照规定 加入欧盟要建设足够数量的废 物处理设施 其中垃圾焚烧场属于能达到欧盟垃圾处理导则的重要设施哪 目前 美国已有1 5 0 0 余台焚烧设备 最大的垃圾发电厂日处理垃圾4 0 0 0 t 发电容量 6 5 M W 德国目前已有5 0 余座从垃圾中提取能源的装置及十多家垃圾发电厂 并且 用于热电联产 有效地对城市进行供暖或提供工业用汽 法国共有3 0 0 余台垃圾 焚烧炉 可处理4 0 9 6 的城市垃圾 此外 日本 意大利等国家均建造了上百座垃 圾焚烧厂 日 经济发达但土地比较紧张的国家 生活垃圾用焚烧法处理的比例较大 如新 加坡 日本 卢森堡这三个国家的垃圾焚烧量占到7 0 以上 美国和欧洲的许 多国家也多用焚烧法处理生活垃圾 而且处理量还在增加 目前 全球共有余热 利用的垃圾焚烧设施6 0 0 多座 年处理垃圾1 3 1 0 t 由于欧盟填埋导则对于 进入填埋场有机物的限制 使其对于垃圾焚烧设施的需求进一步上升 1 9 9 5 年 以来 全球生活垃圾焚烧发电能力增加了1 6 1 0 6 t a 分布在3 5 个国家 表1 2 发达国家城市垃圾处理方法比例的统计数据 9 兰州大学硕士学位论文 美国是最早开展固废热解技术开发的国家 1 9 2 9 年美国政府矿务局主持开 展了一些典型固体废物的热解研究 纽约市建有纯氧高温热解法处理厂 3 0 0 0 t d 废物的最大热解工厂 欧洲在世界上最早开发了城市垃圾焚烧技术 并将垃圾 焚烧余热广泛用于发电和区域性集中供热 但焚烧造成的二次污染 大气 一直 成为人们关注的热点 故为减少二次污染 热解作为焚烧处理的辅助手段 1 0 t d 热解装置居多 如1 9 8 3 年 联邦德国建成了年处理能力6 0 0 8 0 0 t 的废轮胎 废塑料 废电缆的热解厂 加拿大的热解技术研究主要是围绕农业废物等生物质 特别是对木材的气化和液化 高温高压镍催化作用下 研究方面 日本有关城市 垃圾热解技术研究是从1 9 7 3 年实施的s t a r sD u s t 8 0 计划开始的 该计划的中 心内容是利用双塔式循环流化床对城市垃圾中的有机物进行气化 随后 又开展 了单塔式流化床的液化回收燃料油的技术研究 欧盟对生活垃圾处理的标准要就越来越严格 规定2 0 0 5 年以后 有机物含 量超过5 的垃圾禁止填埋 焚烧处理技术是达到标准的最有效的方法 为此发 达国家生活垃圾处理的方向为焚烧处理 I 5 选题目的和意义 I 5 1 问题的提出 f 1 2 0 0 0 年到2 0 0 4 年 每年在兰州洽谈会期间 都有来自国内的大公司商讨投 l O 兰州大学硕士学位论文 资兰州市生活垃圾处理行业 但由于各方面条件的不成熟 兰州市都未对提议进 行商榷 直到2 0 0 5 年 2 0 0 6 年城关区才与北京中科环保公司先后两次鉴定关于以 焚烧发电处理城关区生活垃圾的协议 其中资金由中科环保公司自筹和银行贷 款 报纸已对此报道过 目前 已开始焚烧厂筹建工作的前期准备工作 1 5 2 选题的必要性 焚烧处理生活垃圾的必要条件是首先要弄清垃圾特征 但兰州市生活垃圾物 理特征的研究及相关资料却十分缺乏 垃圾发热量资料更是一片空白 9 0 年代末 曾有人对城关区生活垃圾物理成分做过一些研究嘲 由于垃圾物理特征随经济水 平和生活方式变化很大 1 0 年前的资料定不能用以评价现在物理特征 要建立焚 烧厂 必须对兰州市生活垃圾产量 分布 组成特征 三组分 发热量等进行全 面准确的了解 故研究兰州市生活垃圾物理特征与焚烧处理的可行性很有必要 1 5 3 选题目的和意义 为避免盲目建厂 造成不必要的经济损失 通过对兰州市及主城区生活垃圾 物理特征与焚烧处理可行性分析 为兰州市生活垃圾的处理提供科学依据 根据 兰州市的具体情况 分析比较处理工艺的优越性 对兰州市垃圾处理提出相应的 建议 本研究不但能弥补兰州市生活垃圾物理特征研究方面的薄弱和不足 而且通 过焚烧技术实施条件的综合分析 针对兰州市具体情况得出焚烧处理技术在兰州 市目前是否可行的结论 为相关部门决策提供依据 1 6 研究内容与技术路线 1 6 1 研究内容 1 兰州市生活垃圾产量 分布及处理处置现状 2 生活垃圾物理成分 含水率 灰分 可燃组分 热值等物理特征分析 3 兰州市垃圾焚烧处理技术实施条件 4 兰州市垃圾焚烧处理的可行性 兰州大学硕士学位论文 5 针对兰州市具体情况 提出相应的垃圾处理建议 1 6 2 研究目标与技术路线 研究目标 弄清兰州市生活垃圾的物理特征 并对垃圾焚烧处理的可行性进 行分析 讨论 最终给出结论 技术路线 首先通过查阅资料确定工作计划 然后通过调查和填埋场现场采 样 分析 最后采用层次分析法进行焚烧处理可行性分析 研究工作技术路线框图如下 兰州大学硕士学位论文 I 图卜l 研究工作技术路线框图 r b 一文题一 l划刚川I 圉n 倒 兰州大学硕士学位论文 2 兰州市生活垃圾产量及处理处置现状 2 1 兰州市城区概况 兰州市区面积1 4 6 k m 市区东西长约3 5 k m 南北最宽仅为8 1 m 最窄只有 2 k m 黄河自西向东横贯市区 形成西高东低的串珠状河谷盆地 海拔一般在 1 5 0 0 2 0 0 0 米 兰州市作为甘肃省省会 是全省政治 经济 文化中心 我国 西北地区的第二大城市 兰州市区由4 个区组成 分别为城关区 七里河区 安宁区和西固区 据兰 州市统计局2 0 0 4 年统计的数据 兰州市区有人口2 0 7 万 城关区人口为1 0 3 万 七里河区有4 9 7 万 安宁区有3 4 8 万 西固区约1 9 9 万 2 2 兰州市生活垃圾产生量估算及预测 2 2 1 生活垃圾产生量估算 通过对小区调查 访问环卫相关部门 对人均垃圾单产量进行估算 调查估 算结果见表2 1 表2 1 兰州市人均日产垃圾量估算表 根据调查场所对兰州市生活垃圾产生量的代表性和贡献大小来赋予每个场 所一个系数 对垃圾产生量进行修正 人均垃圾产生量 1 2 1 0 4 5 0 8 1 0 1 5 1 4 0 2 1 2 0 2 1 1 9 k g d 人 由各区人口数与垃圾单产量可以计算得 城关区日产垃圾量 1 0 3 X1 1 9 1 2 2 6 t d 七里河区日产垃圾量 4 9 7 1 1 9 5 9 1 t d 1 4 兰州大学硕士学位论文 西固区垃圾日产量 3 4 8 X1 1 9 4 1 4 t d 安宁区垃圾日产量 1 9 9 1 1 9 2 3 7 t d 则兰州市日产生活垃圾量 1 2 2 6 5 9 l 4 1 4 2 3 7 2 4 6 8 t d 其中 城关区占 1 2 2 6 2 4 6 8 5 0 七里河区占 5 9 1 2 4 6 8 2 4 西固区占 4 1 4 2 4 6 8 1 7 安宁区占 2 3 7 2 4 6 8 1 0 兰州市的发展和布局的改变 垃圾产生量分布也会有一定的变动 2 2 2 生活垃圾产生量预测 兰州市每年的人口增长率平均为5 左右咖 由于西部大开发的开展 人口 增长已超过此增长率 人均单产量随着生活水平的提高会相应降低 但近期内不 会降低很多 在此 按照人1 3 增长率5 垃圾单产量为1 1 9k g d 人 来预测未来几年 内的垃圾产生量 到2 0 1 0 年的未来几年内 人口将达到2 0 7 1 5 6 2 7 7 万人 垃圾产生 量为2 7 7 1 0 0 0 0X1 1 9 1 0 0 0 3 3 0 0 t d 由上面的估算和预测 可以看出 生活垃圾的年增长量将超过4 5 万t 年 这样的增长量将会大大加重兰州市的处理负担 2 3 兰州市垃圾处理现状及问题 2 3 1 垃圾收运及处理现状 目前 兰州市生活垃圾收运系统主要由源头收集阶段和清运阶段组成 源头 收集阶段 四个区均采用传统的垃圾混合收集方式 2 0 0 5 年夏 秋两季 对兰 州市生活垃圾收运现状进行了系统的调查 结果显示 兰州市垃圾清运率为9 0 清运工作采取环卫部门和单位自行清运相结合的方式 大约1 0 的生活垃圾由单 位自行清运 其余的9 0 由环卫部门负责清运 生活垃圾通过源头收集 然后经 由清运车辆运往垃圾填埋场 完成收运工作 兰州大学硕士学位论文 兰州市生活垃圾一直沿用传统的填沟处理方式 填埋是唯一的处理形式 没 有市属职能部门统一规划建设的卫生填埋场 各区填埋场均属简易填埋类型 其 中城关区有芦家大沟 阳洼沟和大破沟等3 个填埋场 七里河有华林坪填埋场 安宁区为青石沟填埋场 西固区为寺儿沟填埋场 现有的6 座填埋场均采用大厚 度直接填埋的工艺 其中 城关区的阳洼沟和七里河区的华林坪填埋场已快填满 急需寻找新的处理场址或途径 2 3 2 垃圾填埋处理存在的问题 垃圾填埋处理主要存在的问题如下 1 没有渗沥液防渗及填埋气体的收集处理设施 渗沥液是一种高浓度的 有机废水 通过渗入场底污染地下水 如城关区芦家沟垃圾填埋场的渗滤液通 过砂砾层注入雷坛河 最终流入黄河 滤液呈黑褐色 并带有恶臭味 2 0 0 5 年6 月 现场粗测 渗滤液流量为1 0 3 4 4 9 s 则每年芦家沟垃圾填埋场向雷坛河排 入渗滤液量大约为3 2 6 2 t 各区填埋场以C K 为主的填埋气体任意排放 现场打 入的导气管能在出口点燃 足以说明填埋体内存在沼气 造成安全隐患 2 不设垃圾坝 无地表排水设施 填埋作业未按标准和规范进行 无覆 土且采用大厚度一次性推进方式 压实力度不够 致使密度难达到6 0 0 k g m 3 以上 的要求 影响到后期稳定和开发利用 3 现在这6 个填埋场中的阳洼沟 华林坪两个填埋场已接近填满 阳洼 沟现已填至第3 单元 七里河和城关区都急于寻找新的填埋场址和新的处理途 径 4 资金短缺 投入不足 资金短缺是上述诸多问题不能解决的关键因素 最大的芦家大沟填埋场投入建设资金仅3 5 X1 0 4 元 根本无力防治渗沥液污染问 题 在建的青石沟填埋场因缺乏后续资金几乎停建 资金短缺 使许多工程措施 均无法实施 这是各区共同的难题 1 9 9 8 2 0 0 1 年市财政下拨填埋场的全部资 金共8 5 2 1 0 4 元 平均每年才2 1 3 Xi 0 4 元 由于缺少资金支持 上述诸多问题 难以得到解决 管理体制落后和经费来源单一是目前填埋场资金短缺 投入不足 的根本原因o 1 6 兰州大学硕士学位论文 3 生活垃圾采样 分析与焚烧工艺的决策方法 3 1 垃圾采样方法 3 I I 采样场所与采样时间选择 垃圾从源头经贮存 再由贮存容器清运至填埋场 整个过程均为混合操作 可供垃圾采样的地点主要有 居民楼的垃圾道口 住宅小区垃圾桶 垃圾收集站 街道垃圾收集箱 斗 定时定点收集处 垃圾填埋场等 相比而言 填埋场的 垃圾混合程度最高 垃圾的代表性和稳定性最好 故采样点选择在垃圾填埋场 兰州市区目前正在运行的填埋场有6 个 其中 城关区3 个 芦家沟填埋场 阳洼沟填埋场 大破沟填埋场 七里河区1 个 华林坪填埋场 西固区1 个 寺 儿沟填埋场 安宁区1 个 青石沟填埋场 每次采样须租小货车来运送试样 试样实验室分析须进行烘干 粉碎 测灰 分 测热值等工序 完成一次采样 分析历时5 7 天 可见此实验是耗时 耗 资比较大的 为准确了解兰州市生活垃圾理化特征 按照取样的代表性 准确性 合理性 原则 且又能解决全年采样的财力 人力和时间上的困难 决定于垃圾中含水率 和灰土含量差别最大的夏 冬两季对各区填埋场进行采样分析 故予2 0 0 6 年1 月 2 0 0 6 年7 月对兰州市现有的6 个生活垃圾填埋场进行采样 又因为瓜果最 丰的季节是秋季 垃圾的性质也有很大代表性 也有采样分析的必要性 由于资 金 人力和时间的关系 无法在短时间内完成全市填埋场的采样分析工作 故只 选定城关区的3 个填埋场作为采样地点 此区的垃圾产生量占到总产量的一半左 右 且区内居民的生活方式也能代表城市水平 无论是量方面还是垃圾性质代表 性方面都具有代表性 定于2 0 0 6 年9 l O 月对生活垃圾产生量最大 居民生活 方式城市化的城关区的3 个填埋场进行秋季采样 与冬夏垃圾试样作对比 采样 方法均按照国家标准 进行 本研究中针对兰州市各填埋场进行采样分析 2 0 0 6 年1 月共采样6 场 次 7 月采样6 场 次 9 l O 月采样6 场 次 并对试样进行分拣 对每场分拣出的1 0 个组分样进行烘干测定含水率 并对其中可燃的6 个组 兰州大学硕士学位论文 分进行粉碎 对每个可燃组分测定灰份3 次 发热量3 次 共计粉碎样品个数 1 0 8 个 灰份测定3 2 4 次 发热量测定3 2 4 次 3 1 2 采样工具 I O O L 塑料桶 双排座小货车 样品袋 标签纸 天平 编制袋 耙子 铁 锹 1 6 m 分选筛 胶带等 3 1 3 现场采样 在每个填埋场选取具有代表性 市民的生活垃圾 非特定单位产生的垃圾 的5 7 辆垃圾车卸下的 没有被拣垃圾者翻检过的垃圾堆 采用立体对角线法 在3 个等距点上采集垃圾2 0 k g 以上 共取1 0 0 2 0 0 k g 按照四分法缩分 最终 取2 5 3 0 k g 组织专业人员和民工采用四分法进行缩分 按照厨余 塑料 纸 类 灰土砖瓦 纺织物 木竹 玻璃 金属 其它进行现场垃圾湿基分拣 并装 袋 称重 记录 贴标签 最后运回实验室进行下一步的制样 分析工作 3 2 实验室分析仪器及测试项日 3 2 1 实验室制样 分析设备 电热鼓风干燥箱 粉碎机 各种孔径分选筛 电子天平 感量0 0 0 0 1 9 0 0 0 1 9 高温电炉 U Z R l A 型电脑量热计 氧弹式热量计 电子称 坩埚 压饼机 干燥盘 硅胶干燥器等 3 2 2 实验室测试项目 试样运回实验室后 利用现有实验仪器 进行的测定项目有各组分含量 垃 圾三组分 可燃分 含水率 灰分 热值等 组分含量能够说明垃圾中各种物质的含量 其大小对处理方式有重要影响 而且也对垃圾的物质回收起到重要作用 为此分析物理组分含量十分必要 尤其 是对于处理设施不完善和技术不成熟的西北地区 垃圾三组分包含可燃分 含水率 灰分 三组分的大小关系表明含水率 可 兰州大学硕士学位论文 燃分 灰分的关系 他们对垃圾焚烧有着重要影响 三组分满足关系 含水率 可燃分 灰分 1 0 0 热值是影响垃圾焚烧处理的主要因素 热值越高 燃烧越容易进行 热值的 大小与垃圾中的组分有着很重要的关系 3 3 垃圾物理成分和物理性质分析方法 利用上面所述的实验仪器 按照如下分析方法对试样进行实验测定 3 3 1 垃圾物理成分分析 1 容重分析 容重是指城市生活垃圾在自然状态下的单位体积重量 容重受存贮密度的影 响 因成分和压实程度不同而有所不同 所以 常采用 多次称重平均法 计 算生活垃圾的容重 k g m 3 d 业多丝 3 1 m 智V 式中 历一为重量测定次数 每场测定3 次 即m 3 一为重复测定次数 肘 一为样品重量 k g y 一为样品体积 L 2 物理成分主要是在垃圾样中各组分含量 利用各组分含量可以计算可回 收物质 厨余物 无机组分等的含量 进而估算生活垃圾中的可利用物质量 各组分含量的分析方法根据质量守恒定律 按照以下公式计算 a W I l O O 3 2 a 一某组分百分含量 一某组分质量 一试样总质量 3 3 2 三组分分析 三组分是垃圾处理工艺的主要影响因素 不但影响着垃圾的运输与贮藏 也 1 9 兰州大学硕士学位论文 影响其处理处置 为废弃物减量化 无害化与资源化提供依据 1 含水率测定 根据质量守恒定律 通过求烘干前后的质量差与湿样质 量之比求得含水率 测定方法是准确称量干燥盘的质量 将湿垃圾样放入盘中 然后放到干燥箱内 打开干燥箱电源 待温度升至1 0 5 5 时开始计时 按照 垃圾本身的性质 烘干4 8 h 称量后再烘干2 小时 重复称量烘干 直至垃圾 试样恒重 根据以下公式求得含水率 去姜笔笋枷 样品总含水率 3 3 啄2 善c 冰 靠 q 式中 P 趣一某成分含水率 啄一样品含水率 一每次某成分湿重 g 肘 千一每次某成分干重 g 行一各成分数 卜一各成分序数 2 灰分测定 在8 0 0 2 5 C 条件下 灼烧3