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揭秘4大类固体废物处理技术(流程、模式大对比)

众所周知,固体废物传统处理技术主要包括:垃圾焚烧处理、高温堆肥、卫生填埋、固体废弃物热解这四类。下面,就针对这4种处理技术的流程、模式进行详细的剖析:

一、垃圾焚烧处理

垃圾焚烧,是一种废物处理的方法,通过焚烧废物中有机物质,以缩减废物体积。焚烧与其他高温垃圾处理系统,皆被称为“热处理”。

焚化垃圾时会将垃圾转化为灰烬、废气和热力。灰烬大多由废物中的无机物质组成,通常以固体和废气中的微粒等形式呈现。废气在排放到大气中之前,需要去除其中污染气体和微粒。其余残余物则用于堆填。在某些情况,焚化垃圾所产生的热能可用于发电。

垃圾焚烧是一种较古老的传统的处理垃圾的方法。近代各国也相继建造了焚烧炉,垃圾焚烧法已成为城市垃圾处理的主要方法之一。

焚化是其中一种将垃圾转换成能源的技术,其他如气化、等离子弧气化、热解和厌氧消化。垃圾焚化会减少原来垃圾80%~85%的质量和95%~96%的体积(垃圾在垃圾车里已经过压缩),减少程度取决于可回收材料的成分和其回收的程度,如灰烬中有可回收的金属。

垃圾车一般在运送垃圾至焚化炉前,会以内置压缩机内压缩以减少垃圾的体积。或者,未经压缩运输的垃圾可以在填埋场进行压缩,减少体积近70%。

很多国家常在堆填区作简单的垃圾压缩。另外,垃圾焚烧在处理某些类型的垃圾,如医疗垃圾和一些有害废物时有很大的优势,因为焚烧过程的高温能销毁垃圾中的病原体和毒素。

综合而言:垃圾焚烧处理的减量化效果最好,但存在燃烧产生污染物的环境风险。

生活垃圾焚烧处理常见流程

1.垃圾接收

生活垃圾从服务区经收集后由密闭式垃圾运输车送至垃圾焚烧发电厂,经称重后由运输车运送至主厂房卸料大厅,通过卸料平台卸入垃圾储坑内。

2.垃圾储存及投料

为提高进炉物料的燃烧稳定性,垃圾储坑内的物料一般会放置5~7天,通过垃圾吊车进行翻松使垃圾成分较为均匀,同时经过发酵作用滤出部分垃圾渗滤液以提高进炉物料的热值。储坑内的垃圾物料最终经垃圾抓斗和起重机投放到炉膛上方的垃圾料斗。

3.渗滤液收集及处理

垃圾储坑底部外侧设有渗滤液收集池及输送泵,滤出的垃圾渗滤液进入渗滤液收集池临时存储,一部分回用于垃圾仓喷洒抑尘,其余经预处理后排入市政污水管网,输送到城市污水处理厂集中处理(没有市政污水厂的,应在垃圾焚烧厂进一步处理,达标排放)。

4.垃圾焚烧

垃圾料斗内的物料由炉膛推料装置送到焚烧炉中,垃圾物料在炉内依次通过炉排的干燥段、燃烧段和燃烬段,使垃圾得到充分的燃烧;为充分分解垃圾焚烧过程中产生的二恶英,炉膛设计焚烧烟气在850℃以上的温度区域停留时间大于2秒;为降低焚烧烟气中NOx的排放浓度,炉膛上方设有SNCR系统,将氨还原剂喷入炉膛内与NOx发生反应,达到去除NOx的目的;炉膛内垃圾燃烧所需的空气分为一次风和二次风补给,一次风由一次风机直接从垃圾储坑内抽取,以便保持垃圾储坑和卸料大厅的负压状态,一次风经预热后从炉膛底部通入焚烧炉内助燃,同时将一次风中携带的恶臭气体燃烧分解,二次风从炉膛上部通入助燃。

5.余热利用

垃圾焚烧产生的高温烟气从炉膛出来后进入余热锅炉,在此发生热交换,余热锅炉吸收热量产生过热蒸汽,输送至汽轮机做功发电。

6.烟气处理

在垃圾燃烧炉内喷射还原剂氨水,控制炉内烟气NOX产生浓度;从余热锅炉排出的烟气从半干式脱酸反应塔顶部切向进入,而碱性吸收剂则从旋转雾化器内以雾滴的形式高速喷出,使烟气中的酸性气体(如HCL、SO2等)绝大部分被碱液吸收去除,烟气的余热则使浆液的水分蒸发,反应生成物以干态固体的形式排出;从反应塔出来的烟气进入后续烟道,该烟道中设有活性炭喷射系统,喷入活性炭则可将烟气中的二恶英、重金属吸附起来;此后烟气进入布袋除尘器后,经滤袋将前端的反应物及烟气中的烟尘颗粒拦截下来;从布袋除尘器出来的烟气进入洗涤塔,通过氢氧化钠溶液喷淋进一步脱除烟气中的HCL及SOX等酸性气体;从洗涤塔出来的烟气经加热后进入SCR反应器,进一步去除烟气中的NOX浓度;从SCR反应器出来的烟气经引风机引至烟囱高空排放。在引风机后段烟管设有烟气在线监控仪器,实时监控烟气排放浓度是否满足设计排放限值要求,在线监控设备系统与项目环保主管部门联网,由环保主管部门实施实时监控。

7.炉渣处理

炉膛燃烬段下方设有除渣机,生活垃圾经充分燃烧后残余的少量不可燃残渣经除渣机送至渣池,由运渣车运送至主管部门指定场所进行综合利用。

8.飞灰处理

半干式脱酸反应塔排出的反应生成物以及布袋除尘器滤袋表面截留的颗粒物通过除灰系统收集至飞灰储仓,然后在飞灰稳定化车间进行稳定化处理,符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)要求后送配套应急填埋场进行填埋处置。

二、高温堆肥

高温堆肥就是将人粪尿、禽畜粪尿和秸秆等堆积起来,使细菌和真菌等大量繁殖,细菌和真菌等可以将有机物分解,并且释放出能量,形成高温。高温堆肥是生产农家肥料的重要方式。高温堆肥过程中形成高温,也可以杀死各种病菌和虫卵。

高温堆肥适用于可生物降解的有机物含量大于40%的垃圾。堆肥处理是利用自然界广泛存在的微生物的氧化和分解能力,在一定温度、湿度和pH值条件下,有控制地促进固体废弃物中的可降解有机质发生生物化学降解,形成一种稳定腐殖质的生物化学过程,产生的堆肥是优质的土壤改良剂。

高温堆肥可以分为一般堆肥和高温堆肥两种,前一种的发酵温度较低,后一种的前期发酵温度较高,后期一般采用压紧的措施。高温堆肥对于促进农作物茎秆、人畜粪尿、杂草、垃圾污泥等堆积物的腐熟,以及杀灭其中的病菌、虫卵和杂草种子等具有一定的作用。

高温堆肥可以采用半坑式堆积法和地面堆积法堆制。前者的坑深约1m,后者则不用设坑。两者都是需要通气沟,以利于好氧微生物的生活。两者都需要铺一层农作物秸秆等,再铺一层人畜的粪尿,并泼一些石灰水(碱性土壤地区则不用泼石灰水),然后盖一层土。一般发酵56℃以上5~6d,高温50℃~60℃持续10d即可。如果堆肥的温度骤然下降,则应及时补充水分。待堆肥的温度降低到40℃以下时,高温堆肥中的有机物就大部分形成腐殖质了。

目前堆肥处理的主要对象是城市生活垃圾和污水处理厂污泥、人畜粪便、农业废弃物、食品加工业废弃物等。目前堆肥处理的主要对象是城市生活垃圾和污水处理厂污泥、人畜粪便、农业废弃物、食品加工业废弃物等。但有机物的分解难完全,无量化难彻底,堆肥时间长,占地面积大,且有机肥的肥力较差,在国内垃圾处理总量中,堆肥占到10%~20%,这几年来其比例有明显下降。

综合而言,垃圾高温堆肥可以实现资源化利用,但是堆肥效率较低,周期较长。

三、卫生填埋

卫生填埋法是指采取防渗、铺平、压实、覆盖等措施对城市生活垃圾进行处理和对气体、渗滤液、蝇虫等进行治理的垃圾处理方法。该方法采用底层防渗、垃圾分层填埋、压实后顶层覆盖土层等措施,使垃圾在厌氧条件下发酵,以达到无害化处理。

卫生填埋处理是垃圾处理必不可少的最终处理手段,也是现阶段我国垃圾处理的主要方式。

科学合理地选择卫生填埋场场址,可以有利于减少卫生填埋对环境的影响。场址的自然条件符合标准要求的,可采用天然防渗方式。不具备天然防渗条件的,应采用人工防渗技术措施。场内实行雨水与污水分流,减少运行过程中的渗沥水产生量,并设置渗沥水收集系统,将经过处理的垃圾渗沥水排入城市污水处理系统。不具备排水条件的,应单独建设处理设施,达到排放标准后方可排入水体。渗沥水也可以进行回流处理,以减少处理量,降低处理负荷,加快卫生填埋场稳定化。设置填埋气体导排系统,采取工程措施,防止填埋气体侧向迁移引发的安全事故。尽可能对填埋气体进行回收和利用,对难以回收和无利用价值的,可将其导出处理后排放。填埋时应实行单元分层作业,做好压实和覆盖。填埋终止后,要进行封场处理和生态环境恢复,继续引导和处理渗沥水、填埋气体。

卫生填埋技术开始于20世纪60年代,它是在传统的堆放、填坑基础上,处于保护环境的目的而发展起来的一项工程技术。卫生填埋的处理能力大,成本较低,但是占用土地,选址困难,直接产生的填埋气主要成分为甲烷,容易发生爆炸等危险。目前大多填埋厂将填埋气排空,不仅提高了温室气体的排放,而且浪费了能源。

四、固体废弃物热解

固体废弃物热解是指在无氧或缺氧条件下,使可燃性固体废物在高温下分解,最终成为可燃气体、油、固形碳的化学分解过程,是将含有有机可燃质的固体废弃物置于完全无氧的环境中加热,使固体废弃物中有机物的化合键断裂,产生小分子物质(气态和液态)以及固态残渣的过程。

固体废物热解利用了有机物的热不稳定性,在无氧或缺氧条件下使得固体废物受热分解。热解法与焚烧法相比是完全不同的两个过程,焚烧是放热的,热解是吸热的;焚烧的产物主要是二氧化碳和水,而热解的产物主要是可燃的低分子化合物:气态的有氢、甲烷、一氧化碳,液态的有甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等,固态的主要是焦炭或碳黑。焚烧产生的热能量大的可用于发电,量小的只可供加热水或产生蒸汽,就近利用。而热解产物是燃料油及燃料气,便于贮藏及远距离输送。

热解原理应用于工业生产已有很长的历史,木材和煤的干馏、重油裂解生产各种燃料油等早已为人们所知。但将热解原理应用到固体废物制造燃料,还是近几十年的事。国外利用热解法处理固体废物已达到工业规模,虽然还存在一些问题,但实践表明这是一种有前途的固体废物处理方法。

热分解过程由于供热方式、产品状态、热解炉结构等方面的不同,热解方式各异:

1.按供热方式可分成内部加热和外部加热。外部加热是从外部供给热解所需要的能量。内部加热是供给适量空气使可燃物部分燃烧,提供热解所需要的热能。外部供热效率低,不及内部加热好,故采用内部加热的方式较多。

2.按热分解与燃烧反应是否在同一设备中进行,热分解过程可分成单塔式和双塔式。

3.按热解过程是否生成炉渣可分成造渣型和非造渣型。

4.按热解产物的状态可分成气化方式、液化方式和碳化方式。

5.按热解炉的结构将热解分成固定层式、移动层式或回转式。

由于选择方式的不同,构成了诸多不同的热解流程及热解产物。

综合而言,热解方法适用于城市固体废弃物、污泥、工业废物如塑料、橡胶等。热解法其优点为产生的废气量较少,能处理不适于焚烧和填埋的难处理物,能转换成有价值的能源,减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处置的废物量。热解处理缺点是技术复杂,投资巨大。