城市生活垃圾焚燒處理及其污染控制研究

錢 棟

(1.南京大學環境學院，江蘇南京 210093；2.常州市固廢與輻射環境管理中心，江蘇常州 213022)

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城市生活垃圾焚燒處理及其污染控制研究

錢 棟1,2

(1.南京大學環境學院，江蘇南京 210093；2.常州市固廢與輻射環境管理中心，江蘇常州 213022)

探討城市生活垃圾焚燒技術的原理、工藝、優缺點及垃圾焚燒工藝主要影響因素，分析城市生活垃圾焚燒的產污環節，提出污染控制的方法和措施，為垃圾焚燒廠的建設提供參考。

城市生活垃圾；焚燒；污染控制

隨著我國城市化進程的加快,城市生活垃圾也在不斷增加，目前我國已有200多個城市陷入了垃圾圍城的窘境中[1-5]。城市生活垃圾成分比較復雜，其構成主要受居民生活水平、能源結構、城市建設、綠化面積以及季節變化的影響。我國沿海經濟發達城市生活垃圾構成比例分類：植物43.1%,動物1.9%,磚瓦1.5%,灰土40.0%,紙類2.6%,金屬0.4%,塑料5.7%,玻璃2.5%,布料2.0%。

為了實現城市生活垃圾無害化、減量化、資源化的目的，國內外均在研究城市生活垃圾的處理方法，目前國內成熟且常用的方法為堆肥、填埋和焚燒3種。城市生活垃圾焚燒技術的特點是處理量大，減容性好，無害化徹底，并且熱能可回收利用，因此這種方法是我國和世界上大多數國家普遍采用的一種垃圾處理技術。通過研究城市生活垃圾焚燒技術的原理、工藝、優缺點、產污及其控制為籌建垃圾焚燒廠提供參考。

1 城市生活垃圾焚燒技術的原理、工藝及其優缺點分析

焚燒過程根據不同可燃物質的種類，燃燒方式有3種：①蒸發燃燒：即垃圾受熱融化成液體，繼而化成蒸汽，與空氣擴散混合而燃燒。②分解燃燒：即垃圾受熱后首先分解，可揮發性碳氫化合物揮發，剩余固體碳和部分惰性物。揮發物與空氣混合燃燒，固體碳的表面與空氣接觸燃燒。③表面燃燒：如木炭、焦炭等固體受熱后不發生融化、蒸發和分解過程，而是在固體表面與空氣接觸燃燒。城市生活垃圾的成分復雜，其燃燒包括了蒸發燃燒、分解燃燒和表面燃燒的綜合過程。

生活垃圾的焚燒過程有干燥、熱分解和燃燒3個階段，3個階段的界限并不明顯，只是在時間上有先和后的區別。理想情況下，廢物進入焚燒爐后，依次經過干燥、熱分解和燃燒3個階段，其中有機可燃物在高溫條件下完全燃燒，生成氣體CO2，并釋放熱量。但是，實際燃燒過程中，由于焚燒爐內的操作條件不能達到理想效果，致使燃燒不完全。

1.1 城市生活垃圾焚燒的工藝流程完整的焚燒系統應該包括垃圾備料、進料、焚燒爐焚燒、高溫氣體熱能回收利用及環境保護，缺一不可。現代化生活垃圾焚燒發電廠的基本內容大體相同[6-8]，工藝流程見圖1。

1.2 垃圾焚燒工藝主要影響因素分析影響垃圾燃燒的主要因素有廢物本身性質、停留時間、溫度、湍流度、空氣過量系數及其他因素，其中停留時間、溫度和空氣過量系數稱為“三T”要素，是反映焚燒爐性能的主要指標。

1.2.1停留時間。焚燒垃圾要求垃圾在焚燒爐內有適當的停留時間,以便其與空氣保持充分接觸,使垃圾完全燃燒。為此,可以將垃圾破碎成較小的顆粒,使之與空氣的接觸面盡量大一些;也可延長垃圾在爐內的停留時間,并進行適當攪動,使兩者充分混合。

1.2.2燃燒溫度。燃燒溫度過低,會使垃圾燃燒不完全,因而燃燒室的溫度必須保持在垃圾起燃溫度之上,這個起燃溫度大約是在650 ℃左右;其次,垃圾在低溫燃燒時可能會生成有致癌、致畸形病變的“二噁英”,當燃燒溫度高于700 ℃時,“二噁英”開始從生成轉向分解,而當燃燒溫度高于900 ℃時,“二噁英”將基本消失,燃燒溫度的下限不宜低于850 ℃。1.2.3過剩空氣量。一定限度的過剩空氣量將有利于保持這種湍流并使燃燒室內有較高的氧濃度。但過量的空氣鼓入會加劇燃燒熱損失,降低燃燒溫度,延緩反應速度,并增加廢氣量。在具體的垃圾焚燒過程中,需要根據垃圾性質和焚燒爐爐型等因素來確定過剩空氣量。

1.3 生活垃圾焚燒技術優缺點

1.3.1生活垃圾焚燒技術優點。焚燒法處理垃圾是一種對城市垃圾進行高溫熱化學處理技術，其優點如下：①實現城市生活垃圾減量化；②實現城市生活垃圾無害化；③實現城市生活垃圾資源化；④二次污染可以控制；⑤生活垃圾焚燒發電廠選址余地比較大；⑥焚燒發電廠的回收與恢復比較容易；⑦經濟效益比較大；⑧延長城市生活垃圾處理設施的使用期限；⑨全面回收垃圾資源，節約不可再生的能源資源；⑩發展前景廣闊。

1.3.2生活垃圾焚燒的局限性。①焚燒過程產生二次污染；②二次污染處理技術比較復雜；③二次污染處理設備運作費用比較昂貴；④建設投資比較大；⑤城市生活垃圾處理允許變動范圍較小。

并非任何城市生活垃圾都適宜用焚燒技術處理。熱值過低、水分過高、含灰量過大的城市生活垃圾難以依靠自身熱量穩定維持焚燒處理必需的高溫氧化環境，熱能綜合利用效益比較小，不適宜用焚燒技術與工藝處理。所以焚燒需要的生活垃圾需熱值高、水含量低、含灰少[6]。

2 城市生活垃圾焚燒的產污及其控制

2.1 城市生活垃圾焚燒的產污環節一般城市生活垃圾焚燒廠產污環節及主要污染物見表1。

表1 產污環節及主要污染物

2.1.1垃圾運輸過程中的散落垃圾污染。垃圾運輸主要包括兩個環節：一個是由垃圾清運車分類收集的垃圾送到垃圾轉運站，并進行分選；二是垃圾轉運站分選處理后的垃圾再按其組分不同分別送往廢物回收系統、垃圾焚燒廠、垃圾填埋場等進行處理。因此，垃圾運輸過程中可能產生散落垃圾的污染主要來自兩個方面：垃圾裝卸時垃圾的散落；垃圾運送時垃圾的散落和飛揚。

2.1.2垃圾焚燒大氣污染物。生活垃圾成分的復雜性、性質的多樣性和不均勻性，焚燒過程中發生的多種不同化學反應，造成了焚燒煙氣中污染物的多樣性和復雜性，其中主要的污染物質有以下四類：①顆粒污染物：即粉塵，包括生活垃圾中惰性金屬鹽類、金屬氧化物或不完全燃燒物質等，其中粒徑<3 μm的顆粒會含有一定量重金屬。②酸性氣態污染物：包括氯化氫、氟化氫、硫氧化物(二氧化硫和三氧化硫)、氮氧化物以及五氧化二磷和磷酸等。③重金屬污染物：包括鉛、汞、鉻、鎘、砷等的元素態、氧化態、氯化物等，還有一些沸點較低的金屬氣化物，如汞蒸汽等。④有機劇毒性污染物：主要指二噁英類污染物，二噁英類有機污染物是到目前為止發現的毒性最強的物質，它們在水中溶解度相當低。二噁英類物質毒性、穩定性和不溶于水的特性，決定了該類物質對人類和周圍環境存在著直接或間接的巨大危害。

2.2 垃圾焚燒顆粒污染物凈化技術垃圾焚燒廠的顆粒物控制與其他行業相同，可分為靜電分離、過濾、離心沉降以及濕法洗滌等幾種形式。常用凈化設備種類很多，如重力沉降室、旋風除塵器、靜電除塵器、袋式除塵器、慣性除塵器和文丘里洗滌器等。靜電除塵器和布袋除塵器為垃圾焚燒系統主要除塵設備。

2.3 垃圾焚燒HCl、HF、SOX污染物的凈化技術凈化機理是利用酸堿中和反應。凈化技術可根據是否有廢水排出分為3種：濕式洗滌法、半干式洗滌法和干式處理法。①濕式洗滌法是使用苛性鈉(NaOH)等堿性溶液，在適當排氣溫度條件下(70 ℃)對排氣進行洗滌。裝置一般設置在除塵器后面。②半干式洗滌法是使廢氣與堿液反應，使氯化物形成固體狀物質后被去除，一般設置在除塵器之前。③干式處理法是將干式吸收劑如碳酸鈣、碳酸鈉、氫氧化鈣干粉噴入爐內或煙道內，使之與HCl反應，反應后固體物質被除塵器收集的一種方法。

2.4 垃圾焚燒NOX污染物的凈化技術目前常用氮氧化物凈化方法有選擇性催化還原法(SCR)、非選擇性催化還原法(SNCR)以及吸收法等多種形式。SCR法是在催化劑存在時，NOX被還原劑(一般為氨)還原為氮氣的方法。與SCR法不同的是，SNCR法不需要催化劑。因此，SCNR法的還原反應一般是在垃圾焚燒爐膛內完成的，而SCR法的還原反應則是在垃圾焚燒爐的后續設備中完成。SNCR法比SCR法的設備投資低，所需的占地面積小，故SNCR法較廣泛。2.5 垃圾焚燒重金屬污染物控制技術現階段對重金屬控制的研究可從燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制三方面進行：①燃燒前控制是指垃圾的分類與分選。將垃圾中重金屬含量較多成分(電池、電器、礦物質等)從垃圾中分選出。②燃燒中控制從兩方面入手：讓重金屬留在底灰中，再從底灰中將其回收；讓重金屬以氣體形式進入煙氣，再用洗滌等各種方法處理。③燃燒后處理即用精除塵、固化處理法等各種重金屬穩定化技術。

2.6 垃圾焚燒二噁英類污染物的控制與凈化技術

2.6.1焚燒爐內二噁英形成的控制技術。①控制來源。為減少焚燒過程中二噁英的產生量，應盡可能使垃圾中可燃成分充分燃燒。通過生活垃圾分類收集，加強資源回收，避免含PCDD/Fs物質及含氯成分高的物質進入焚燒爐。②減少爐內生成。焚燒爐燃燒室中應保持足夠高的燃燒溫度(800 ℃以上)；足夠的氣體停留時間(>2 s)；確保廢氣中具有適當的氧含量(6%～12%)，還要保持較大的湍流程度。③避免爐外低溫再合成。當具有一定溫度(溫度不應低于500 ℃)的焚燒煙氣從余熱鍋爐中排出后，采用急冷技術使煙氣在0.2 s內急速冷卻到200 ℃以下，從而躍過二噁英易形成的溫度區。④優化鍋爐設計，加強鍋爐吹掃。⑤添加二噁英生成抑制劑。包括有機添加劑(尿素、氰胺以及乙二醇等)和無機添加劑(硫氧化物、堿性吸附劑、氨以及強氧化劑過氧化氫、臭氧等)。

2.6.2二噁英類污染物的凈化技術。重力沉降、濕法噴淋、旋風分離、靜電除塵、文丘里洗滌器洗滌、布袋除塵以及吸附劑吸附等技術在不同操作條件下被單獨或組合使用，其中干式/半干式噴淋塔結合布袋除塵器、活性炭吸附二噁英的技術是控制煙氣中二噁英排放最有效的技術。

2.7 垃圾焚燒發電廠惡臭污染控制與防治由于惡臭對垃圾焚燒廠周圍的影響較為敏感，必須加以有效處理，可采取如下措施：①封閉式的垃圾運輸車；②在垃圾卸料平臺的進出口處設置風幕門；③垃圾存貯坑處于負壓狀態，在坑上方設抽氣裝置，防止惡臭外溢，坑內氣體抽出后送入焚燒爐內助燃；④定期清理垃圾存貯坑中的陳垃圾；⑤設置自動卸料門，使垃圾存貯坑密閉化。惡臭污染的治理技術有物理法(密封法、掩蔽法、稀釋法等)、化學法(直接燃燒法、催化燃燒法、吸收法等)和生物法(生物濾池法、生物洗滌塔法)。

2.8 垃圾焚燒污水處理與處置技術垃圾焚燒發電廠產生的污水有垃圾滲濾液，生產和生活廢水。在建有城市生活污水處理廠的地區，可將垃圾貯坑中的滲濾液、灰倉中熄滅煙渣的冷卻水和煙氣洗滌設備的排水一并收集后經過物理化學處理(沉淀法和中和法)再排入城市污水系統。如果COD、BOD濃度較高，可采用生化方法和活性污泥法處理。如果廢水量不大，可將廢水噴入焚燒爐燒掉，以徹底根除廢水排放。為達到減少廢水排放量的目的，煙氣洗滌可采用噴霧干燥法，消除煙氣洗滌過程中的排水。出灰廢水、灰槽廢水和洗煙廢水有可能需要對超標的重金屬離子進行預處理。

當污水處理后需要直接排入水體時，處理后的水質標準應執行我國《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)的最高允許排放濃度標準值。當污水處理尾水需要回用于灰渣處理、煙氣凈化、沖洗和綠化等場合時，需要在上述污水處理流程后增加處理設施，使回用水達到《生活雜用水水質標準》。

2.9 垃圾焚燒發電廠焚燒灰渣的處理與利用根據焚燒的溫度不同，又可將焚燒爐排出的底灰分為兩種：一種是1 000 ℃以下焚燒爐排出的殘渣，為普通焚燒殘渣，一般可以回收鐵、玻璃等物質之后作建筑材料。一種是1 500 ℃高溫焚燒爐排出的熔融狀態的殘渣，為燒結殘渣。它是密度很高的塊粒狀物質，由于玻璃化作用，使其具有強度高、重金屬浸出量少等特點，可用作建筑材料、混凝土骨料和筑路基材等。

2.10 垃圾焚燒發電廠噪聲控制①盡量考慮選擇人口密度小、遠離居民區、處于當地下風向的地方，降低噪聲對周圍環境的影響；②選用符合國家噪聲標準的設備，從聲源上控制噪聲；③合理布置總平面，盡量集中布置高噪聲的設備，利用建筑物及綠化減弱噪聲；④對于聲源上無法根治的生產噪聲，分別按不同情況采用消聲、吸聲、隔聲、隔振等措施；⑤送風機進口裝設消音器，同時對整個機組加隔音罩，并采取減振措施；⑥對引風機整個機組加隔音罩與外界隔離，同時采用減振措施；⑦汽輪機設隔音罩，并采取減振措施使之距聲源1 m處噪聲值控制在85 dB(A)之內；⑧各種噪聲較大的泵，如凝結水泵、電動給水泵及其他設備，均應采取消音措施，使之距聲源1 m處噪聲值控制在85 dB(A)之內；⑨在人員活動較頻繁的聲源車間，應結合車間環境，適當設置吸聲壁面、隔音障壁等；⑩為控制噪聲影響，高噪聲設備盡量置于廠房內。廠區內植樹綠化，以減緩及衰減噪聲；在設備安裝及土建施工時，重點設備均應采取減振、防振措施，現場嚴格監督管理，提高安裝質量，從聲源上控制施工時的噪聲水平。

3 結語

為了實現城市生活垃圾無害化、減量化、資源化的目的，國內外均在研究城市生活垃圾的處理方法。焚燒法處理垃圾是一種對城市垃圾進行高溫熱化學處理技術，具有很多優點，也有一定的缺陷性；垃圾焚燒處理在我國正處于快速發展階段。

[1] 王成瑞，宋加升．垃圾發電技術及其發展[J].黑龍江電力，2002，8(4)：317-318.

[2] 任群.城市垃圾焚燒發電廠的研究[D].西安：西安建筑科技大學，2004:1-30.

[3] 黃愛軍，田洪海．城市生活垃圾焚燒處理初探[J]．環境科學研究，2000，13(3)：27-30.

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[5] 申玉銘，毛漢英．區域可持續發展的若干理論問題研究[J]．地理科學進展，1999，18(4)：287-295．

[6] 楊景華．哈爾濱動力廠生活垃圾焚燒產生二噁英環境影響控制研究[D]．長春：東北師范大學，2012:1-11．

[7] 建設部人事教育司，建設部科學技術司，建設部科技發展促進中心．城市生活垃圾焚燒處理技術[M]．北京：中國建筑工業出版社，2004．

[8] 周中平，趙毅紅，朱慎林．清潔生產工藝及應用實例[M]．北京：化學工業出版社，2002．

Study on Incineration of Municipal Waste and the Pollution Control

QIAN Dong1,2

(1. School of the Environment, Nanjing University, Nanjing, Jiangsu 210093; 2. Changzhou Solidwaste and Radiation Environmental Management Center, Changzhou, Jiangsu 213022)

The principle, technique, advantages and disadvantages, main influencing factors of municipal waste incineration technology were discussed. The link of waste produced during the municipal solid waste incineration process was analyzed. Pollution control methods and measures were put forward, which can provide a reference for the construction of incinerators.

Municipal waste; Incineration; Pollution control

錢棟(1981- )，男，江蘇常州人，工程師，從事固體廢棄物方面的管理與研究。

2015-02-12

S 181.3

A

0517-6611(2015)09-261-03