垃圾熱解氣化——生活垃圾處理新方向

陳玉葉/中國有色金屬工業六冶洛陽機電安裝有限公司

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垃圾熱解氣化——生活垃圾處理新方向

陳玉葉/中國有色金屬工業六冶洛陽機電安裝有限公司

【摘 要】垃圾熱解氣化作為新興的垃圾處理方式得到了學者的廣泛關注。研究的方向主要在備受關注的二噁英、重金屬等污染物的遷移以及水蒸氣氣化方面。希望通過技術和工藝的不斷進步使得這一處理方式能夠得到推廣和公眾的認可。

【關鍵詞】垃圾熱解氣化；重金屬遷移；水蒸氣氣化

熱解氣化技術是一種新興的垃圾處理方法。它將有機物在無氧和缺氧狀態下加熱，使之分解為可燃氣體、可燃油和炭黑。熱解氣化所產生的氣體、固體和水都能經過處理回收，垃圾處理后的排放量大幅度降低。垃圾熱解氣化是固體廢物處理的一個新方向，我國的學者也在這方面展開了大量的研究。

1. 研究進展

1.1二噁英

垃圾直接焚燒易產生二噁英類物質，作為一級致癌物，還具有生殖毒性和遺傳毒性。這也是垃圾焚燒調來的負面影響中最為嚴重的一種。2011年的“北京六里屯垃圾焚燒廠事件”凸顯了垃圾焚燒對于人們生活的影響[1]。熱解氣化技術從二噁英的形成源頭解決了這一問題。二噁英的形成需要四個基本條件：氯、氧、較低溫度和催化劑存在。熱解氣化反應過程中的高溫和缺氧條件都遏制了二噁英的生成。為避免生產過程中存在的人為操作錯誤以及設備故障等原因導致問題的發生，對二噁英的研究仍在開展。倪余文等[2]將研發的二噁英連續采樣裝置與G4型常規煙道氣等速采樣器同步采樣，通過示范運行，考察該連續采樣裝置的長期采樣性能。試驗表明，2種采樣設備同步采集的樣品具有一致性，其二噁英指紋、二噁英濃度和毒性當量相符合。李煜婷等[3]研究表明垃圾煙氣從出口到大氣環境二噁英類氣-固分配存在動態平衡。

1.2重金屬遷移的研究

熱解處理對固體廢棄物的資源化利用程度更高，污染小，能有效控制二噁英等有毒物質的排放。但是由于固體廢棄物組分復雜，廢棄物熱解后產生的灰渣含有一定量的重金屬等污染物，為了使采用熱解處理固體廢棄物的達到無害化的目的，了解熱解過程中重金屬的遷移特性十分必要。董雋等[4]的研究結果表明，高溫及還原性條件促進了Cd、Pb及Zn的揮發，而氧化性氣氛有利于Cu的遷移；大部分以氣相形式揮發的重金屬易在降溫過程中冷凝并富集于飛灰。于潔[5]對武漢市某一流化床垃圾焚燒爐產生的底灰和飛灰的物理化學特性的研究表明，重金屬主要富含在較細的底灰以及飛灰中；隨著底灰粒徑的增加，元素鎘、鉛和鋅的析出率大幅增加，而銅的析出率則小幅降低，鉛主要存在于殘留態中，從而不易析出到自然環境中，而鎘則容易析出到自然環境中；根據飛灰的重金屬含量分析得出，底灰可以直接填埋并不會對環境造成大的危害，飛灰在填埋前必須進行預處理。

1.3水蒸氣氣化對垃圾熱解氣化特性的影響

由于我國的垃圾收集政策及人們生活習慣的影響，生活垃圾中的水分含量較高，一般都能達到50％～60％，研究水分對生活垃圾熱解氣化的影響十分有必要。王晶博等[6]在固定床反應器中對城市生活垃圾進行原位水蒸氣氣化制氫研究，結果表明，快加熱方式有利于提高燃氣品質和降低焦油含量；隨著反應溫度的增加，氣體產物含量增加，焦油含量和半焦含量下降，氣體組分中H2和CO含量升高，碳轉化率從30.49％增加到56.79％；當城市生活垃圾含水率為39.45％時，產氣品質最高，氣體成分中H2含量達到最高值25.8％，氣體的低位熱值達到17.02 MJ/m3。馮國珍[7]在醫療垃圾高溫熱解氣化氣中CaO脫除復合氣源的實驗中得出如下結論：實際高溫蒸汽氣化氣成分范圍（CO2含量在20％，水蒸汽含量在40～50％范圍內，HCl濃度5％）條件下，各因素取值采用優化組合時，脫氯率可達到95％以上，能夠滿足氣化氣凈化需求。

2.政策引導

目前人們對垃圾熱處理行業有抵觸心理，主要是由于它所帶來的二次污染引起的。在技術上可以克服這些難題，日常的運營管理也是需要關注的。

2.1信息及時公開

對于引起公眾恐慌的二噁英污染，穆乃花等[8]對廣東省某生活垃圾焚燒廠周圍環境空氣、土壤、植物等進行二噁英監測的研究結果表明，在該區域垃圾焚燒廠并非唯一污染源；垃圾焚燒廠正常運營期間對周圍土壤的二噁英含量影響較小，垃圾焚燒廠周圍介質中二噁英是多方面、復雜的。垃圾熱解氣化工藝在源頭遏制了二噁英的生成，所以二噁英不應成為垃圾熱處理行業發展的禁錮。但是對于國內情況來看，信息的及時公布應加強，有調查表明國內一些省份對二噁英的監測并沒有達到國家要求的至少一年一測的要求，就無法認識到當前的污染狀況。不僅僅是二噁英，包括酸性氣體、重金屬、PM2.5的等都應具備并實施監測，及時公開。

2.2加強垃圾分類，從源頭控制

我國人口眾多，垃圾產量大。以洛陽市為例，預計到2020年洛陽市人口將達到285萬，日人均生活垃圾產量將達到1千克至1.2千克。照此綜合計算，2020年每日將產生生活垃圾2810噸。洛陽市的垃圾分類狀況為未分類，這就給后續的垃圾處理造成壓力。針對我國國情，可以先實現干濕分類，減少垃圾的含水率，到垃圾綜合處理中心再進行詳細分類，可以循環利用的要實現循環利用。逐漸引導公眾在生活中增加可重復利用物品的利用率，從生成垃圾的源頭進行“減負”，每個人都應為保護生存環境做出貢獻。

3. 結束語

垃圾熱解氣化處理有污染物排放少、產生的高熱值的氣體可以用來發電或者供熱等優點，實現了廢物處理和能源利用的雙贏局面。目前我國的研究學者也展開了對其機理的研究，不斷的提高技術水平，對于這一技術的推廣應用也要及時開展，逐漸實現信息公開透明，使公眾逐漸接受并信任垃圾熱解氣化。

參考文獻：

[1] 錢睿， 韓建. 北京城市生活垃圾處理轉型新思路—垃圾熱解氣化技術[J]. 環境工程， 2014， 32: 689-692.

[2] 倪余文， 綦懿， 宋逍， 等. 焚燒源二噁英連續采樣技術與運行評價[J]. 環境監測管理技術， 2015， 27(5): 38-40.

[3] 李煜婷， 王淑梅， 李羽中. 焚燒煙氣和大氣中二噁英類氣-固分布比較研究[J]. 成都理工大學學報(自然科學版)， 2015， 42(5).

[4] 董雋， 池涌， 等. 生活垃圾流化床熱處置中重金屬遷移分布研究[J]. 燃料化學學報， 2015， 27(5): 38-41.

[5] 于潔. 城市生活垃圾（MSW）熱處理過程中重金屬的遷移與分布[D]. 武漢: 華中科技大學， 2013.

[6] 王晶博， 張靜等. 城市生活垃圾原位水蒸氣氣化制氫研究[J]. 可再生能源， 2014， 32(10): 1544-1546.

[7] 馮國珍. 鈣基吸收劑脫除醫療垃圾高溫蒸汽氣化氣中HCl的實驗研究[D]. 包頭: 內蒙古科技大學， 2014.

[8] 穆乃花. 生活垃圾焚燒廠周圍環境介質中二噁英分布規律及健康風險研究[D]. 蘭州:蘭州交通大學， 2014.