新型穩定控制熱解爐處理農村生活垃圾的應用

黃宇釗， 韓 彪， 潘 翠， 覃岳隆， 陳寧華

（廣西壯族自治區環境保護科學研究院， 廣西 南寧 530022）

0 引言

隨著農村經濟的逐漸發展和農民生活水平的不斷提高，農村生活垃圾產量開始逐年增加，每年產量增長速度達8% ～10%[1]。 長期以來，我國農村地區垃圾處理設施建設不夠完善， 垃圾運輸成本及處理費用較高， 造成大量生活垃圾隨意丟棄或露天排放容易對土壤及地下水環境造成嚴重污染， 嚴重影響農民生產和生活，生活垃圾的堆積現象亟待解決[2-4]。農村垃圾處理的根本目標是在保證垃圾達到無害化的前提下, 采取相對簡單的處理方式建設符合當地經濟條件的垃圾處置設施對生活垃圾進行處理[5]。農村生活垃圾成分復雜， 含有大量的廚余垃圾及廢塑料等， 采用小型熱解爐處理農村生活垃圾處理效果好，投資費用較少，其中的有機成分可在缺氧或者無氧環境條件下經過熱解轉化為污染低和能源回收率高的焦炭、熱解液和可燃氣，能有效降低運輸成本。目前， 關于小型熱解爐處理農村生活垃圾的工程應用研究報道較少。

以廣西崇左市某農村垃圾處理中心農村生活垃圾熱解處理示范工程為研究對象， 采用自主研發的一種新型穩定控制熱解爐處理農村生活垃圾， 系統分析改新型熱解爐處理農村生活垃圾效果， 以期為廣西全區乃至全國農村生活垃圾熱解處理提供有益借鑒。

1 熱解爐工作機理及技術特點

熱解通常是在無氧或者缺氧環境條件下， 通過直接或者間接加熱使含碳有機物發生熱化學分解生產可燃氣、 焦油和炭黑的過程。 相比較垃圾直接焚燒，垃圾熱解技術更易控制污染物的產生，避免了焚燒過程產生酸性氣體、 二噁英及含重金屬的飛灰對環境造成污染。 本工程采用的新型穩定控制熱解爐處理農村生活垃圾，熱解爐結構見圖1。 該熱解爐本體在上部設置進料口， 集料斗將收集好的生活垃圾通過輸送帶傳送至進料口進行熱解處理。 進料口上方設置噴淋裝置及探溫器， 控制爐內溫度達到350 ℃左右， 爐內發生熱化學反應將大分子物質分解成可燃性的小分子物質， 可以避免高溫條件產生二噁英類有毒物質， 熱解結束后剩余灰渣通過爐體下部出渣口傾斜的集渣板排出。 為了便于熱解爐內均勻布氣， 在爐體下部設置的進氣嘴與其上方的磁化空氣均勻布氣裝置相連接， 通過其來控制爐內不同反應區間的供氧量，將空氣、熱解溫度輻射至干燥區，既可以有效減少熱能損失還可以提高熱利用率， 有助于熱解反應得以連續穩定的在爐內進行， 從而保證達到理想穩定的熱解處理效果。 在爐體頂部的排煙口設置靜電除塵器， 可以有效的去除尾氣中的顆粒物質。

圖1 熱解爐結構

2 熱解處置系統工藝流程

生活垃圾熱解處理處置系統主要由微生物除臭降解系統和多級磁化熱解系統組成， 工藝流程見圖2。 村鎮收集的生活垃圾運送至場區內，首先對進行垃圾進行預分選，分選出大塊不可燃燒的固體物質，分選后噴灑高效微生物菌劑， 微生物可以直接吸收分解惡臭分子，從而抑制生活垃圾產生臭氣，同時微生物分解垃圾中的有機物質和抑制病菌， 減少對周圍環境的影響，對垃圾減量化起到輔助作用。

預處理后的垃圾輸送進入多級磁化熱解爐進行磁化低溫熱解處理， 通過磁化空氣可降低熱解反應能量從而提高熱解效率， 在350 ℃左右可以實現熱解氣化， 爐內發生熱化學反應將生活垃圾分解成可燃性的小分子物質，從而降低了能源消耗。

熱解過程產生的煙氣中帶有一定量的煙塵和有害氣體，必須經過尾氣凈化處理系統處理后排放，煙氣通過折流水磨除塵裝置后進行活性過濾， 可以吸附廢氣中殘留的二噁英類物質， 最終采用等離子靜電進行處理后排放， 水磨除塵產生的富液循環用于爐內水分及溫度的調配控制和進一步熱解。 最終產生的有機灰渣可用于生物發酵作為市政綠化用肥，不可利用的集中運送至填埋場進行無害化處理。

圖2 熱解處理處置系統工藝流程

3 熱解爐應用效果分析

熱解爐設計日處理生活垃圾10 t， 于2018 年1月正式投入使用， 運行期間對低溫熱解爐進行煙氣排放及固廢殘渣檢測， 在1#場區上風向及2# 場區下風向布設點位對無組織廢氣采樣分析， 有組織廢氣及固廢采樣點布設于熱解爐廢氣排放口， 每日連續監測4 h，連續監測3 d。 熱解爐運行期間NH3及H2S 的監測結果見圖3 和圖4。 由圖3、圖4 可知，運行期間熱解爐熱解處理生活垃圾排放的NH3和H2S濃度濃度均較低，1# 點位和2# 點位NH3質量濃度變化范圍為0．59 ～1．07 mg/m3，H2S 質量濃度均低于0．06 mg/m3，可見熱解爐正常運行產生的NH3及H2S不會對周邊環境空氣產生影響。

圖3 運行期間NH3 監測結果

圖4 運行期間H2S 監測結果

農村生活垃圾熱解爐在穩定運行工況下廢渣和煙氣污染物的排放數據見表1 和表2。 由表1 可知，經過熱解爐處理排出的廢渣重金屬含量不高， 浸出液污染物濃度限值均低于生活垃圾填埋場污染控制標準， 所以生活垃圾熱解處理后不可利用的廢渣固體可送往填埋場填埋處置， 部分有機灰渣也可制成市政用肥利用。由表2 可以看出，監測期間HCl 第3次測量值超標， 其余污染物在熱解爐運行期間排放值均低于國家標準所規定的排放限值， 平均濃度達到國家排放標準要求。 其中NOx的質量濃度平均為34 mg/m3，遠低于我國標準規定的300 mg/m3，也低于歐盟垃圾焚燒污染物排放標準2000 規定的30 min均值400 mg/m3的排放限值， 可見在缺氧或者無氧條件下對生活垃圾進行熱解處理可以有效控制NOx的生成，爐內的溫度環境未達到熱力型NOx生成所需的高溫條件。 SO2和HCl 的質量濃度平均值分別為50 和60 mg/m3， 均符合國家要求的排放標準，排放的煙氣中未檢測出重金屬， 說明熱解爐配套的尾氣凈化處理系統處理煙氣后減小了對環境的影響。

表1 廢渣監測值 mg·L-1

表2 煙氣監測結果

4 農村生活垃圾熱解處理技術的應用建議

農村生活垃圾的處理處置仍舊是我國環保工作的重點，也是新農村建設過程的重要環節。采用新型熱解爐熱解處理農村生活垃圾，能減少飛灰排放量，充分利用熱解技術處理生活垃圾能夠更好的實現農村生活垃圾的無害化、資源化和減量化，是農村生活垃圾處理的一項重要技術。 目前農村生活垃圾熱解處理技術的推廣應用及良好持續發展仍需解決以下問題。

（1）完善農村生活垃圾收運模式。當前除了北上廣等少數經濟發達地區建立了科學的垃圾管理機制，對農村生活垃圾進行統一收集運輸和處理，我國大部分的農村生活垃圾收集管理體制不健全[6]。農村生活垃圾的收集模式主要包括有城鄉一體化處理模式、 源頭分類集中處理模式及源頭分類分散處理模式， 城鄉一體化的運作模式取得效果最佳也最具代表性，但因其成本過高不利于在農村地區廣泛推廣[7-8]。因此， 應當因地制宜充分考慮當地的社會經濟發展水平及環境承載能力， 在農村地區建立完善合理的農村生活垃圾收集轉運處理模式，鞏固完善村收鎮運片區處理和村收就近就地處理的城鄉垃圾收運處理體系，合理規劃布點轉運站，避免長距離轉運作業造成垃圾散落、 廢水滴漏和產生臭氣等二次污染問題。

（2）開發農村生活垃圾分選設備。農村生活垃圾熱解處理前通常需先經過分選后再送入熱解爐處理，目前通常采用人工分選的方式，不僅工作強度較高而且效率低。 開發新型垃圾分選設備對其中的建筑垃圾和玻璃陶瓷等進行分揀， 可以大幅降低分選工作強度節儉費用， 也有助于提高可再生資源的回收利用率。

（3）健全農村生活垃圾處理長效管理機制。農村生活垃圾的問題受關注程度相比城市生活垃圾低，其管理工作并未納入公共服務體系中， 大部分地區沒有組建管理機構及管理人員。 因此，需建立健全政府主導村民參與社會支持的農村生活垃圾處理長效管理機制，建立引導激勵機制，鼓勵社會資本參與建設，組件管理隊伍，完善村規民約。 通過構建制度引導農村居民或社會其他組織參與到垃圾回收利用中[9]，落實屬地管理分級負責， 制定相應環境衛生管理制度，加強對生活垃圾分類處理的技術指導。

（4）培育農村生活垃圾處理市場主體。農村地區生活垃圾處理模式仍舊以政府投入為主， 商業模式不成熟運營方式單一。 應充分發揮市場對資源配置的決定性作用， 鼓勵社會購買農村生活垃圾處理服務，創建新的運行模式，交由第三方統籌負責項目設計運營管理。