第四代固廢處理技術----高溫絕氧裂解
概述:隨著我國社會經濟的快速發展、城市化進程的加快以及人民生活水平的迅速提高,城市生產與生活過程中產生的垃圾廢物也隨之迅速增加,生活垃圾占用土地,污染環境的狀況以及對人們健康的影響也越加明顯。城市生活垃圾的大量增加,使垃圾處理越來越困難,由此而來的環境污染等問題逐漸引起社會各界的廣泛關注。在我國城市垃圾產量不斷增加的同時,生活垃圾的分類、回收和處理能力與水平發展相對滯后,因此生活垃圾處理的技術的適用性成為解決生活垃圾的一個非常重要的問題。生活垃圾處理技術的選擇往往成為一個城市生活垃圾處理難題。我國要實現城市生活垃圾的產業化、資源化、減量化和無害化,就必須面對混合收集、可回收物質的含量和熱值低、垃圾含水率和可生物降解的有機含量高的生活垃圾。針對這些問題,多種多樣的技術也應用而生,包括回收利用、填埋、焚燒和堆肥等等
一、 目前流行的生活垃圾處理技術
生活垃圾一般可分為四大類:可回收垃圾、 廚房垃圾、有害垃圾和其它垃圾。常用的垃圾處理方法主要有衛生填埋、焚燒、熱解和堆肥等。
填埋是大量消納城市生活垃圾的有效方法,也是所有垃圾處理工藝剩余物的最終處理方法,國內目前普遍采用直接填埋法。所謂直接填埋法是將垃圾填入已預備好的坑中蓋上壓實,使其發生生物、物理、化學變化,分解有機物,達到減量化和無害化的目的。
焚燒法是將垃圾置于高溫爐中,使其中可燃成分充分氧化的一種方法,產生的熱量用于發電和供暖。
垃圾堆肥將生活垃圾堆積成堆,保溫至70℃儲存、發酵,借助垃圾中微生物分解的能力,將有機物分解成無機養分。經過堆肥處理后,生活垃圾變成衛生的、無味的腐殖質。既解決垃圾的出路,又可達到再資源化的目的。
垃圾熱解法是利用有機物受熱分解的特點,采取有氧燃燒、厭氧氣化、無氧干餾等綜合手段,使垃圾分解為氣、液、固三相,達到無害化、減量化、資源化的處理目的。
二、 幾種處理技術利弊分析
垃圾填埋
優點:
1、比起垃圾焚燒的成本要低很多
2、產生的有害物質比焚燒的少,工藝簡單
缺點:
1. 浪費土地資源
垃圾填埋需要極大的空間, 因為被填埋的垃圾體積不會隨著時間而減小。填埋過的土地可以恢復植被, 但這塊土地的使用受到很大的限制, 原因是填埋區會產生氣體和填埋體的不穩定性。
2、技術的難點
垃圾填埋后在相當長時間內還產生很多危險因素。因為垃圾的不均一性是使之在填埋后發展不固定.因此技術上很難準確的操作。填埋體內物質的不可及性也給有害物質的確定和處理帶來很大的困難。
3、副產品處理成本高。
填埋區滲濾液的收集和處理成本非常高(噸處理成本高達上千元),并且需要很多能源。很多老填埋區散發的氣體也必須收集和處理, 這種氣體不僅發出強烈的臭味, 而且給環境帶來嚴重污染。對于住在填埋區附近的居民來說, 填埋區里的灰塵,氣體和噪聲(垃圾運輸車和推土機的聲音)都是很大的問題。
4、填埋區土壤恢復難度大
基于以上的問題填埋區必須要有一個長期的后續管理。有些填埋區的恢復期甚至要達到數百年以上。
垃圾堆肥
優點:
1、成本低.
2、技術簡單
3、有機物分解后可作為肥料再利用
缺點:
1、對垃圾分類要求很高, 因可分解的只是有機成分,適用對象是廚余垃圾如剩飯剩菜和水果皮等, 園林垃圾如樹枝雜草, 以及動物糞便等。
2、有氧分解過程產生的污染是滲濾液和臭味。
焚燒垃圾
垃圾焚燒有二種,一種是單純焚燒處理垃圾廠,另一種是焚燒發電廠,發達國家多采用此法。實踐證明其弊端多多:一是消耗巨資,處理垃圾量卻很少,上海擬出巨資在浦東建一座大型垃圾焚燒發電廠,也只能日處理2000噸生活垃圾,僅為上海日產垃圾的一個零頭。廣州正在興建的李坑垃圾焚燒發電廠,投資6.3億元人民幣,日處理垃圾也只有1000噸,僅占目前廣州垃圾總量的不足四分之一。二是嚴重浪費垃圾內含資源。一方面因為焚燒時必須混加助燃燃料,浪費能源,另一方面,把垃圾內的高值資源統統燒掉,也是個極大的浪費,況且焚燒后的殘渣需二次處理,也存在后患。三是由于焚燒垃圾所產生的二惡英將嚴重污染環境,二惡英是劇毒致癌物。法國二惡英的年釋放量是一公斤,其中40%是由垃圾焚燒產生的。二惡英在日本威脅甚大,據權威機構調查分析,日本人血液中二惡英的濃度與垃圾焚燒廠的距離成正比,這與該國大量采用焚燒的方法處理垃圾和處理二惡英不當有關。鑒于這種新發現,以焚燒垃圾發電為主處理垃圾的德國,目前已開始警覺,關閉了部分城市焚燒廠。廣州正在興建的李坑垃圾焚燒發電廠,單就處理二惡英裝置就投入1億多元人民幣。足見焚燒垃圾發電廠危害之大,投資運營成本之巨。
垃圾熱解
熱解法是近年來較為受到專家推崇的垃圾處理新技術,尤其在中小規模的垃圾處理上,具有投資規模小、運營成本低、污染排放低等優點。但由于其依靠垃圾自身有氧燃燒產生的熱能支撐整個反應過程,無法杜絕二噁英、煙氣、飛灰等二次污染。同時,由于整個反應混合了有空氣參,產出的燃氣含氮量高,品質極低,綜合熱值僅為3—5MJ/M3,不具備商用價值。
三、 高溫絕氧裂解技術的優勢
絕氧裂解(也稱為干餾)技術在煤化工行業早已得到廣泛應用。在煤干餾制焦、油污泥干餾制油和生物質干餾制氣等領域,已經形成了規?;a。
干餾是固體或有機物在隔絕氧氣條件下加熱分解的反應過程。干餾的結果是生成各種氣體、蒸氣以及固體殘渣,氣體與蒸氣的混合物經冷卻可得到可燃氣和焦油。干餾是人類很早就熟悉和采用的一種生產過程,如干餾木材制木炭,同時得到木精(甲醇)、木醋酸等。在第一次世界大戰前,工業上丙酮就是由木材干餾所得的木醋酸用石灰中和,再經干餾而制得的。
干餾是一個復雜的化學反應過程,包括脫水、熱解、脫氫、熱縮合、加氫、焦化等反應。不同物質的干餾過程雖各有差別,但一般均可分為三個階段:
1、脫水分解。干餾操作初期,溫度相對較低,物料首先脫水,隨著溫度升高,逐漸分解產生低分子揮發物。
2、熱解。隨著干餾溫度的繼續升高,物料中的大分子發生鍵的斷裂,即發生熱解,得到液體有機物(包括焦油)。這些干餾產物隨物料而異,如干餾糠殼可得糠醛,干餾油頁巖可得頁巖油和一些雜環化合物。
3、縮合和碳化。當溫度進一步提高時,隨著水和有機物蒸氣的析出,剩余物質受熱縮合成膠體。同時,析出的揮發物逐漸減少,膠體逐漸固化和碳化。隨著溫度升高、加熱時間延長,所生成的固體產物中的碳含量逐漸增多,氫、氧、氮和硫等其他元素含量逐漸減少。
綜合實驗數據,在反應終溫400—500°的條件下,液態產物較多;在反應終溫600—800°時,部分液態產物發生二次裂解反應,產氣量將大大增加。由于干餾是在絕氧條件下的高溫分解,無燃燒過程,完全不會產生二噁英、飛灰等,真正做到無污染、零排放。同時,所產氣體品質較高,熱值可以達到15—20MJ/M3,具備商用價值。一噸生活垃圾可產氣150—200立方(可發電250—350度),產焦油15—25公斤,產炭250—350公斤。如果這些產出物全部出售或自用,將大大降低運營成本。
高溫絕氧裂解作為一種全新的垃圾處理技術,具有環保、占地少、運行成本低、對垃圾分類要求低等優點,非常適合我國垃圾混合投放的現狀。同時,通過控制反應終溫和反應時間,還可以對醫療固廢、化工固廢、電子垃圾等危險固廢進行無害化處理,在污染農田土壤修復方面也有著不可比擬的優勢。