城市垃圾污染及其焚燒處理的研究
導(dǎo)讀:：主要介紹了我國城市垃圾現(xiàn)狀、垃圾污染危害、處理的方式及存在的問題。根據(jù)我國城市垃圾的特點(diǎn)及變化趨勢(shì)，提出了適合我國城市垃圾無害化、減量化和穩(wěn)定化處理的幾種方法，并對(duì)焚燒處理作進(jìn)一步的研究。
關(guān)鍵詞：垃圾污染，垃圾處理垃圾焚燒設(shè)備，環(huán)境保護(hù)
1 引言
我國城市化進(jìn)程的加快的同時(shí)，我們面臨許多新的問題，可持續(xù)發(fā)展被提到了非常重要的位置，如何處理城市中日益增長的垃圾，也是我們必須解決的重要難題。中國城市垃圾的特點(diǎn)是，第一，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)的城市、地區(qū)，生活垃圾增長速度越快;第二，垃圾中可燃燒物的含量也越高，同時(shí)處理的緊迫性和達(dá)到的減容要求也越高。本文結(jié)合這一特點(diǎn)，以及常用的垃圾處理其它方法(衛(wèi)生填埋法、堆肥法、蚯蚓床和焚燒法等)，提出了城市垃圾的焚燒法處理。
2 城市垃圾的國內(nèi)外現(xiàn)狀
近年來，隨著工業(yè)化國家的城市化和居民消費(fèi)水平的提高,城市垃圾的增長也十分迅速。發(fā)達(dá)國家垃圾增長率為3.2%～4.5%，發(fā)展中國家為2%～3%。美國目前垃圾增長率為5%，德國為4%，瑞典為2%，韓國為11%，歐盟國家為3%。全球年產(chǎn)垃圾超過100億噸，其中美國達(dá)30億噸，日本最近10年平均每日垃圾拋棄量增加一倍，英國城市垃圾量15年增加了一倍。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的不斷增多以及人民生活水平的日益提高，中國城市垃圾的產(chǎn)生量近幾年增長也很快。據(jù)統(tǒng)計(jì)垃圾的年增長率超過9.5%，2004年中國城市垃圾的產(chǎn)生量達(dá)到2億噸之多，占地達(dá)8萬公頃，而歷年堆存量已超過60億噸。由于處置設(shè)施嚴(yán)重不足，目前已有2/3的城市陷入垃圾的包圍之中。
3 城市垃圾的污染途徑及危害
3.1 垃圾的污染途徑
城市垃圾的污染不同于水和大氣，水、大氣污染可以直接污染環(huán)境，而城市垃圾是污染物的終態(tài)，濃縮了許多污染物的成分，人們?nèi)菀桩a(chǎn)生一種污染慢的錯(cuò)覺，但在自然條件影響下，垃圾中的部分有害成分可以通過水、大氣、土壤等途徑進(jìn)入環(huán)境，給人類造成一種潛在的、長期的危害。因而，垃圾的處理處置不當(dāng)會(huì)通過不同的途徑危害人體的健康。
3.2 垃圾的污染危害
垃圾對(duì)人類環(huán)境的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)侵占土地 垃圾不加利用時(shí)，需占地堆放。堆積量越大，占地也越多，每堆積1萬噸垃圾需占地1畝。中國許多城市利用市郊堆存城市垃圾，也侵占了大量農(nóng)田，同時(shí)，大量垃圾的堆積嚴(yán)重地破壞地貌、植被和自然景觀。
(2)污染土壤 垃圾直接堆放或沒有適當(dāng)?shù)姆罎B措施的垃圾填埋場(chǎng)，垃圾中的有害成分很容易經(jīng)過風(fēng)化雨淋、地表徑流的侵蝕而滲入土壤之中。土壤是許多細(xì)菌、真菌等微生物聚居的場(chǎng)所，這些微生物形成了一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境保護(hù)，在大自然的物質(zhì)循環(huán)中，擔(dān)負(fù)著碳循環(huán)和氮循環(huán)的一部分重要任務(wù)。由于有害成分進(jìn)入土壤能殺滅土壤中的微生物，使土壤喪失腐解能力，導(dǎo)致草木不生。
(3)污染水體 垃圾隨天然降水和地表徑流進(jìn)入江河湖泊，或隨風(fēng)飄遷落入水體使地面水污染;隨滲瀝水進(jìn)入土壤則使地下水污染;直接排入河流、湖泊或海洋，又能造成更大的水體污染。
(4)污染大氣 細(xì)粒狀的垃圾在大風(fēng)吹動(dòng)下會(huì)隨風(fēng)飄逸，擴(kuò)散到很遠(yuǎn)的地方，造成大氣的粉塵污染;垃圾在適宜的溫度和濕度下被微生物分解，釋放有毒氣體;垃圾在運(yùn)輸和處理過程中，產(chǎn)生有害氣體和粉塵污染大氣。
(5)影響環(huán)境衛(wèi)生 中國的垃圾綜合利用很低。據(jù)300個(gè)城市統(tǒng)計(jì)，城市垃圾的清運(yùn)量?jī)H占產(chǎn)量的40%～50%，無害化處理率平均只有1.6%，50%以上垃圾存在城市的一些死角，98%以上的垃圾、糞便未經(jīng)無害化處理進(jìn)入環(huán)境，嚴(yán)重影響人們居住環(huán)境的衛(wèi)生狀況，導(dǎo)致傳染病菌繁殖，對(duì)人們的健康構(gòu)成潛在的威脅。
4 城市垃圾的處理
4.1 垃圾的預(yù)處理
城市垃圾無害化處理前需要進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的主要措施有：分類、破碎、風(fēng)力分選、磁選、靜電分選以及加壓等。風(fēng)力分選是利用垃圾與空氣逆流接觸，使垃圾中輕重不同的成分分離。水浮分選是經(jīng)過篩分或風(fēng)力分選后的輕物質(zhì)送入水池中，玻璃屑、碎石、碎磚、骨頭、高密度塑料等沉至池底，輕的則浮在水面。磁流體分選是將經(jīng)過風(fēng)力分選及磁選后富含鋁的垃圾放入水池中，調(diào)整水溶液密度，使鋁浮在水面，而其它物質(zhì)仍沉在池底。磁選可在破碎后，風(fēng)力分選前，從破碎后的垃圾中回收金屬碎片。靜電分選一般在磁選后，從垃圾中除去水分、小顆粒雜物，其效果較風(fēng)力分選、篩分為佳。由于吸水性好的有機(jī)物導(dǎo)電性良好，可為高壓電極所吸引，而不吸水的玻璃，陶瓷器、塑料、橡膠等雜物導(dǎo)電性差，不受電場(chǎng)作用，依重力方向下落使兩類物質(zhì)分離。
4.2 城市垃圾的最終處理
4.2.1衛(wèi)生填埋
衛(wèi)生填埋是一種防止污染的填埋方法，由于填埋過程是一層垃圾一層土交替進(jìn)行，有稱為夾層填埋法。從橫斷面看，垃圾和沙土交互填埋，既可防止垃圾的飛散和降雨時(shí)的流失，又可以防止蚊、蠅等害蟲孳生以及臭氣和火災(zāi)的發(fā)生。衛(wèi)生填埋法有一般衛(wèi)生填埋和濾瀝循環(huán)衛(wèi)生填埋，具體簡(jiǎn)述如下：
(1)一般衛(wèi)生填埋是在回填場(chǎng)地上，先鋪一層若干厘米厚的垃圾，壓實(shí)后再鋪上一層若干厘米厚的松土、沙或粉煤灰等覆蓋層，以防止鼠蠅等孳生，并可使產(chǎn)生的臭氣逸出以防止起火。然后依次逐步用土將垃圾分割在夾層結(jié)構(gòu)中。夾層厚度視垃圾種類而異。
(2)濾瀝循環(huán)衛(wèi)生填埋法是近年發(fā)展起來的一種方法，其特點(diǎn)是將回填垃圾的含水量從20%～25%提高到60%～70%，收集其濾瀝循環(huán)使用，使垃圾保持濕潤，從而加速有機(jī)物的厭氧分解，使填埋物加速下沉。
4.2.2蚯蚓床
城市垃圾可以利用蚯蚓處理。蚯蚓可將這些城市垃圾轉(zhuǎn)變?yōu)榉市Ц摺o臭味的蚯蚓糞土，還能獲得大量蚯蚓體作醫(yī)藥原料;蚯蚓體內(nèi)蛋白質(zhì)含量與魚肉相當(dāng)，是畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖的優(yōu)良飼料，可以收到一舉多得的效果。蚯蚓處理有機(jī)垃圾的機(jī)理是：首先，蚯蚓體內(nèi)分泌能分解蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物和纖維素的各種酶類;其次，在蚯蚓消化道中，有大量細(xì)菌、霉菌、放線菌等微生物共生，這就是環(huán)衛(wèi)戰(zhàn)士的大力士，分解消化有機(jī)垃圾能力很強(qiáng)。發(fā)展蚯蚓養(yǎng)殖是處理城市垃圾、化害為利的有效措施之一，應(yīng)大力發(fā)展。
4.2.3堆肥
堆肥有好氧和厭氧兩種，多數(shù)采用好氧。好氧堆肥時(shí)間短，不產(chǎn)生惡臭，好氧堆肥露天進(jìn)行，所需時(shí)間冬季為1個(gè)月，夏季為半個(gè)月。厭氧堆肥將空氣與發(fā)酵原料隔絕，堆制溫度低，工藝比較簡(jiǎn)單，成品堆肥中氮素保留比較多，但堆肥周期過長，需3～12個(gè)月，異味濃烈，分解不夠充分。
4.2.4焚燒
焚燒處理是將垃圾在焚燒爐中進(jìn)行燃燒，釋放出熱能，余熱回收可利用。煙氣凈化后排出，少量剩余殘?jiān)懦鎏盥窕蜃髌渌猛尽７贌幚砑夹g(shù)特點(diǎn)是處理量大、減容性、無害化徹底，且有熱能回收利用。因此，對(duì)生活垃圾實(shí)行焚燒處理是無害化、減量化和穩(wěn)定化的有效處理方式。
5 垃圾焚燒處理技術(shù)及設(shè)備特點(diǎn)
5.1 焚燒處理技術(shù)
垃圾焚燒處理是目前國外應(yīng)用最普遍的垃圾處理方法，此方法的最大優(yōu)點(diǎn)是垃圾穩(wěn)定化和減量化及無害化處理程度高。我國在垃圾焚燒方面仍處于摸索與研究階段，由于近幾年的不斷探索，垃圾焚燒技術(shù)已經(jīng)取得較大的進(jìn)步。垃圾焚燒廠建立在城市周圍，運(yùn)送垃圾方便，并且可以向城市提供熱能，產(chǎn)生很好的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制使焚燒爐運(yùn)行在最佳運(yùn)行工況，并且有先進(jìn)的尾氣處理設(shè)備和嚴(yán)格的排放監(jiān)測(cè)手段，使得垃圾焚燒對(duì)大氣造成的二次污染降到最低點(diǎn)。目前已投入運(yùn)行的垃圾焚燒爐燃燒方式有：
(1)多級(jí)階梯式鏈條爐排，傾斜往復(fù)式爐排和反送式的馬丁爐排等爐排爐;
(2)旋轉(zhuǎn)式燃燒——回轉(zhuǎn)爐;
(3)流化床焚燒爐。
5.2 多級(jí)階梯爐排爐
多級(jí)階梯爐排是由往復(fù)移動(dòng)部件組成，垃圾經(jīng)由給料裝置推送至傾斜之爐排上，在爐內(nèi)高溫加熱，使得部份垃圾得以干燥，另經(jīng)爐排的運(yùn)動(dòng)除將垃圾往前推送外，并將垃圾層松化及均勻經(jīng)歷干燥、燃燒及后燃等各階段環(huán)境保護(hù)，以達(dá)完全燃燒。目前應(yīng)用中的多級(jí)階梯式有很多種，爐排設(shè)計(jì)大多屬于設(shè)計(jì)廠商的專利，如我國深圳引進(jìn)的新爐排即是德國專利。
不過轉(zhuǎn)動(dòng)式爐排爐排汽時(shí)容易堵塞，維修工作量大，大件物品夾住的可能性較大，移動(dòng)式爐排占地面積大，風(fēng)道系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)高水份、低值的垃圾焚燒還不完全，著火較為困難，使用較少。扇形反轉(zhuǎn)式爐排由于燃燒不易控制，爐溫較高，還處在不斷完善階段。
馬丁爐排由于國內(nèi)還未能自行制造，必須進(jìn)口國外設(shè)備，造價(jià)昂貴。一般中小城鎮(zhèn)無法承受其投資費(fèi)用。我國僅有深圳市引進(jìn)了日本的三臺(tái)馬丁爐運(yùn)行較好，不過馬丁爐排的燃燒工況較易受垃圾品位波動(dòng)的影響。
爐排爐的優(yōu)點(diǎn)是不需要對(duì)垃圾進(jìn)行預(yù)處理。技術(shù)比較成熟，國外應(yīng)用較廣泛，其不足之處如下：
(1)爐排必須耐熱，在長期連續(xù)運(yùn)行期間，熱應(yīng)力必須不變，這樣爐排對(duì)材質(zhì)要求高，而且爐排加工復(fù)雜，由于爐排需轉(zhuǎn)動(dòng)，可靠性低及能耗高構(gòu)成其問題。
(2)由于垃圾成份復(fù)雜，普通爐排維持在整個(gè)爐排內(nèi)均勻移動(dòng)，均勻完全地燃燒是困難的。
(3)爐排難以適應(yīng)水分變動(dòng)范圍較寬的垃圾焚燒，因?yàn)樗州^高的垃圾需較寬的干燥區(qū)，這給水分高的垃圾完全燃燒帶來困難。
(4)爐溫較難控制，垃圾的熔渣在1000℃以上和1050～1100℃時(shí)處于軟化和粘性狀態(tài)，成為特殊的腐蝕性物質(zhì)，可能腐蝕爐壁，同時(shí)在高溫狀態(tài)下NOx濃度上升。
(5)爐排爐不易實(shí)現(xiàn)大型化，難以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)脫除HCI氣體，需要在尾部加裝專門的和HCI脫除設(shè)備，增加了投資費(fèi)用。
(6)難以處理垃圾滲濾液，需設(shè)置專門污水處理設(shè)施。
(7)爐排爐的爐排不僅制造復(fù)雜，成本高，而且體積龐大，占地面積大，因而不適合于中小城鎮(zhèn)垃圾處理量不十分大的場(chǎng)合。
5.3 回轉(zhuǎn)爐
回轉(zhuǎn)爐焚燒系統(tǒng)衍生于已廣泛用于水泥工業(yè)中耐火磚襯里回轉(zhuǎn)鍛燒窯的設(shè)計(jì)。垃圾由傾斜且緩慢旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)窯上方前端送入，即由旋轉(zhuǎn)速度控制垃圾前進(jìn)速度，使垃圾在窯內(nèi)往前輸送過程中完成干燥、焚燒及灰渣冷卻之過程，而冷卻后之灰渣由爐窯下方末端排出。回轉(zhuǎn)窯整個(gè)爐體可由冷卻水管及有孔鋼板焊接形成桶形，也可由鋼制圓桶內(nèi)部加裝防火襯組成，爐體向下方傾斜，分成干燥、燃燒及后燃燒三區(qū)段，并由前、后兩端特殊輪子支撐。特殊輪子則由四個(gè)滾輪支持，由鏈輪驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)輪子而旋轉(zhuǎn)爐體，垃圾在爐體上，因旋轉(zhuǎn)而獲得良好的翻攪及向前輸送，預(yù)熱空氣由底部穿過有孔鋼板至窯內(nèi)，使垃圾能完全燃燒。
回轉(zhuǎn)窯燃燒適應(yīng)性廣，可焚燒不同性質(zhì)的廢棄物，此種爐型機(jī)械零件比較少，故障少，可以長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行。但回轉(zhuǎn)窯的熱效率低，如需輔助燃料時(shí)消耗較多，排出氣體的溫度低，有惡臭，需要脫臭裝置或?qū)敫邷睾笕际曳贌捎诟G身較長，占地面積大，且后燃室的爐排結(jié)構(gòu)要求較為嚴(yán)格，因此其成本高，價(jià)格較昂貴中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。
5.4 流化床爐
流化床爐燃燒技術(shù)是本世紀(jì)六十年代初迅速發(fā)展起來的一種新型清潔燃燒技術(shù)。采用該技術(shù)的焚燒爐的基本特征在于在爐膛下部布置有耐溫的布風(fēng)板，板上裝有載熱的惰性顆粒，通過床下布風(fēng)，使惰性顆粒呈沸騰狀，形成流化床段，在流化床段上方設(shè)有足夠高的燃燼段(即懸浮段)。一般物料投入流化床后，顆粒與氣體之間傳熱和傳質(zhì)速率高，物料在床層內(nèi)幾乎呈完全混合狀態(tài)，投向床層的廢棄物能迅速分散均勻。由于載熱體貯蓄大量的熱量，可以避免投料時(shí)爐溫急劇變化，床層的溫度保持均一，避免了局部過熱，因此床層溫度易于控制。同時(shí)它具有燃料效率高，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬，污染物排放低，熱強(qiáng)度高，適合燃用低熱值燃料等優(yōu)點(diǎn)？梢哉f我國目前在中小城鎮(zhèn)最有發(fā)展前景的垃圾焚燒爐為流化床爐。尤其是我國的垃圾熱值相對(duì)偏低，要實(shí)現(xiàn)其高效穩(wěn)定燃燒，流化床焚燒技術(shù)無疑是最佳選擇。
流化床焚燒爐的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
(1)操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定。垃圾經(jīng)破碎混合后，質(zhì)地相對(duì)均勻，流化床床料為石英砂，蓄熱量大，因而避免了床的急冷急熱現(xiàn)象，使燃料穩(wěn)定。垃圾的干燥、著火、燃燒與后燃燒幾乎同時(shí)進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，無需復(fù)雜的調(diào)整，燃燒控制容易，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能在極短時(shí)間內(nèi)完成起動(dòng)或停止，因此可實(shí)現(xiàn)連續(xù)燃燒。
(2)耐久性好，使用壽命長。爐內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，故使用壽命長。由于燃燒均勻，不會(huì)產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，加之爐子為箱式結(jié)構(gòu)，與耐火材料的熱膨脹相適應(yīng)，因此在一定程度避免了耐火材料的損壞。
(3)可采取全面的防二次污染的措施，對(duì)焚燒時(shí)產(chǎn)生的有害物質(zhì)進(jìn)行了處理，如不加任何附加設(shè)備，僅以流化床所特有的燃燒方式就可把NOx含量降到100ppm以下。流化床焚燒爐以其本身的特點(diǎn)，減少了廢水的產(chǎn)生量。爐渣呈干態(tài)排出，無渣坑廢水，亦不需處理重金屬污水的設(shè)備。垃圾槽內(nèi)的廢水可向焚燒爐內(nèi)噴散霧化焚燒處理。
(4)流化床焚燒爐由于爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度和傳熱強(qiáng)度高，相同垃圾處理量的流化床爐體積比爐內(nèi)要小，故而投資省，適用于大型化發(fā)展。
(5)燃料適應(yīng)性廣，可燃燒高水分，低熱值，高灰份的垃圾，床內(nèi)混合均勻，燃燼度高，使垃圾容積大大減少，特別適合垃圾熱值隨季節(jié)性變化很大的特點(diǎn)。
(6)爐子構(gòu)造簡(jiǎn)單，爐內(nèi)沒有運(yùn)動(dòng)部分。
綜合上述三種垃圾焚燒爐型的介紹，歸納出各種焚燒方式的優(yōu)缺點(diǎn)，從中可見流化床垃圾焚燒爐綜合性能較為優(yōu)越，尤其是我國的垃圾熱值相對(duì)偏低，要實(shí)現(xiàn)其高效穩(wěn)定燃燒，流化床無疑是最佳選擇。因此對(duì)我國目前城鎮(zhèn)最有發(fā)展前景的垃圾焚燒爐應(yīng)為流化床爐。
6 結(jié)束語
綜上所述，焚燒處理是目前為止垃圾減容化、無害化、穩(wěn)定化最有效方法之一，在我國有著廣闊的發(fā)展前景。同時(shí)，采用何種焚燒爐進(jìn)行焚燒處理也是重中之重，本文通過了不同焚燒爐的對(duì)比研究，結(jié)合我國的實(shí)際情況，提出了采用流化床爐進(jìn)行焚燒處理的方案，筆者認(rèn)為，這種焚燒爐將有著很好的發(fā)展前景。另外，加強(qiáng)宣傳教育，提高全民環(huán)境意識(shí)，共同保護(hù)環(huán)境，也是我們的必由之路。
參考文獻(xiàn)
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