隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，人民生活水平的迅速提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量急劇增加，造成的環(huán)境污染日益嚴重。處理城市生活垃圾，實現(xiàn)無害化、資源化和減量化，己成為我國必須解決的重大問題。目前國外興起的垃圾衍生燃料RDF(RefuseDerivedFuel)可作為供熱鍋爐、發(fā)電鍋爐、水泥窯爐的燃料。燃燒后的灰渣可作為制造水泥的有效成分，為垃圾的資源化拓寬了道路。

1 RDF技術(shù)

所謂垃圾衍生燃料，是指將垃圾中的可燃物(如塑料、纖維、橡膠、木頭、食物廢料等)破碎、干燥后，加入添加劑，壓縮成所需形狀的固體燃料。

RDF 技術(shù)可以追溯到1973年。經(jīng)過30a的發(fā)展，技術(shù)日趨成熟，已在美國、日本、英國和瑞典等國家大量運用，見表1。美國是世界上利用RDF發(fā)電最早的國家，已有RDF發(fā)電站3處，占垃圾發(fā)電站的21.6％。近年來日本也興起了建設(shè)RDF發(fā)電站的熱潮，日本NKK、川崎重工、神戶制鋼等公司展開了RDF資源化利用的相關(guān)研究。歐美及日本等國家，迄今已將城市生活垃圾(MSW)中間處理技術(shù)推向以RDF為主的處理方式。意大利預(yù)計在2003年，將垃圾填埋的處理量從原先的80％降至35％，將其以RDF和其它的處理技術(shù)進行處理?？梢姡琑DF技術(shù)極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

我國對RDF技術(shù)的研究起步較晚，僅有中科院廣州能源所、同濟大學(xué)和清華大學(xué)等少數(shù)幾家單位在從事這方面的研究。最近，由中國科學(xué)院廣州能源研究所與日本名古屋大學(xué)、豐田汽車公司共同研制的垃圾衍生燃料中試熱態(tài)試驗裝置，在廣州能源所五山園區(qū)建成，為我國推廣RDF技術(shù)成功地邁出了第一步。

RDF技術(shù)之所以對廣大學(xué)者和用戶產(chǎn)生如此大的吸引力，其原因在于：(1)RDF具有較高的發(fā)熱量，可以在低于其它燃料單位費用情況下提供熱能，將燃燒效率提高8％～12％；(2)MSW經(jīng)過破碎、磁選、風(fēng)選及篩選等，制成RDF后體積減小，有利于運輸；又因RDF水分減少且在生產(chǎn)過程中加入添加劑如Ca(OH)2、CaO等可防止惡臭產(chǎn)生便于貯存；(3)RDF可在現(xiàn)有燃料處理系統(tǒng)內(nèi)制做，僅對設(shè)備和操作程序作較小改動即可；(4)RDF焚燒產(chǎn)生污染物濃度低，無需增設(shè)氣體凈化設(shè)備。

表1國外RDF應(yīng)用實例

2 RDF焚燒污染物排放特性

1987 年美國的垃圾焚燒已有23％使用垃圾衍生燃料。RDF主要用在移動床和流化床焚燒爐中，上述兩種焚燒爐可以使RDF混合均勻并完全燃燒，從而達到最佳的焚燒效果。由于RDF與一般固體廢棄物相比具有較高的發(fā)熱量，因此垃圾衍生燃料焚燒系統(tǒng)的規(guī)模通常小于混燒式焚燒系統(tǒng)，且因RDF有較均勻的物化組成，使得大氣污染物排放濃度較低，且大氣污染物控制和凈化設(shè)備的投資成本較低。表2對MSW與RDF焚燒污染物的排放進行了比較?？梢钥闯?，RDF焚燒排放出來的 NOx、SOx、CO和粉塵等污染物的濃度基本上都小于MSW，其中HCl濃度更低于0.0005％

表2 RDF與MSW污染物排放濃度的比較

2.1NOx及SOx排放特性

Norton 等人(1989年)對美國多處RDF與煤混燒垃圾焚燒廠排放的NOx進行了測試，結(jié)果表明NO排放濃度隨RDF混燒比例的增加而減少，其原因是RDF的氮含量只有0.5％，低于一般煤的氮含量1.5％，因此，RDF混燒比例增加可降低NOx的排放量。同時，他們收集了煤和RDF混燒時的煙氣污染物排放資料，發(fā)現(xiàn)混燒時硫化物的排放濃度較單獨燃煤時低，這是由于RDF的硫含量較少，而且混燒時，降低了SOx的排放濃度。Raili等人(1996年)討論了不同比例的RDF、木屑和泥煤混燒后，煙氣中污染物的排放特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NOx的排放濃度會隨RDF混合木屑量的增加而增高。同時，他們對RDF和木屑在流化床中混燒排放SOx進行了研究，結(jié)果顯示SOx的排放濃度隨RDF混燒比例增加而增加。Chang等人(1998年)研究指出RDF焚燒排放的NOx 約為一般垃圾焚燒排放的一半，其原因為一般垃圾中氮主要來源于生活廚余，經(jīng)預(yù)處理分離后，使得RDF中含氮量較一般垃圾低；另一方面焚燒一般垃圾時，由于其發(fā)熱量較低，在焚燒時需要加入輔助燃油，從而增加了垃圾焚燒時煙氣中NOx的濃度。

樸桂林等人(1998年)模擬RDF在流化床中焚燒時污染物的排放行為，研究結(jié)果指出當(dāng)空氣比為1時，NOx的排放濃度為0.01％，但空氣比若增為2時，NOx的排放濃度增為0.02％。即NO的排放濃度隨空氣比的增加而增加。他們(2000年)在同樣的操作條件下，討論了NOx排放濃度與燃燒空氣比之間的關(guān)系，結(jié)果指出，當(dāng)提供二次風(fēng)時，NOx會隨空氣比的增加而提高，但排放濃度比沒有提供二次風(fēng)時要低。

Sugiyama等人(1998年)對不同形式RDF焚燒排放NOx的特性進行了研究，結(jié)果指出粒狀RDF比松散狀RDF焚燒排放的NOx要高。另外，當(dāng)添加CaO比例由1.9％增至16.1％(空氣比介于0.5～1.5)時，NOx的排放比例亦隨之增加。這是因為CaO具有催化能力，并且能夠氧化NH，和其它的NOx前驅(qū)物所致。CaO和Cl對NO排放的影響結(jié)果指出，當(dāng)空氣比介于0～1時，將CaO和Cl添加到RDF中，會促進燃料N轉(zhuǎn)化為NOx；但若僅有CaO存在時，則燃料N轉(zhuǎn)化為NOx的比例較低；若無添加劑時，則其轉(zhuǎn)化比例更少。

2.2CO排放特性

CO是碳氫燃料和氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中的間產(chǎn)物，當(dāng)燃燒過程中氧含量不足時，CO會以最終產(chǎn)物的形式排放至周圍環(huán)境。且當(dāng)燃燒溫度達到1500℃時，CO氧化成CO的平衡常數(shù)會降低，CO的濃度則明顯提高。

樸桂林等人(1998年)研究指出，當(dāng)以12kgh的進料速度進行RDF焚燒試驗時，CO的排放濃度高于0.05％，且當(dāng)空氣比由1提高為1.時，CO濃度從0.4％降為0.05％；若將進料速度降低至10kg／h，則可將CO濃度降至0.015％若將空氣比由1提高為1.8時，CO濃度則從0.015％降為0.002％，其原因是二次風(fēng)有助于RDF的完全焚燒，并可降低CO的排放濃度。他們(2000年)在相同的操作條件下，研究了空氣比和CO濃度之間的關(guān)系，結(jié)果指出，CO濃度隨空氣比的增加而降低。

Chang等人(1999年)對一家小型焚燒廠生活垃圾和RDF的焚燒效率以及污染物排放特性進行了評估，其中CO排放濃度雖符合排放標(biāo)準(zhǔn)，但焚燒生活垃圾產(chǎn)生的CO比焚燒RDF高。

Borgianni等人(2002年)研究發(fā)現(xiàn)，RDF在氧含量為0.166g／kg時，CO2排放量為最大，表明RDF能夠更加完全地進行燃燒，降低CO排放。

2.3HCl和二惡英排放特性

垃圾焚燒除了可能排放一般性污染物外，最令人憂心的是有機有毒物質(zhì)的潛在危害。二惡英具有毒性大、化學(xué)穩(wěn)定性高、生物降解率低以及在生物體內(nèi)富集性高等特性。

Sinkkonen等人(1995年)對RDF焚燒生成二惡英的情況進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)飛灰中二惡英存在以TeCDDs的量為最多；若將RDF和木屑混燒，則TriCDDs、TeCDDs和PeCDDs在飛灰中明顯增加，但RDF和泥煤混燒時，二惡英的濃度則降低。

Raili等人(1996年)將不同比例的RDF、木屑和泥煤混燒，研究氣體污染物的排放特性，結(jié)果顯示二惡英濃度皆低于德國的排放標(biāo)準(zhǔn)，二惡英的排放會隨燃燒效率的增加而減少。若混合55％的木屑和45％的RDF，則煙氣中以1，2，37，8-PCDF存在量較多。

Li等人(1997年)將RDF和60％的煤混燒時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤中的硫含量和RDF中氯含量的摩爾濃度比為0.64時，則可抑制二惡英的形成。

Sugiyama 等人(1998年)在RDF焚燒過程中添加Ca(OH)和CaO，發(fā)現(xiàn)當(dāng)RDF所含的水分較少時，CaC12的形成量越多；當(dāng)CaO添加量減少1／2時，底灰Cl的捕捉量減少1／5。當(dāng)Ca與C的濃度比較小時，Cl-大部分存在于氣相中，反之則Cl-大多存在于底灰中，其原因是大量的Ca會與Cl形成固體 CaC12而進入到底灰中。樸桂林等人(1998年)利用流化床研究了RD焚燒過程中污染物的排放，結(jié)果指出，焚燒溫度在900℃時HC1濃度為 0.015％，當(dāng)焚燒溫度上升至1000℃時HC1排放濃度則提高為0.03％。他們(2000年)在相同的操作條件下，研究了空氣比和HC1排放濃度之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在800℃時，HCl排放達到最低(低于0.006％)，但隨溫度增加HC1濃度會再次提高，其原因是CaC12形成的動力速率相當(dāng)?shù)?，所以Cl無法與Ca反應(yīng)，最后HCl又會再次形成。而溫度為800～900℃時去除率可達70％。

Chang等人(1999年)對生活垃圾和RDF混燒時污染物的排放特性進行了研究，研究指出生活垃圾焚燒煙氣中HCl濃度約為RDF焚燒時的2倍。Samaras等人(2000年)研究了RDF焚燒過程中，添加不同化合物對二惡英的抑制情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加尿素可降低28％的二惡英的形成；若添加劑為純硫，由于硫可阻止Cu／Fe的催化作用且抑制氯化作用，硫和金屬在低溫時會形成較穩(wěn)定的化合物，相比之下尿素抑制二惡英形成的作用則較低。

Borgianni等人(2002年)研究了不同吸收劑對HCl排放的抑制作用，結(jié)果指出Na2CO3，對HC的去除效果比CaO和Ca(OH)2好。

2.4重金屬排放特性

垃圾焚燒過程中常因垃圾中存在許多金屬物質(zhì)如防腐劑、殺蟲劑、電池、金屬線路板、燈管、墨盒等，增加了焚燒爐灰渣和煙氣中金屬的排放濃度，從而要求在焚燒爐尾部設(shè)置煙氣凈化設(shè)備。

垃圾中所含的重金屬物質(zhì)經(jīng)高溫焚燒后，一部分會因焚燒而揮發(fā)，其余部分殘留在灰渣中，而揮發(fā)和殘留的比例則與各種重金屬的沸點有關(guān)，沸點越高則越易凝結(jié)，殘留在灰渣中的比例亦隨之提高。

Norton 等人(1986年)研究了煤和RDF混燒后重金屬的排放特性，研究發(fā)現(xiàn)，金屬As、Cd、Cu、Ce、Ni、Pb及Zn不論燃燒單一煤或?qū)DF和煤混燒，其濃度皆隨顆粒粒徑的增加而增高。在較小粒徑的飛灰中，金屬Cd、Pb、Sb、Sn和Zn在煤和RDF混燒試驗中，排放濃度較燃燒單一煤時要高，當(dāng)粒徑為1～3μm時，金屬Cd的濃度則較燃燒單一煤的排放濃度高出4倍。但對金屬總排放量而言，煤和RDF混燒所排放微量金屬濃度較燃燒單一煤時要低。當(dāng)顆粒<1μm時，飛灰中硫含量有增加的趨勢，此現(xiàn)象可能是因為硫以SO2的形式吸附在顆粒表面上，導(dǎo)致較高的硫含量。同時，他們收集了許多垃圾焚燒廠 RD和煤混燒金屬排放的資料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，焚燒RD時金屬的排放濃度比燃燒單一煤要高，如Cd、Cr、Hg、Pb及Zn等；而燃燒單一煤則有較高的As、 Ni、V排放。焚燒RDF時，金屬As、Ni、Pb、Sb、Zn、V易聚集在飛灰上，雖然可以通過煙氣凈化設(shè)備收集，但仍有一部分會排至大氣中。若將 RDF與煤混燒，則金屬Cd、NO、Pb、Zn在飛灰中仍維持相當(dāng)高的濃度，但金屬As及Ni在飛灰中存在的濃度則明顯地降低。Kilgroe等人研究了 MSW和RDF在垃圾焚燒廠進行焚燒時，以活性炭作為吸附劑吸附金屬汞。結(jié)果發(fā)現(xiàn)焚燒RDF所產(chǎn)生的飛灰含碳量高于2％時，噴入活性炭來吸附金屬汞時的去除率>90％，若RDF碳含量低于2％時，則去除效果降為80％。

Danheux等人用氣化處理技術(shù)將RDF制成氣體燃料，試驗結(jié)果表明，金屬Cu多數(shù)存在于灰渣中，只有少量揮發(fā)到氣相中；Mn則有近80％存在于底灰中；Pb和Cd在850℃時易于揮發(fā)，且揮發(fā)現(xiàn)象隨溫度的升高而越明顯，且只有2％～4％存在于飛灰中，大部分揮發(fā)至氣相中。因Pb及Cd濃度高于排放標(biāo)準(zhǔn)，試驗過程中在溫度為900℃時，利用CaCO3，、Na2CO3，及K2CO3作為吸收劑，捕捉煙氣中的Pb和Cd。由于MSW中，Pb大多以 PbO、PbCrO3的形式存在，在焚燒過程中，氯容易與鉛反應(yīng)形成易揮發(fā)的PbCl2，極少數(shù)Pb存在于灰渣中。

3 結(jié)束語

綜上所述，RDF作為垃圾處理的新技術(shù)已逐漸得到世界各國的重視及應(yīng)用，且由于其自身的技術(shù)特點，使得RDF焚燒污染物的排放濃度較低，并可通過焚燒溫度、過?？諝庀禂?shù)、一次風(fēng)／二次風(fēng)之比、混燒比、添加劑的種類和含量以及RDF的制造工藝來抑制污染物的生成。但該技術(shù)尚處于起步階段，仍在RDF制造工藝、焚燒方式和污染物排放等方面存在許多尚未探明的問題。特別是對有機污染物(如二惡英、多環(huán)芳烴和多氯聯(lián)苯等)的研究。因此，我們要加快RDF技術(shù)的研究力度，盡快推廣RDF技術(shù)在我國的應(yīng)用，促進我國垃圾的綜合利用，解決環(huán)境污染問題，節(jié)約能源。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”