城市生活垃圾的熱解處理與厭氧生化處理工藝方案比選
由于受到技術(shù)水平的限制,國內(nèi)垃圾處理普遍存在投資高、成本高、虧損高的“三高”現(xiàn)狀,產(chǎn)業(yè)化水平很低。這種局面已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn),不符合現(xiàn)代社會(huì)文明進(jìn)步的需要。各城市都希望能找到一種比現(xiàn)行填埋、堆肥和焚燒法更為有效、經(jīng)濟(jì)的辦法來解決這一令人頭疼的問題。
焚燒法
該法是將混合垃圾直接焚燒,利用熱能發(fā)電。焚燒不能做到完全處理,同時(shí)不可避免地產(chǎn)生二惡英等大量有害氣體和有害燒結(jié)渣等二次污染物。焚燒是一種污染轉(zhuǎn)化為另一種更為嚴(yán)重、更為廣泛的污染的過程。焚燒投資大(每噸·天約15萬元)、費(fèi)用高(每噸約95元)、虧損大,該法已逐漸不被接受。
填埋法
該法是將混合垃圾直接填埋,有的利用自生沼氣發(fā)電。填埋未做任何處理,資源化水平極低,并以水土惡化、國土侵占、資源浪費(fèi)為重大代價(jià)。填埋形成不可逆的對周圍大范圍的大氣及水土的長期污染,形成滲濾液、有害物滋生、惡性氣體、重金屬等嚴(yán)重問題。另外,由于自生沼氣導(dǎo)氣困難,填場存在燃?xì)獗ǖ乳L期安全隱患。
堆肥法
該法是將混合垃圾進(jìn)行靜態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)堆肥。堆肥適于鄉(xiāng)村農(nóng)家肥生產(chǎn)而非城市垃圾產(chǎn)業(yè)化處理。堆肥質(zhì)量差、肥效低、市場小、售價(jià)低、成本高,大多數(shù)垃圾堆肥廠近年先后關(guān)閉(如揚(yáng)州等)。堆肥投資大(約每噸·天12萬元)、費(fèi)用高(每噸約63元)、周期長(循環(huán)周期22天以上)、國內(nèi)缺乏工廠化設(shè)備,進(jìn)口設(shè)備國情適應(yīng)性差。
熱解法熱解法
(Pyrolysis)是利用混合垃圾中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性,在無氧或缺氧條件下對之進(jìn)行加熱蒸餾。使有機(jī)物產(chǎn)生熱裂解,經(jīng)冷凝后形成各種新的氣體(甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氫氣)、液體(有機(jī)酸、焦油、芳阱)和固體(碳黑、爐渣),從中提取燃油、油脂和燃?xì),燃(xì)膺M(jìn)行發(fā)電。
下面就某城市生活垃圾的熱解處理與厭氧生化處理工藝進(jìn)行比選:
A、熱解處理工藝
熱解是利用生活垃圾中有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性,在無氧或缺氧條件下進(jìn)行加熱蒸餾,使有機(jī)物產(chǎn)生熱裂解,從中提取燃料油、燃?xì)獾瓤扇嘉镞M(jìn)行發(fā)電的過程。
但根據(jù)現(xiàn)已提供的垃圾基本數(shù)據(jù):
1、垃圾.平均燃燒熱值:垃圾濕基低值發(fā)熱量為:800卡/千克。
2、垃圾含水率為40%~60%。容重為0.4千克/升。
3、垃圾中有機(jī)物含量:62%左右.
根據(jù)上述數(shù)據(jù),該垃圾處理項(xiàng)目的工藝路線如采用熱解技術(shù),將會(huì)存在以下不足之處:由于垃圾的熱值偏低,以回收能源為目的的熱解處理系統(tǒng),在熱解過程中需要吸收大量熱量,要增加補(bǔ)充燃料,特別是熱解前期干燥階段需消耗較多的外部加熱能源,會(huì)增加運(yùn)行成本。
◆我國垃圾的含水率一般都超過40%,有時(shí)會(huì)達(dá)到60%以上。垃圾中所含水份在熱解過程中總是先汽化,一方面,熱解前期使垃圾干燥要求外部加熱能耗需要增加;同時(shí),它以水蒸氣的形式與可燃的熱解燃?xì)夤泊,將?yán)重降低熱解燃?xì)獾臒嶂岛涂墒褂脙r(jià)值。
◆由于生活垃圾隨季節(jié)、地區(qū)、收集來源的不同,其有機(jī)物垃圾組分也有顯著的區(qū)別,導(dǎo)致熱解工藝(包括熱解溫度、濕度、熱解時(shí)間、熱解生成物等)處在一個(gè)很復(fù)雜的不確定因素中,使熱解生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定而難以控制。
熱解系統(tǒng)設(shè)備價(jià)格高昂,投資回報(bào)率低。
◆熱解過程中產(chǎn)生的固態(tài)物灰渣需要填埋,其中含有重金屬、碳黑和不可燃物爐渣。其中唯有碳黑可以加工利用。
B、厭氧生化處理工藝
厭氧生化處理工藝是在缺氧情況下,利用自然界固有的微生物厭氧菌(特別是甲烷菌),將垃圾中有機(jī)物作為它的營養(yǎng)源,經(jīng)過甲烷菌的新陳代謝生理功能,將垃圾中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣和沼肥的整個(gè)生產(chǎn)工藝過程,通稱“有機(jī)物垃圾厭氧消化作用”。
近年來,歐洲各國如德國的林德公司、法國的瓦洛嘎公司都是采用厭氧消化技術(shù)處理生活垃圾。2004年8月至10月,上海市先后在上海寶山區(qū)和普陀區(qū)正式動(dòng)工兩座日處理量600噸和800噸的生活垃圾處理廠,都是采用國際先進(jìn)的干式或濕式厭氧生化技術(shù),經(jīng)分揀后的有機(jī)垃圾經(jīng)過厭氧罐內(nèi)20~25天的厭氧消化工藝,可將有機(jī)垃圾進(jìn)行資源化、能源化處理,轉(zhuǎn)化為生活燃?xì)猓ㄕ託猓┖陀袡C(jī)肥(沼液和沼渣經(jīng)過生物菌的再次生化反應(yīng),可以產(chǎn)生肥效較高的復(fù)合有機(jī)肥或活性有機(jī)肥)。
垃圾中有機(jī)物經(jīng)過微生物厭氧菌分解發(fā)酵過程分為液化、酸化、產(chǎn)甲烷三個(gè)階段。①在液化階段,厭氧菌種利用胞外酶對垃圾有機(jī)物進(jìn)行酶解,使固態(tài)物變成可溶于水的物質(zhì);②在產(chǎn)酸階段,則依*產(chǎn)酸菌將上述可溶物生成酸性中間物;③產(chǎn)甲烷階段,最后由甲烷菌利用酸性中間物、以及物料中的其他碳類化合物轉(zhuǎn)化為甲烷,即我們經(jīng)常所說的沼氣。其固態(tài)物--沼渣經(jīng)過再次微生物發(fā)酵后,便是價(jià)值較高的有機(jī)肥。
垃圾處理采用這種工藝路線的有利之處,有以下幾個(gè)方面:
◆其經(jīng)濟(jì)價(jià)值較為可觀:產(chǎn)出物有沼氣——每噸有機(jī)垃圾經(jīng)過發(fā)酵后,產(chǎn)沼氣50~80M3(其中甲烷CH4含量≥50%),可供生活用燃?xì),或用此燃(xì)獍l(fā)電上網(wǎng)。每噸有機(jī)垃圾經(jīng)過發(fā)酵后,又同時(shí)能產(chǎn)生0.6噸沼肥——它符合國家有機(jī)肥和綠色食品用肥標(biāo)準(zhǔn):GB8172-87。其中:有機(jī)質(zhì)≥30%;全氮≥1.0%;其它肥效均超過標(biāo)準(zhǔn)1倍以上。并有殺菌殺蟲和刺激動(dòng)植物生長和發(fā)育的“生物活性物質(zhì)”、“土壤營養(yǎng)液”等特殊功能。
◆無害化:生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生二次污染。無灰渣生成,不需要填埋。
◆采用本工藝時(shí),其系統(tǒng)設(shè)備投資僅為同樣規(guī)模(指同樣的垃圾日處理量)的熱解工藝設(shè)備投資50%左右,故經(jīng)濟(jì)效果顯著,其投資利潤率約為10~15%,投資回收期約為8~10年。
◆本工藝技術(shù)較為成熟,有類似實(shí)例可供考察。
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