生活垃圾消解(湿解)处理技术

来源:北极星节能环保网 2015-11-03 14:01

目前,国内生活垃圾的主流处理技术是填埋和焚烧发电。垃圾填埋占用大量土地、不能利用资源,还会产生渗沥液及臭气,长期污染环境。垃圾焚烧发电可以利用垃圾的热值产生电力,减量化、无害化效果也很明显,但是对于我国垃圾分类效果还不明显、垃圾热值较低的现状来说,其投资和运行成本都很高,其产生的烟气和飞灰也存在环境风险,如果不严格按照国家规定运行,就可能造成环境污染。要解决这一问题,一是要注重源头分类;二是要改变生活垃圾的焚烧方式,即进行某种方式的预处理,分出垃圾中热值较高的部分进行焚烧。这样,垃圾焚烧炉的造价就会大幅降低、焚烧温度会高而稳定、炉渣的无机化程度会更高、发电效率会更高、环境风险也会降低。生活垃圾消解(湿解)处理就是这样一种方式。

一、我国的生活垃圾成分分析

我国的生活垃圾属于混合垃圾,含水率约50%-60%,其中,厨余垃圾约占60%(含水率约70%),可燃物(塑料、竹木、纺织品等)约占20%,还有少量无机物(砖石、玻璃、金属等),成分极其复杂,但依比重不同可大致分为三类:

1. 轻垃圾(可浮于水面):主要包含塑料、竹木、纺织品、皮革、油脂等;

2. 重垃圾(会沉于水底):主要包含砖石、玻璃、陶瓷、金属等;

3. 易腐有机垃圾(消解处理后会变成泥土/浆):主要包含厨余垃圾、废纸等。

可见,影响垃圾焚烧效果的主要因素就是厨余垃圾,将其剔除是预处理的主要目的。

二、生活垃圾消解(湿解)处理技术先容

生活垃圾消解处理技术也称为湿解、蒸煮、湿热、热水解、steam autoclaving处理技术,即在压力容器内利用高温高压水蒸汽与生活垃圾直接接触并保持一定温度和压力(一般≤8kgf/cm2、174℃)一段时间进行处理的技术,可以起到消毒、减量化、使易腐有机垃圾粉碎、脱水、分解的作用,而其它成分变化不大,从而使分选变得非常容易。

目前国内外都有使用消解技术处理生活垃圾的工程案例,各自的工艺有很大不同:

1. 国外:采用卧式旋转消解罐(从蒸压釜改造而来),其直径可以很大,罐内壁设螺旋抄板,垃圾经水平输送机装罐,罐朝一个方向不停旋转,即可装满;消解处理完毕,泄为常压,打开罐盖,罐朝相反方向旋转,即可排净垃圾,再进行干式分选。此工艺垃圾在装罐前无需分选,装、排料不存在堵塞的问题,处理过程中罐可旋转,使反应均匀,所以处理时间较短;但装、排料耗时较长、装料密度不大,效率不高,占地面积也较大。

2. 国内分为先消解后分选和先分选后消解两种类型:

(1)先消解后分选工艺:采用立式固定消解罐,生活垃圾只需剔除少量粗大垃圾即经若干输送机装罐,消解处理完毕,泄至一定压力,迅速打开罐底的排料阀,垃圾在很短时间内即可喷爆排净,再进行干式分选。此工艺摒弃了繁杂的预分选工序,简单、实用、处理量较大;但装罐过程耗时长、效率低,喷爆过程容易堵塞、震动大、浪费蒸汽、产生大量臭气、厂房和设备布置较困难。

(2)先分选后消解工艺:与先消解后分选工艺的区别在于先经过繁杂的机械甚至人工分选,将生活垃圾大致分成三类:轻垃圾、重垃圾和厨余垃圾,然后将厨余垃圾进行消解处理,其优点是所需的消解罐总体积变小了、排料也不易堵塞了,但现有分选技术分选效果较差,所以此工艺难以大规模推广应用。

三、生活垃圾消解(湿解)处理技术的改进设想

从上述先容可见,各种生活垃圾消解处理工艺都各有优缺点,还有很多值得改进的地方,需要取长补短并有所创新,经过长期的研究,大家提出了如下改进设想:

1. 采用造纸行业通用蒸煮设备蒸球作为消解罐,它实际上是一种立式旋转消解罐,其装料口可以加大,装料时旋转朝上,生活垃圾可以不经分选利用抓斗(垃圾焚烧发电通用装料设备)经漏斗直接装罐,速度很快、靠重力压缩装料密度也很大,消解处理完毕,泄为常压,打开罐盖,将罐装料口旋转朝下,垃圾靠重力即可排净;处理过程中罐可旋转,使反应均匀、时间缩短;这样就避免了立式固定消解罐的缺点。

2. 将消解处理后的垃圾直接排入水池中进行水选,垃圾在水中依比重不同自然分成三类:浮于水面的轻垃圾、沉于水底的重垃圾和悬浮于中间的泥浆(由易腐有机垃圾形成);泥浆利用特制压滤机进行压滤脱水,可形成含水率低于40%的均质泥饼,即可用作营养土,也可作为燃料焚烧发电,这样就避免了干式分选形成的泥土杂质含量高(难以作为营养土)、含水率高(不稳定、热值低,需长时间堆酵干化)的缺点。

3. 可将上述水池作为水解酸化池,使泥浆在其中最多停留三天,就可使大部分易腐有机垃圾由固相转变成液相并酸化(因为消解处理后的易腐有机垃圾分子小、温度高,所以生化反应速度很快),然后再压滤脱水,这样形成的泥饼量更少、更稳定(当然热值也变低),其压滤液的悬浮物(SS)含量很低、外观澄清透明(温度仍较高),可送入快速连续厌氧反应器中进行产乙酸、产甲烷反应生产沼气(可用于发电),停留时间最多只需一天就可完成反应,其沼液浓度很低并且无沼渣产生,大幅降低了污水处理费用。这样做的效果是现有“全混式”厌氧处理技术无法比拟的。

上述设想的效果未经实践验证。

四、生活垃圾消解(湿解)处理技术的经济性分析

1. 消解处理技术最好与垃圾焚烧发电相配合:利用消解处理产生的轻垃圾和泥饼焚烧发电,可使焚烧炉较直接焚烧生活垃圾缩小至少五分之四,也无需昂贵的垃圾焚烧专用炉排及喷油助燃,使用普通的燃煤往复炉排或流化床炉就可焚烧,消解处理所需的水蒸汽可使用发电后的低压蒸汽,产生的臭气也可抽送至焚烧炉焚烧处理,大大降低了设备投资、运行成本和环境风险。

2. 消解处理完毕后的泄压蒸汽可经管道输送至另一新装料的消解罐内用于垃圾预热,消解处理后的垃圾温度接近100℃,排入水池后可使泥浆保持较高温度,大大提高了生化反应速度,也降低了设备投资和运行成本。

3. 易腐有机垃圾经消解处理后,在后续厌氧处理过程中短时间内产沼气量比未经消解处理大幅提升,用于发电,会产生显著效益。

4. 易腐有机垃圾的分解属放热反应。

由上述分析可见,消解处理耗能并不高;从现有工程实例来看,蒸汽能耗并不是消解处理技术推广应用的障碍。

综上所述可见,生活垃圾消解处理技术目前没有得到大规模推广应用的原因并不在消解处理本身,而在于消解处理所采用的工艺,如果能将其工艺调整好,此技术还是有发展空间的,尤其是生活垃圾经过消解处理,就可以更安全、更方便、更多地回收其中的有用资源,其余可燃物再去焚烧,这对于资源日益紧缺、环境压力逐渐增大、国家大力倡导发展循环经济的现实状况来说更具有深远的意义。

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