环境保护第二章(5)

废物的焚烧处理回收热量，进一步发电；利用垃圾厌氧消化产生沼气，作为能源向居民和企 业供热或发电。另外，世界各国均十分重视燃料化技术的开发和利用。目前已研究出的技术 包括热分解法、加氢催化分解法、接触热分解法等。 (一) 好氧分解有机物产热

有机物在好氧条件下，通过好氧微生物的作用，可以彻底分解，最终形成CO2和水， 同时，释放大量的能量，国内外已开始研究利用这些能量的方法。

例如，澳大利业尝试用灌木制成堆肥．并用水回收热量。50t堆肥可联产60℃热水(进 水10℃)4L／min．并能维持6个月之久。浙江农业大学试验利用玉米秆、番薯藤外加少量 牛粪为原料，进行堆肥发酵，用水回收热量，历时63天，水温高达42．5℃。lkg有机质 (干基) 实际获得1013．4kJ热量。 （二）垃圾填埋气体的利用 固体废物在填埋后即开始分解。在厌氧分解过程中，土壤和固体废物中微生物分解镇埋 废物中的大部分有机物，在10-40年内持续产生填埋气体。固体废物在生物降解过程中产 生的填埋气体主要由甲烷和CO2组成．同时伴有少量氦气、氧气、各种碳氢化合物、水分 和其他微量化合物。

由于固体废物分解产生的填埋气体会使地下气压增高。少量受压的填埋气体会通过填埋 场表面逸出，进入空气或在地底下向相邻地区迁移，甚至会发生物理性爆炸、遇到火种时， 甲烷气体会引起火灾。如果当空气中甲烷气体的含量达到广5％~15％，就有可能发生化学 性剧烈爆炸，因此甲烷是一种危险性物质。其他非甲烷性有机混合气体通常较臭．有害环境和健康。可见，如果不对填埋气体加以有效技制，则会引起空气污染，甚至危及人类的安全和健康。同时，填埋气体中的甲烷等气体又是一种热值很高的燃料，若能对填埋气体加以有效控制、收集、处理或利用，不仅能消除污染和破坏环境的隐患，而且可以开发大量宝贵的能源。

固体废物填埋气体的收集系统由均匀分布于整个填埋场的、用于收集填埋气体的竖井和 水平槽．以及气体中转输送管和总管组成。在每个填埋场中，通过机械风机将填埋气体收集 起来，用以焚烧发电或对填埋气体进行二次加工以获得新的能源。

将单个的排气竖井和收集槽、气体收集支管和总管相互连接成覆盖整个填埋场的气体． 传输网状系统。气体收集系统的总管与风机的负压端相连，从而使填埋气体不断地被抽上’ 来。收集到的填埋气体可用来焚烧带动余热锅炉产生蒸汽用于发电，也可以将填埋气通过 净化等—系列处理而生产液化天然气。 (三) 固体废物的焚烧发电技术

在新能源 (太阳能、风能、中小水力发电、地热、生物能、海洋潮汐能等)中．废物能 是最有希望付诸实用的一种。近年来，固体废物能源化的研究进行得很普遍．如日本已有 25个废物处理场装备了固体废物发电设备．我国已在深圳市垃圾发电厂取得了固体废物发 电的经验，并将在珠海、广州、东莞、顺德等城市大力推广。

现代城市，人口和生产都高度集中，城市垃圾与日俱增，成为一大公害。随着科技进步 和人们生活水平的提高，垃圾成分也在不断变化，垃圾中的砖瓦土砂等成分越来越少，而可 燃的纸类、塑料、纤维、木屑等成分越来越多，废物的发热量也在逐步提高，更适于进行焚 烧处理。典型的城市固体废物含再生燃料达65％，含可再生物质17％ (其中包括玻璃、铁、 非铁金属等)，其他残渣18％。这种固体废物因热值较高，具有作为燃料的价值。日伞垃圾 的平均热值达7576kJ/kg，西欧各国的城市垃圾热值大都为7116~10465kJ/kg。由于城市垃圾可燃成分增加，从而为城市垃圾的能源化利用提供了物质基础。 城市垃圾的潜能十分可观，充分利用城市垃圾回收能源已成为各国节能的热点之一。目 前城市垃圾大多采用填埋的方法，由于市区垃圾量的日益增加，接近城市适于填埋的土地正

迅速减少。于是，人们采取焚烧垃圾的方法，即把垃圾烧成仅有原体积5％左右的灰烬，然后再将灰烬掩埋。由于焚烧需要场地、焚烧炉、运输设备和消烟除尘装置，因此单纯的垃圾 焚烧是很不经济的。如果能利用垃圾焚烧所产生的大量热能为居民采暖和供热水，则能使垃 圾变废为宝。据估计1 t城市垃圾可产生压力为1．471Mpa的蒸汽1~2 t，发电270kw·h。 垃圾焚烧的废热有多种利用方式，大的焚烧炉可以用来发电，小的焚烧炉可以用来供 热。为保证输出热量稳定，通常将城市垃圾与工业可燃废物或部分燃料混合燃烧，并选择用 能集中的地方建造焚烧场，以建立合理的废热回收体系。另外垃圾焚烧可能会产生有害气 体，为防止二次污染、焚烧炉应安装排气净化装置。 城市污水处理会产生大量的污泥，处置这些污泥是件令人头疼的事。现在将污泥焚烧已 被证明是一种行之有效的处理方法。污泥作为燃料来应用是污泥处理技术上的革命，为城市 废物能源利用开辟了新的途径。由于污泥的发热量可达14651~16744kJ/kg，相当于优质煤 发热量的60％~70％，因此充分利用污泥的潜能是很有意义的。通常将污泥经脱水处理后， 再加少许辅助燃料，即可在焚烧污泥的焚烧炉内焚烧，回收的废热可以用于地区性采暖、供 温室热水，亦可用于发电。用于焚烧污泥的焚烧炉有竖式多层焙烧炉，也有流化床焚烧炉。 (四) 固体废物的热解技术

固体废物热解造气是废物燃料化的方法之一。所谓热分解，就是在氧分压较低的条件 下，将可燃性固体废物进行高温分解．分解为气体、油、煤炭、固型炭的形式。这样，废物 中藴含的热量就以气、油和炭的形式储留起来。 1．城市垃圾的热解

热解处理是从城市垃圾中回收燃料油及燃料气的一种有效途径，热解产物的组分与垃圾 成分、热解温度和热解装置有关。

城市垃圾的热解技术可以根据其装置的类型分为移动床熔融炉方式、回转窑方式、流化 床方式、多段炉方式、Flush Pyrolysis方式。其中，回转窑方式和F1ush Pyrolysis 分式是最 早开发的城市垃圾热解处理技术，代表性系统有Landgard系统和Occidental系统。Occiden-tal 系统工艺流程见图4-14。多段炉主要用于含水率较高的有机污泥的处理；流化床有单塔式和双塔式两种，其中双塔式流化床已达到工业化生产规模；移动床熔融炉方式是城市垃圾 热解技术中最成熟的方法，代表性的系统和新日铁系统、Purox系统和Torrax系统：

新日铁系统是热解和熔融一体化的设备，垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔 融过程，工艺流程示于图4-15。热解温度为300~1000℃。可回收得到热值约为6276~10460kJ/㎡的可燃性气体和金属铁。 2．污泥的热解

有机污泥一般都采用焚烧法处理以回收能量，但在焚烧过程中会产生二次污染问题，如 废气中含HCl、SO2、NOx，残渣中含重金属；热值不高的污泥需要辅助燃料；含铬污泥焚 烧时会产生毒性较大的六价铬等，污泥热解可避免以上问题。

由于污泥含水率高，不能直接进行热解处理，因而热解前碍进行干燥处理。日前为了有 效回收能量，更多时候是将污泥与城市垃圾混合进行热分解，可以取长补短，相得益彰。

3．废塑料的热解

在垃圾焚烧处理时，塑料常常是一种不受欢迎的成分。因为它会产生盐酸气等腐蚀性气体。但是塑料的热值很高，达31395kJ／kg。现在一种新的处理塑料垃圾的热分解技术已经达到实用化阶段。

热分解就是在缺氧气氛中，使塑料发生高温热分解，其低沸点成分变为燃料气，高沸点 成分则成为燃料油，再经过收集和净化就成为可供利用的燃料。塑料垃圾燃油化、比之直接 燃烧有很多优点。除了热解制得的燃油使梢方便，易于贮运外，热解炉比焚烧炉温度低，对 环境的污染小。

废塑料、废轮胎、废纸以及其他可燃成分都可以通过热分解变为燃气。实验表明，1 t精选的城市垃圾，经热解可制得353m3煤气，其热值达16744kJ/m3。而塑料制燃油的回收 率也很高．1kg废塑料可以回收0．8kg提取油。但由于热分解过程也要耗能，因此每吨垃 圾的净有效热值可达4x106kJ。在美国和欧洲城市垃圾的热解可燃气已用发电。

橡胶制品、废旧轮胎经破碎，再经过磁选去除钢铁杂质后，在450~500℃下进行热分 解,得到的气体可以作为燃料气，碳化物则为固体燃料。燃料气冷凝后可得到燃油，再经分 馏还可得到轻质油和重质油。轮胎热分解回收物中重油占50％~55％，碳化物32％~37％， 甲烷气占15％。

废塑料热解处理的主要产物为C1~C44的燃料油和燃料气以及固体残渣。通常情况下， 热解产生的燃料气基本上在系统内全部消耗掉，燃料油也部分被消耗。在配备有发电设施的 系统中，最终得到的燃料油产品约为总投入物料的40％。图4-16是年处理500t聚烯烃类塑 料的KPY型废塑料油化装置系统及其工艺流程。

4．废橡胶的热解

废橡胶主要指天然橡胶生产的废轮胎．工业部门的废皮带和废胶管等。人工合成的氯丁 橡胶、丁睛橡胶由于热解时会产生HCl及HCN，不宜热解。

废轮胎热解产物非常复杂，研究表明所得产品中气体占22％ (质量)、液体占27％、炭 灰占39％、钢丝占12％。气体主要为甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳及少量的水、二 氧化碳、氢气和丁二烯：液体主要为苯、甲苯和其他芳香族化合物。

废轮胎的热解装置主要应用流化床及间转窑，现已进入实用阶段。图4-17所示为某实 验厂采用流化床热解炉热解处理废轮胎的工艺流程。

参考文献

1 顾国维，何澄。绿色技术与应用。上海：同济大学出版社，1999 2 朱慎林，赵毅江。清洁生产导论。北京：化学工业出版社，2001 3 陆光华。绿色生活与未来。北京：化学工业出版社，2001

4 曹风中，刘亿。绿色的热点。北京：中国环境科学出版社，2001 5 闵恩泽，吴巍。绿色化学与化工。北京：化学工业出版社，2000

思考题

1. 生态上业的概念是什么?

2. 建立循环型生态工业系统的条件有哪些? 3. 什么是清洁生产?包括的内容有哪些? 4. 结合你的专业谈淡如何实施清洁生产。

5. 什么是绿色产品?结合你的专业，采用生命周期分析方法说明如何设计与评价绿色产品。 6. 举例说明废物资源化利用途径有哪些。

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