通风温度对生活垃圾生物干化脱水的影响

郭强，黄文雄，程海静

（1.城市建设研究院，北京100120；2.北京首拓环境科技有限公司，北京100028）

通风温度对生活垃圾生物干化脱水的影响

郭强1，黄文雄1，程海静2

（1.城市建设研究院，北京100120；2.北京首拓环境科技有限公司，北京100028）

以高含水率生活垃圾为研究对象，研究了不同的通风温度（室温、40℃低温、55℃中温、65℃高温）对生物干化的影响。结果表明，通风温度变化对堆体温度影响较小；高温通风（65℃）能有效地降低垃圾含水率，但不利于有机物的降解，产物的挥发性固体（VS）和可生物降解物质（BDM）值最高，稳定度最低；经过15 d的干化作用，4组反应器垃圾含水率显著降低，水分去除率分别为77.99%，79.37%，79.85%，79.47%；另外还伴随着厨余和纸张的降解；通风温度与热值提升呈正相关关系，各组出料的湿基低位热值分别为7 202 kJ/kg，9 276.4 kJ/kg，9 358.5 kJ/kg，10 064 kJ/kg，分别提高了72.2%，122.7%，123.7%，140.6%。

生物干化；通风温度；含水率；降解；低位热值

长期以来，我国混合收集的生活垃圾具有高厨余有机物、高含水率、低热值的特点[1]。高水分会导致垃圾低位热值降低，热能利用率下降，渗滤液、燃烧烟气等二次污染物浓度提高，机械可分选性能差等诸多负面影响[2]。因此，为了提高我国垃圾资源化利用水平、降低生活垃圾管理成本，迫切需要降低生活垃圾含水率的技术[3]。

近年来国外提出了生物干化技术，即在强制通风的情况下，微生物利用混合垃圾中的易降解有机物发酵产热，高温下通风加速水分挥发，去除混合垃圾的水分，提高热值[4]。此方法在不消耗外界能量的条件下，可实现生物干化的效果；同时还能实现可生物降解有机物的稳定化，在后续处理中减少污染物产生[5]。目前，有一些关于影响生物干化效果和速率的研究报道，如逆向通风[6]、控制通风量[7]、产物循环接种[8]等。虽然对于堆体温度对生物干化效果的影响研究报道较多，如MacGregor[9]和Adani[10]均认为较低的堆体温度（45℃）对干化效果有利，但鲜见通风温度对生物干化效果影响的报道。

针对高含水率生活垃圾，通过改变生物干化过程中的通风温度，研究堆体温度、垃圾及各组分含水率和质量变化、有机物含量变化和热值变化等，以期为提高生物干化效果、优化工艺参数提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

实验开展于12月份，室内平均气温20℃左右，平均相对湿度约为30%。实验所用生活垃圾采自北京市朝阳区某居民小区混合收集站，垃圾经预处理后充分混匀备用。其基本特性见表1。

表1 试验垃圾组分和含水率%

1.2 试验装置

试验装置如图1所示。其中干化反应器为圆柱形PVC容器，高2.0 m、内径0.8m、外层包裹30 mm厚的聚氨酯用于保温。容器底部设一定倾角实心板，从一侧接出直径为40mm的PVC管用于渗滤液导排。另一侧接直径为40 mm的PVC通风管用于强制通风。距底部200mm设一穿孔隔板，上部填充生活垃圾，高度为1.3m；将混匀备用的垃圾分多批次等量填入4个反应器中，完成填充后，上覆一定厚度的稻草垫，用于吸收排气中的水蒸汽，防止冷凝后重新回到堆体。

图1 试验装置示意

1.3 试验方法

设置了4种不同的温度，采用连续通风，连续记录物料层的温度，考察不同温度下生物干化的效果。各组的物料总质量、通风条件及通风温度如表2所示。实验前后测定原料和产物的含水率、质量、VS、BDM和热值等参数变化。

表2 通风试验条件

1.4 测试方法

垃圾堆体温度采用温度传感器（Pt100）连续监测。物料含水率（105℃干燥、恒重，每次取样不少于50 g）、固相挥发性固体VS含量（干化样品550℃灼烧2 h恒重法）、堆体质量（磅秤称重）、热值（氧弹燃烧法）、可生物降解的有机质BDM含量（重铬酸钾氧化法）。

2 结果与讨论

2.1 堆体温度

图2为堆层内温度随时间的变化。由图2可知，物料温度由室温开始迅速上升，至第50 h进入高温阶段，都能到达65℃以上，在高温阶段停留10 d，表明堆体内生物反应较为旺盛。实验结束时堆层物料均接近50℃。四组实验均能迅速升温，在高温阶段及实验结束时保持温度基本一致，说明进风温度对于物料堆层内的温度影响较小，4个反应器内堆层温度变化基本一致。

2.2 含水率、质量变化

表3为物料各组分干化前后含水率的变化。经过15 d的生物干化作用，混合垃圾的含水率从原有的60.67%逐步下降至40%～45%，其中以40℃通风组干化效果最好，室温通风组效果最差。在整个生物干化过程中，餐厨部分含水率降低最为明显，塑料部分的含水率下降程度基本随进风温度升高而提高，纸张的含水率变化较小。

图2 物料温度变化

表3 各组分含水率变化%

另外对4组反应器进行水分去除率等变化的对比，如表4所示。随着生物干化的进行，以65℃通风实验组脱水效果最好，其水分总去除率和单位去除率均最高，40℃通风组和55℃通风组次之，室温通风组最差。这说明提高通风温度可以提升干化效果。与常温通风对比，高温通风虽然干化效果较为显著，但是对比1#、2#和3#反应器，不同的高温对生物干化效果影响并不是太明显。

2.3 VS和BDM变化

评价可生物降解有机物降解程度的指标有很多，如4 d耗氧呼吸强度AT4、比耗氧速率SOUR、动态呼吸指数DRI等。上述指标均通过监测有机物的耗氧量来间接反映，本研究采用可生物降解物质（BDM）[11]，即厨余组分含量的变化直接表征度。

表4 实验结束时物料含水率与水分变化

由表5可知，室温通风组的有机物降解最好，65℃通风组有机物降解最差。餐厨部分VS明显降低。塑料部分的VS基本没有变化。这说明，生物干化过程中，主要是厨余等有机物得到降解。纸部分进料为85.76%，出料均有升高，这主要原因是，进料时纸张中粘有的无机灰土经干化后脱离而使得VS升高。同时，BDM的变化也反应了这种趋势，即较低温度有利于有机物降解。主要原因是，高温通风使得水分下降更快，不利于有机物分解。

表5 生物干化过程中物料VS的变化%

2.4 热值变化

经过15 d的生物干化作用后，干化前后产物的热值对比情况如表6所示。由表6可知，进料时垃圾的湿基低位热值为4 183 kJ/kg，而出料时室温通风组、40℃通风组、55℃通风组和65℃通风组的湿基低位热值分别提高了72.2%，122.7%，123.7%，140.6%。对比4组实验，发现常温通风产物的低位热值最小，说明尽管常温通风其产物的稳定度更高，但是热值提高较慢，产物含水率也较高。

表6 各反应器进出物料热值的变化kJ/kg

2.5 干化脱水机理探讨

生物干化过程中，堆体的水分去除主要通过两步完成[1]：（1）垃圾进行好氧发酵，通过有机质组分降解，产生热量驱动水分蒸发，使得水分子从垃圾颗粒表面蒸发至空气中；（2）通过主动通风，使得蒸发的水分以蒸汽的形式从垃圾堆体穿过，随废气排出。这两个步骤的脱水效果均与水分的饱和蒸汽压相关，而饱和蒸汽压随着温度的上升而升高。

从实验结果来看，65℃通风组的水分去除能力和产物热值都最高，而有机物的降解却较少，这是由于65℃通风组的通风温度高于其他3组的通风温度，其单位体积携带水蒸气的容量应该越大。然而，过高的通风温度会导致堆体温度超过高温微生物的耐受范围，微生物繁殖环境难以建立，不利于有机物降解放热，从而变为热干化过程。高温通风虽然能明显改进垃圾的水分去除能力，但耗能也更高。因此，对于通风温度的选择需要进行进一步能量和经济的评价。

3 结论

（1）对于高含水率生活垃圾的生物干化，提高进风温度，对堆体的温度影响较小。

（2）与常温通风对比，高温通风能有效地降低垃圾含水率，干化效果较为显著，但不利于有机物的降解，有机物的稳定度降低。室温通风组产物含水率最高，但是其厨余部分的VS和BDM含量最低，AT4值也最低。

（3）经过15 d的生物干化作用，有效地降低了垃圾含水率，其次为厨余部分，塑料部分几乎没有变化。

（4）经过15 d的生物干化作用，提高了垃圾热值。提高通风温度可明显提高产物的热值，通风温度与热值提升呈正相关关系。

（5）生物干化脱水过程可以分解为两个步骤，两个步骤的脱水效果均与水分的饱和蒸汽压相关。

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全国首家报废汽车绿色处理中心在武汉投产

化腐朽为神奇，江城再多一张“绿色名片”。近日，记者从武汉格林美资源循环有限公司（简称格林美）获悉，该公司旗下的报废汽车处理中心2014年8月正式在武汉投产，它将成为国内第一个实现报废汽车全程绿色处理的工厂。

记者了解到，这个报废汽车处理中心，其工艺包括流程化拆解、破碎、有色分选、塑料分选、零部件再造、物联网信息化等六大技术与装备系统，全程可实现对报废汽车完整资源化与无害化处置，不仅能通过信息化来掌控全过程，还能同步实施对零部件的生命周期评估与再造。

据格林美公司总经理周继锋介绍，按照设计，建成后的武汉报废汽车处理中心年处理报废汽车10万辆，其他含有色金属复杂废料30万t，预计达产后可实现年销售收入7.5亿元。“未来，希望有计划地推行覆盖城市的废弃资源社会体系，开采无限的‘城市矿山’。”

近年来，随着有色金属价格持续低迷，格林美已将大部分业务板块投入到报废汽车的布局中，除了武汉的报废汽车处理中心，在江西、天津等地也有布局。“现在，公司最大的问题是‘吃不饱’，必须扩大业务覆盖面。”周继锋告诉记者，就在前不久，格林美出资3亿元，完成了对扬州宁达贵金属有限公司60%的股权收购。下一步正式进军华东市场，并辐射山东、河北等地。

Effect of bio-drying with various ventilation tem perature on high-water-contentmunicipal solid waste

GUO Qiang1,HUANGWenxiong1,CHENG Haijing2
（1.China Urban Construction&Research institute,Beijing 100120,China; 2.Capital Environment Holdings Limited,Beijing 100120,China）

Effect of bio-drying w ith various ventilation tem perature(room tem perature，40℃，55℃，65℃)w as investigated on high-w ater-contentm unicipal solid w aste (M SW).The results show ed that the variation of ventilating tem perature had less effect on tem perature of the piles.Ventilation w ith high tem perature(65℃)could effectively reduce the w ater content of MSW，but against the degradation of organics.The values of volatile solid(VS)and biodegradable m aterials(BDM)of product w ere highest，but the stability w as least.After 15 days'bio-drying，w ith the degradation of food w aste and paper，etc.，the w ater contents of MSW in 4 groups of reactors w ere significantly reduced.W aterrem oval rates w ere 77.99%，79.37%，79.85%and 79.47%.M oreover，positive correlation w as betw een ventilation tem perature and heating value.W et low er heating value of effluents in 4 reactors w ere 7 202 kJ/kg，9 276.4 kJ/kg，9 358.5 kJ/kg and 10 064 kJ/kg，increased for 72.2%，122.7%，123.7%and 140.6%，respectively.

Bio-drying;aeration tem perature;w ater content;degradation;low er heating value

X705

：A

：1674-0912（2014）08-0033-04

2014-06-10）

郭强（1982-），男，浙江绍兴人，硕士，工程师，从事环境工程研究及设计工作。