垃圾热解气化——生活垃圾处理新方向

陈玉叶/中国有色金属工业六冶洛阳机电安装有限公司



垃圾热解气化——生活垃圾处理新方向

陈玉叶/中国有色金属工业六冶洛阳机电安装有限公司

【摘 要】垃圾热解气化作为新兴的垃圾处理方式得到了学者的广泛关注。研究的方向主要在备受关注的二噁英、重金属等污染物的迁移以及水蒸气气化方面。希望通过技术和工艺的不断进步使得这一处理方式能够得到推广和公众的认可。

【关键词】垃圾热解气化；重金属迁移；水蒸气气化

热解气化技术是一种新兴的垃圾处理方法。它将有机物在无氧和缺氧状态下加热，使之分解为可燃气体、可燃油和炭黑。热解气化所产生的气体、固体和水都能经过处理回收，垃圾处理后的排放量大幅度降低。垃圾热解气化是固体废物处理的一个新方向，我国的学者也在这方面展开了大量的研究。

1. 研究进展

1.1二噁英

垃圾直接焚烧易产生二噁英类物质，作为一级致癌物，还具有生殖毒性和遗传毒性。这也是垃圾焚烧调来的负面影响中最为严重的一种。2011年的“北京六里屯垃圾焚烧厂事件”凸显了垃圾焚烧对于人们生活的影响[1]。热解气化技术从二噁英的形成源头解决了这一问题。二噁英的形成需要四个基本条件：氯、氧、较低温度和催化剂存在。热解气化反应过程中的高温和缺氧条件都遏制了二噁英的生成。为避免生产过程中存在的人为操作错误以及设备故障等原因导致问题的发生，对二噁英的研究仍在开展。倪余文等[2]将研发的二噁英连续采样装置与G4型常规烟道气等速采样器同步采样，通过示范运行，考察该连续采样装置的长期采样性能。试验表明，2种采样设备同步采集的样品具有一致性，其二噁英指纹、二噁英浓度和毒性当量相符合。李煜婷等[3]研究表明垃圾烟气从出口到大气环境二噁英类气-固分配存在动态平衡。

1.2重金属迁移的研究

热解处理对固体废弃物的资源化利用程度更高，污染小，能有效控制二噁英等有毒物质的排放。但是由于固体废弃物组分复杂，废弃物热解后产生的灰渣含有一定量的重金属等污染物，为了使采用热解处理固体废弃物的达到无害化的目的，了解热解过程中重金属的迁移特性十分必要。董隽等[4]的研究结果表明，高温及还原性条件促进了Cd、Pb及Zn的挥发，而氧化性气氛有利于Cu的迁移；大部分以气相形式挥发的重金属易在降温过程中冷凝并富集于飞灰。于洁[5]对武汉市某一流化床垃圾焚烧炉产生的底灰和飞灰的物理化学特性的研究表明，重金属主要富含在较细的底灰以及飞灰中；随着底灰粒径的增加，元素镉、铅和锌的析出率大幅增加，而铜的析出率则小幅降低，铅主要存在于残留态中，从而不易析出到自然环境中，而镉则容易析出到自然环境中；根据飞灰的重金属含量分析得出，底灰可以直接填埋并不会对环境造成大的危害，飞灰在填埋前必须进行预处理。

1.3水蒸气气化对垃圾热解气化特性的影响

由于我国的垃圾收集政策及人们生活习惯的影响，生活垃圾中的水分含量较高，一般都能达到50％～60％，研究水分对生活垃圾热解气化的影响十分有必要。王晶博等[6]在固定床反应器中对城市生活垃圾进行原位水蒸气气化制氢研究，结果表明，快加热方式有利于提高燃气品质和降低焦油含量；随着反应温度的增加，气体产物含量增加，焦油含量和半焦含量下降，气体组分中H2和CO含量升高，碳转化率从30.49％增加到56.79％；当城市生活垃圾含水率为39.45％时，产气品质最高，气体成分中H2含量达到最高值25.8％，气体的低位热值达到17.02 MJ/m3。冯国珍[7]在医疗垃圾高温热解气化气中CaO脱除复合气源的实验中得出如下结论：实际高温蒸汽气化气成分范围（CO2含量在20％，水蒸汽含量在40～50％范围内，HCl浓度5％）条件下，各因素取值采用优化组合时，脱氯率可达到95％以上，能够满足气化气净化需求。

2.政策引导

目前人们对垃圾热处理行业有抵触心理，主要是由于它所带来的二次污染引起的。在技术上可以克服这些难题，日常的运营管理也是需要关注的。

2.1信息及时公开

对于引起公众恐慌的二噁英污染，穆乃花等[8]对广东省某生活垃圾焚烧厂周围环境空气、土壤、植物等进行二噁英监测的研究结果表明，在该区域垃圾焚烧厂并非唯一污染源；垃圾焚烧厂正常运营期间对周围土壤的二噁英含量影响较小，垃圾焚烧厂周围介质中二噁英是多方面、复杂的。垃圾热解气化工艺在源头遏制了二噁英的生成，所以二噁英不应成为垃圾热处理行业发展的禁锢。但是对于国内情况来看，信息的及时公布应加强，有调查表明国内一些省份对二噁英的监测并没有达到国家要求的至少一年一测的要求，就无法认识到当前的污染状况。不仅仅是二噁英，包括酸性气体、重金属、PM2.5的等都应具备并实施监测，及时公开。

2.2加强垃圾分类，从源头控制

我国人口众多，垃圾产量大。以洛阳市为例，预计到2020年洛阳市人口将达到285万，日人均生活垃圾产量将达到1千克至1.2千克。照此综合计算，2020年每日将产生生活垃圾2810吨。洛阳市的垃圾分类状况为未分类，这就给后续的垃圾处理造成压力。针对我国国情，可以先实现干湿分类，减少垃圾的含水率，到垃圾综合处理中心再进行详细分类，可以循环利用的要实现循环利用。逐渐引导公众在生活中增加可重复利用物品的利用率，从生成垃圾的源头进行“减负”，每个人都应为保护生存环境做出贡献。

3. 结束语

垃圾热解气化处理有污染物排放少、产生的高热值的气体可以用来发电或者供热等优点，实现了废物处理和能源利用的双赢局面。目前我国的研究学者也展开了对其机理的研究，不断的提高技术水平，对于这一技术的推广应用也要及时开展，逐渐实现信息公开透明，使公众逐渐接受并信任垃圾热解气化。

参考文献：

[1] 钱睿， 韩建. 北京城市生活垃圾处理转型新思路—垃圾热解气化技术[J]. 环境工程， 2014， 32: 689-692.

[2] 倪余文， 綦懿， 宋逍， 等. 焚烧源二噁英连续采样技术与运行评价[J]. 环境监测管理技术， 2015， 27(5): 38-40.

[3] 李煜婷， 王淑梅， 李羽中. 焚烧烟气和大气中二噁英类气-固分布比较研究[J]. 成都理工大学学报(自然科学版)， 2015， 42(5).

[4] 董隽， 池涌， 等. 生活垃圾流化床热处置中重金属迁移分布研究[J]. 燃料化学学报， 2015， 27(5): 38-41.

[5] 于洁. 城市生活垃圾（MSW）热处理过程中重金属的迁移与分布[D]. 武汉: 华中科技大学， 2013.

[6] 王晶博， 张静等. 城市生活垃圾原位水蒸气气化制氢研究[J]. 可再生能源， 2014， 32(10): 1544-1546.

[7] 冯国珍. 钙基吸收剂脱除医疗垃圾高温蒸汽气化气中HCl的实验研究[D]. 包头: 内蒙古科技大学， 2014.

[8] 穆乃花. 生活垃圾焚烧厂周围环境介质中二噁英分布规律及健康风险研究[D]. 兰州:兰州交通大学， 2014.