新型稳定控制热解炉处理农村生活垃圾的应用

黄宇钊， 韩 彪， 潘 翠， 覃岳隆， 陈宁华

（广西壮族自治区环境保护科学研究院， 广西 南宁 530022）

0 引言

随着农村经济的逐渐发展和农民生活水平的不断提高，农村生活垃圾产量开始逐年增加，每年产量增长速度达8% ～10%[1]。 长期以来，我国农村地区垃圾处理设施建设不够完善， 垃圾运输成本及处理费用较高， 造成大量生活垃圾随意丢弃或露天排放容易对土壤及地下水环境造成严重污染， 严重影响农民生产和生活，生活垃圾的堆积现象亟待解决[2-4]。农村垃圾处理的根本目标是在保证垃圾达到无害化的前提下, 采取相对简单的处理方式建设符合当地经济条件的垃圾处置设施对生活垃圾进行处理[5]。农村生活垃圾成分复杂， 含有大量的厨余垃圾及废塑料等， 采用小型热解炉处理农村生活垃圾处理效果好，投资费用较少，其中的有机成分可在缺氧或者无氧环境条件下经过热解转化为污染低和能源回收率高的焦炭、热解液和可燃气，能有效降低运输成本。目前， 关于小型热解炉处理农村生活垃圾的工程应用研究报道较少。

以广西崇左市某农村垃圾处理中心农村生活垃圾热解处理示范工程为研究对象， 采用自主研发的一种新型稳定控制热解炉处理农村生活垃圾， 系统分析改新型热解炉处理农村生活垃圾效果， 以期为广西全区乃至全国农村生活垃圾热解处理提供有益借鉴。

1 热解炉工作机理及技术特点

热解通常是在无氧或者缺氧环境条件下， 通过直接或者间接加热使含碳有机物发生热化学分解生产可燃气、 焦油和炭黑的过程。 相比较垃圾直接焚烧，垃圾热解技术更易控制污染物的产生，避免了焚烧过程产生酸性气体、 二噁英及含重金属的飞灰对环境造成污染。 本工程采用的新型稳定控制热解炉处理农村生活垃圾，热解炉结构见图1。 该热解炉本体在上部设置进料口， 集料斗将收集好的生活垃圾通过输送带传送至进料口进行热解处理。 进料口上方设置喷淋装置及探温器， 控制炉内温度达到350 ℃左右， 炉内发生热化学反应将大分子物质分解成可燃性的小分子物质， 可以避免高温条件产生二噁英类有毒物质， 热解结束后剩余灰渣通过炉体下部出渣口倾斜的集渣板排出。 为了便于热解炉内均匀布气， 在炉体下部设置的进气嘴与其上方的磁化空气均匀布气装置相连接， 通过其来控制炉内不同反应区间的供氧量，将空气、热解温度辐射至干燥区，既可以有效减少热能损失还可以提高热利用率， 有助于热解反应得以连续稳定的在炉内进行， 从而保证达到理想稳定的热解处理效果。 在炉体顶部的排烟口设置静电除尘器， 可以有效的去除尾气中的颗粒物质。

图1 热解炉结构

2 热解处置系统工艺流程

生活垃圾热解处理处置系统主要由微生物除臭降解系统和多级磁化热解系统组成， 工艺流程见图2。 村镇收集的生活垃圾运送至场区内，首先对进行垃圾进行预分选，分选出大块不可燃烧的固体物质，分选后喷洒高效微生物菌剂， 微生物可以直接吸收分解恶臭分子，从而抑制生活垃圾产生臭气，同时微生物分解垃圾中的有机物质和抑制病菌， 减少对周围环境的影响，对垃圾减量化起到辅助作用。

预处理后的垃圾输送进入多级磁化热解炉进行磁化低温热解处理， 通过磁化空气可降低热解反应能量从而提高热解效率， 在350 ℃左右可以实现热解气化， 炉内发生热化学反应将生活垃圾分解成可燃性的小分子物质，从而降低了能源消耗。

热解过程产生的烟气中带有一定量的烟尘和有害气体，必须经过尾气净化处理系统处理后排放，烟气通过折流水磨除尘装置后进行活性过滤， 可以吸附废气中残留的二噁英类物质， 最终采用等离子静电进行处理后排放， 水磨除尘产生的富液循环用于炉内水分及温度的调配控制和进一步热解。 最终产生的有机灰渣可用于生物发酵作为市政绿化用肥，不可利用的集中运送至填埋场进行无害化处理。

图2 热解处理处置系统工艺流程

3 热解炉应用效果分析

热解炉设计日处理生活垃圾10 t， 于2018 年1月正式投入使用， 运行期间对低温热解炉进行烟气排放及固废残渣检测， 在1#场区上风向及2# 场区下风向布设点位对无组织废气采样分析， 有组织废气及固废采样点布设于热解炉废气排放口， 每日连续监测4 h，连续监测3 d。 热解炉运行期间NH3及H2S 的监测结果见图3 和图4。 由图3、图4 可知，运行期间热解炉热解处理生活垃圾排放的NH3和H2S浓度浓度均较低，1# 点位和2# 点位NH3质量浓度变化范围为0．59 ～1．07 mg/m3，H2S 质量浓度均低于0．06 mg/m3，可见热解炉正常运行产生的NH3及H2S不会对周边环境空气产生影响。

图3 运行期间NH3 监测结果

图4 运行期间H2S 监测结果

农村生活垃圾热解炉在稳定运行工况下废渣和烟气污染物的排放数据见表1 和表2。 由表1 可知，经过热解炉处理排出的废渣重金属含量不高， 浸出液污染物浓度限值均低于生活垃圾填埋场污染控制标准， 所以生活垃圾热解处理后不可利用的废渣固体可送往填埋场填埋处置， 部分有机灰渣也可制成市政用肥利用。由表2 可以看出，监测期间HCl 第3次测量值超标， 其余污染物在热解炉运行期间排放值均低于国家标准所规定的排放限值， 平均浓度达到国家排放标准要求。 其中NOx的质量浓度平均为34 mg/m3，远低于我国标准规定的300 mg/m3，也低于欧盟垃圾焚烧污染物排放标准2000 规定的30 min均值400 mg/m3的排放限值， 可见在缺氧或者无氧条件下对生活垃圾进行热解处理可以有效控制NOx的生成，炉内的温度环境未达到热力型NOx生成所需的高温条件。 SO2和HCl 的质量浓度平均值分别为50 和60 mg/m3， 均符合国家要求的排放标准，排放的烟气中未检测出重金属， 说明热解炉配套的尾气净化处理系统处理烟气后减小了对环境的影响。

表1 废渣监测值 mg·L-1

表2 烟气监测结果

4 农村生活垃圾热解处理技术的应用建议

农村生活垃圾的处理处置仍旧是我国环保工作的重点，也是新农村建设过程的重要环节。采用新型热解炉热解处理农村生活垃圾，能减少飞灰排放量，充分利用热解技术处理生活垃圾能够更好的实现农村生活垃圾的无害化、资源化和减量化，是农村生活垃圾处理的一项重要技术。 目前农村生活垃圾热解处理技术的推广应用及良好持续发展仍需解决以下问题。

（1）完善农村生活垃圾收运模式。当前除了北上广等少数经济发达地区建立了科学的垃圾管理机制，对农村生活垃圾进行统一收集运输和处理，我国大部分的农村生活垃圾收集管理体制不健全[6]。农村生活垃圾的收集模式主要包括有城乡一体化处理模式、 源头分类集中处理模式及源头分类分散处理模式， 城乡一体化的运作模式取得效果最佳也最具代表性，但因其成本过高不利于在农村地区广泛推广[7-8]。因此， 应当因地制宜充分考虑当地的社会经济发展水平及环境承载能力， 在农村地区建立完善合理的农村生活垃圾收集转运处理模式，巩固完善村收镇运片区处理和村收就近就地处理的城乡垃圾收运处理体系，合理规划布点转运站，避免长距离转运作业造成垃圾散落、 废水滴漏和产生臭气等二次污染问题。

（2）开发农村生活垃圾分选设备。农村生活垃圾热解处理前通常需先经过分选后再送入热解炉处理，目前通常采用人工分选的方式，不仅工作强度较高而且效率低。 开发新型垃圾分选设备对其中的建筑垃圾和玻璃陶瓷等进行分拣， 可以大幅降低分选工作强度节俭费用， 也有助于提高可再生资源的回收利用率。

（3）健全农村生活垃圾处理长效管理机制。农村生活垃圾的问题受关注程度相比城市生活垃圾低，其管理工作并未纳入公共服务体系中， 大部分地区没有组建管理机构及管理人员。 因此，需建立健全政府主导村民参与社会支持的农村生活垃圾处理长效管理机制，建立引导激励机制，鼓励社会资本参与建设，组件管理队伍，完善村规民约。 通过构建制度引导农村居民或社会其他组织参与到垃圾回收利用中[9]，落实属地管理分级负责， 制定相应环境卫生管理制度，加强对生活垃圾分类处理的技术指导。

（4）培育农村生活垃圾处理市场主体。农村地区生活垃圾处理模式仍旧以政府投入为主， 商业模式不成熟运营方式单一。 应充分发挥市场对资源配置的决定性作用， 鼓励社会购买农村生活垃圾处理服务，创建新的运行模式，交由第三方统筹负责项目设计运营管理。