顏 俊， 盧薇艷

(深圳市地質(zhì)局，廣東 深圳 518023)

0 引言

常用的垃圾焚燒爐為垃圾完全焚燒式，經(jīng)過多年運(yùn)行后，環(huán)保部門提出了更高的環(huán)保要求，對(duì)CO2排放有了更嚴(yán)格的限制。根據(jù)我單位試驗(yàn)計(jì)算得到，完全燃燒1 t垃圾要消耗2.4萬m3空氣，產(chǎn)出0.6萬m3CO2排入大氣。目前較大型的垃圾焚燒爐日燒1000多噸，產(chǎn)生大量的CO2擴(kuò)散在城市上空的大氣中，并向周圍擴(kuò)展，有的已達(dá)到萬余平方千米，遇到霧霾天氣，風(fēng)速小，煙氣得不到快速疏散，CO2使空氣氧含量降低，造成人體輕微缺氧狀態(tài)。

對(duì)此，筆者開展了“餾化法處理垃圾新工藝”研究工作，主要目的是達(dá)到低碳減排的要求，減少CO2排放，避免溫室氣體產(chǎn)生，保證該區(qū)域空氣氧含量穩(wěn)定，控制空氣中的有害物質(zhì)。經(jīng)過大量的試驗(yàn)工作，總結(jié)出了行之有效的“處理垃圾餾化新工藝”?，F(xiàn)已申報(bào)國(guó)家專利。

1 國(guó)內(nèi)外垃圾處理現(xiàn)狀

據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)文獻(xiàn)表明，全球每年各類垃圾排放量約1×1010t，其中美國(guó)2.5×108t，德國(guó)5000萬t，日本5020萬t。

關(guān)于生活垃圾處理全世界都在關(guān)注和研究，發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面投入較多，方法也較多，比較成熟的方法有3種：一是填埋法，二是焚燒及焚燒發(fā)電法，三是堆肥法。20世紀(jì)90年代以前，主要發(fā)達(dá)國(guó)家采用填埋法處理生活垃圾。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，越來越多國(guó)家采用焚燒法處理生活垃圾。堆肥法在國(guó)外已經(jīng)很少使用。此外，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)生活垃圾的可利用回收率較高，平均在20%～30%之間，余下的垃圾大部分做焚燒處理，少量做填埋處理。

近年來，生活垃圾焚燒處理越來越普及，主要采用機(jī)械化焚燒爐及餾化床焚燒爐，可消除二次污染，其各項(xiàng)技術(shù)均已成熟。根據(jù)資料記載，全世界共有生活垃圾焚燒廠近2200座，其中生活垃圾焚燒發(fā)電廠約900座，總處理能力為57.6萬t/d，年處理量約為1.5億t，且主要分布在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家。該方法具有占地少、處理時(shí)間短、減量化顯著、無害化以及可回收垃圾焚燒余熱等優(yōu)點(diǎn)。

而在我國(guó)城市生活垃圾處理方式中，填埋占85%～90.6%，堆肥約占5.5%～8.4%，焚燒僅占1%～8%，東部沿海和京津地區(qū)焚燒應(yīng)用較廣。各大城市建造大型垃圾焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，但是餾化法處理垃圾在全世界仍處于探索與研究階段。

近幾年，筆者及有關(guān)研究人員將鹽水噴淋法、垃圾燃燒余熱餾化法及將餾化渣填海造陸等相關(guān)工序相融合，使垃圾處理更加現(xiàn)代化、適用化、低污染化。目前該方法已基本完成實(shí)驗(yàn)。

2 餾化法垃圾處理新工藝的工作原理和存在問題

2.1 工作原理

目前餾化法處理垃圾沒有被普及應(yīng)用的原因是餾化設(shè)備及方法尚不成熟，但是它的環(huán)保效果在理論上得到業(yè)內(nèi)人員所共識(shí)。餾化法處理垃圾的主要原理是通過控制餾化爐的溫度，使垃圾在爐內(nèi)不參加燃燒，不產(chǎn)生CO2，達(dá)到低碳減排的目標(biāo)。

2.2 關(guān)鍵難題

餾化法處理垃圾需要攻克的主要難題有如下幾個(gè)方面。

(1)餾化溫度范圍需控制在350～550 ℃。低于350 ℃垃圾達(dá)到干燥極限，只是產(chǎn)生微餾化現(xiàn)象，高于550 ℃超過垃圾燃燒點(diǎn)的溫度，會(huì)使垃圾燃燒失去餾化效果。

(2)對(duì)餾化設(shè)備的研制要求較高。垃圾是一種導(dǎo)熱性極差的物質(zhì)，根據(jù)我單位的實(shí)驗(yàn)研究，生活垃圾在0.25 m3的網(wǎng)狀爐內(nèi)，爐溫保持在450 ℃、3.5 h后，只有1/2的垃圾被餾化，容器心部垃圾沒有得到餾化，這個(gè)現(xiàn)象說明研制餾化設(shè)備仍有一定難度。

(3)切碎機(jī)的研制。填入餾化爐內(nèi)的垃圾需要切碎，由不銹鋼制成的輸送帶送入爐內(nèi)，為了快速完全餾化垃圾，切碎后的垃圾料層要求薄而均勻，才能達(dá)到完全碳化的效果。垃圾成分復(fù)雜，有少量硬金屬、混凝土塊、石塊等物料，還有廢舊輪胎橡膠、麻棉物品，以上這些物料使目前切碎機(jī)無法正常工作，要解決這個(gè)問題就要研制新型的萬能切碎機(jī)。

(4)餾化垃圾過程需要大量的能源，為了降低燃料成本，選用垃圾中的可利用能源，我們通過試驗(yàn)，利用不經(jīng)過分選的垃圾在焚燒過程中產(chǎn)生的余熱餾化垃圾取得了成功。對(duì)于制造新的垃圾餾化設(shè)備提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

(5)餾化垃圾要產(chǎn)生比焚燒法多幾倍的垃圾殘?jiān)?，?duì)于殘?jiān)倮梅矫鎱⒖紘?guó)內(nèi)外先例進(jìn)行深入研究，取得了一定的成績(jī)，但仍需進(jìn)一步試驗(yàn)，使之成熟后方可推廣應(yīng)用。

2.3 解決方案

利用海水噴淋法解決了垃圾除臭、長(zhǎng)期保存的問題，在噴淋過程中進(jìn)行分選解決了部分物料回收問題，余下的垃圾要進(jìn)行餾化處理，主要是達(dá)到消毒減排目的。尾料與填加劑可做為填海、防洪建材，填?？芍谱鞒苫炝先清F砌塊，每個(gè)2～5 t，具有便于運(yùn)輸、砌筑牢固等特點(diǎn)。

3 熱空氣餾化法處理垃圾的主要流程

餾化法主要是垃圾中的炭質(zhì)不參加燃燒，不產(chǎn)生CO2，不破壞空氣的主要成分，做到無害生產(chǎn)。

采用餾化法處理垃圾，流程如下：(1)運(yùn)輸垃圾到處理場(chǎng)；(2)通過輸送帶傳至滾動(dòng)篩；(3)滾動(dòng)篩上置噴淋器，向下噴灑加過厭氧酸的食鹽水；(4)垃圾在滾動(dòng)篩中攪拌沖洗；(5)滾動(dòng)篩下方設(shè)置過濾網(wǎng)及儲(chǔ)水池；(6)過濾網(wǎng)上的細(xì)碎有機(jī)物經(jīng)輸送帶傳至烘干爐烘干，出爐粉碎篩分；(7)經(jīng)篩分裝袋做農(nóng)田肥料；(8)滾動(dòng)篩中粗料經(jīng)傳送帶傳至烘干爐；(9)由烘干爐出口投入到餾化爐，餾化到350 ℃；(10)餾化后粉碎篩分加水泥制成建材。

4 餾化法處理垃圾設(shè)備及工藝

餾化法處理垃圾的設(shè)備由噴淋系統(tǒng)及滾動(dòng)篩、不銹鋼輸送帶、隧道式烘干爐及餾化爐、烘干焦化爐及其他設(shè)備組成。

4.1 噴淋系統(tǒng)及滾動(dòng)篩(圖1)

圖1 新建垃圾場(chǎng)噴淋系統(tǒng)滾動(dòng)篩分系統(tǒng)圖

滾動(dòng)篩排出的粗料主要是塑膠制品、木柴、紙板，破布，與其它硬質(zhì)廢料經(jīng)清洗后達(dá)到無味無污染，由傳送帶送至干餾車進(jìn)入干餾爐干餾。

4.2 不銹鋼輸送帶(圖2)

圖2 鏈?zhǔn)讲讳P鋼帶輸送機(jī)示意圖

垃圾腐蝕嚴(yán)重，用不銹鋼材料防腐功能好。傳動(dòng)系統(tǒng)系鎖環(huán)傳動(dòng)，強(qiáng)度高，耐磨損。

4.3 隧道式烘干爐及餾化爐(圖3)

濕垃圾裝在料車上在烘干室烘干后進(jìn)入干餾室干餾，烘干及干餾時(shí)間加起來要達(dá)到3 h以上方可炭化完成。干餾爐下方為熱空氣發(fā)生爐，熱空氣經(jīng)由保溫管道向烘干爐及干餾爐輸送熱空氣，烘干溫度120～150 ℃，餾化溫度320～350 ℃。溫度可以無級(jí)調(diào)節(jié)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，由溫控表控制。

圖3 隧道式烘干爐及餾化爐構(gòu)造示意圖

4.4 食品垃圾烘干焦化爐(圖4)

圖4 食品垃圾烘干焦化爐結(jié)構(gòu)示意圖

經(jīng)過滾動(dòng)篩分下來的食品殘?jiān)?jīng)酸化處理，送烘干爐烘干焦化。

4.5 粉碎機(jī)(圖5)

垃圾餾化后需粉碎成一定粒度的物料，烘干及餾化后的粗細(xì)料都要經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎過篩分類，做為各種材料待用。塑膠、木材、橡膠、棉布、紙質(zhì)、餾化后質(zhì)地酥脆，便于粉碎，石料、磚料也便于錘式粉碎機(jī)粉碎。

4.6 液壓成型機(jī)(圖6)

篩分好的物料加入粘接劑(如粘土粉等)由液壓成型機(jī)擠壓成棒料待用。壓料之前在粉碎好的料中加入粘合劑，如黃土，紅土，白嶺土等物料攪拌后進(jìn)入擠壓工序。棒料的直徑及長(zhǎng)度要分成幾種規(guī)格。根據(jù)棒料規(guī)格，設(shè)立多組擠壓設(shè)備，也有同種多臺(tái)情況。

朱以撒[11]認(rèn)為碑學(xué)勃興于清代帖學(xué)之弊：①清代書法效仿對(duì)象的變化;②帖學(xué)受制于帝王的導(dǎo)向;③“閣體”審美標(biāo)準(zhǔn)的確立致使許多欲仕書家不能展現(xiàn)自己的創(chuàng)造才華。盡管清代刻帖又有進(jìn)展，但對(duì)清代書壇的衰落已毫無補(bǔ)救。書壇需要另辟蹊徑尋找活力，用新的觀念、方法來挽救它的衰落，這樣的歷史條件孕育了碑學(xué)的興盛。

圖5 粉碎機(jī)示意圖

圖6 液壓成型機(jī)示意圖

4.7 棒材充填水泥成型模塊(圖7)

圖7 棒材充填水泥成型模塊

把各種不同規(guī)格棒料分別擺放在模塊內(nèi)封閉后注入水泥漿、養(yǎng)生脫模待用。圖7中有圓柱模，三角條型模，矩型模，方框模，直角模，其中三角模用于填海造陸用。根據(jù)甲方提供抗壓強(qiáng)度選擇水泥標(biāo)號(hào)及棒料抗擠壓強(qiáng)度。

4.8 垃圾干餾炭化制磚工藝(圖8)

圖8 垃圾干餾炭化制磚工藝圖

炭化磚具有強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，保溫，墻體可模塊化，消音效果好等優(yōu)點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)多家企業(yè)研究垃圾殘?jiān)倮脝栴}，已取得了顯著成果，如制成高壓空心磚，并經(jīng)過質(zhì)檢部門壓力測(cè)試與鑒定，也有制成空心管材，板材，整體式建筑型材，而且更有整棟樓房墻體與門窗都是垃圾餾化渣經(jīng)過工廠加工制造的，外表光滑色澤艷鮮毫無異味，牢固耐用。由于垃圾再生產(chǎn)品有機(jī)質(zhì)含量較多，導(dǎo)熱性差，保溫性能、防水性能均良好，該原料適合生產(chǎn)建筑材料。

我單位首次提出垃圾殘?jiān)偕煨陀糜陂_展填海工程的研究工作，在淺海地區(qū)圍堰，預(yù)置基礎(chǔ)樁基，垃圾餾化渣拌入填加劑再生造型充填填海，比較典型的是垃圾再生“三角錐”填海砌塊，它的主要特點(diǎn)是落入海底穩(wěn)定性高，抗水流沖擊強(qiáng)度大，制造簡(jiǎn)單，每個(gè)三角錐質(zhì)量可達(dá)3～5 t，便于運(yùn)輸，是防洪堤壩的理想材料，填海工程每平方千米土地面積售價(jià)150億元人民幣起。目前市場(chǎng)垃圾餾化渣供不應(yīng)求，有待新式垃圾餾化爐的大量投入使用，加大投入力度，加快研究步伐。

4.9 垃圾三角條幅填海工程工藝(圖9)

圖9 垃圾三角條幅填海工程工藝圖

勘查海底地層情況，根據(jù)承載力要求設(shè)計(jì)鉆孔灌注樁，在灌注樁樁頭澆筑混凝土平臺(tái)，在平臺(tái)上砌筑垃圾三角錐建材，橫豎交叉擺放，水泥勾縫，超出水面以后以混凝土筑平臺(tái)。需要注意的是垃圾制品在海水中處于混凝土全封閉狀態(tài)，三角錐要進(jìn)行壓力承載試驗(yàn)，垃圾原料拌入粘合劑，粘土，水泥等物料。具體步驟如下：

(1)勘查海底地層，鉆鑿鉆孔灌注樁；

(2)做好樁頭平臺(tái)，系水下作業(yè)；

(3)把三角條幅水平按層次擺放；

(4)海平面以上澆筑平臺(tái)，水泥漿注入三角幅孔隙固結(jié)成為一體；

(5)可跟據(jù)不同用途采用不同設(shè)計(jì)；

(6)以上工藝適合飛機(jī)場(chǎng)，碼頭，港口建造。

4.10 熱空氣發(fā)生爐煙氣處理(圖10)

圖10 熱空氣發(fā)生爐煙氣處理示意圖

煙氣經(jīng)石灰水過濾，降溫處理，有引風(fēng)機(jī)排入煙囪。達(dá)到全封閉過濾。其技術(shù)要求為水箱面積≮4 m2，水深0.5 m，中間隔開，底部連通。引風(fēng)機(jī)功率≮500 W，無級(jí)變頻調(diào)速。水下花管埋在水中深度為0.1 m(上表面至水面距離)。

以上設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)：黃銅熔點(diǎn)950 ℃，導(dǎo)熱系數(shù)80，比熱0.094。每小時(shí)處理1 t銅，由常溫升至200 ℃，銅吸收的熱量為18800千卡，即18800千卡。18800千卡可使1 t水溫度上升20 ℃。

水箱中加入生石灰，作用是吸收煙氣中的炭黑，起到凈化煙氣的作用。當(dāng)石灰變黑時(shí)要及時(shí)更換石灰水。利用該裝置使木材煙氣排放達(dá)到環(huán)保要求。

5 餾化法處理垃圾綜合評(píng)價(jià)

5.1 經(jīng)濟(jì)性評(píng)述

餾化法處理垃圾使可燃性物質(zhì)餾化為炭質(zhì)保留下來，形成可利用的再生能源，經(jīng)分選可成為多種農(nóng)業(yè)原料，如長(zhǎng)效顆粒農(nóng)家肥和改良土壤的人造土，適合果園、花木、大棚蔬菜種植，室內(nèi)盆景栽培，無化肥水稻種植，無化肥瓜果種植，所獲得的農(nóng)產(chǎn)品具有較高的商業(yè)價(jià)值。垃圾餾化渣在市場(chǎng)上具有廣闊的前景。

垃圾餾化渣經(jīng)粉碎篩選與水泥攪拌制成各種砌塊用于填海工程，以解決土地供應(yīng)不足等問題。以廣東某沿海城市為例，日產(chǎn)垃圾1.4萬t，餾化后可得到4500 t餾化渣，填加水泥制成砌塊，折合體積1800 m3，海邊平均水深3 m，每日可完成600 m2填海工作量，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值≮600萬元。此外，餾化垃圾每噸價(jià)格250元，14000 t垃圾餾化費(fèi)日收入為350萬元，而填海每日可獲利600萬元，350萬元為主業(yè)收入，600萬元為副業(yè)收入，而投入的設(shè)備，人力，材料費(fèi)只占主業(yè)的45%左右。

5.2 垃圾餾化法新工藝環(huán)保性評(píng)述

垃圾在餾化爐內(nèi)的餾化溫度為350～450 ℃，物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)水揮發(fā)已盡，有機(jī)物質(zhì)氫化合物大量揮發(fā)，到了450 ℃時(shí)只剩下炭質(zhì)，是高溫消毒后的產(chǎn)品，它的可靠性相當(dāng)于原生礦物。

煙氣當(dāng)中的CO2氣體排放，餾化法處理垃圾CO2排放效果較好，產(chǎn)生的CO2含量相當(dāng)于焚燒法排放的1/3，對(duì)碳排放有較好的促進(jìn)作用。

餾化法消滅了垃圾中的有機(jī)物質(zhì)，使餾化渣無機(jī)化，即使再浸入水中，又有良好的溫度環(huán)境也不會(huì)發(fā)生細(xì)菌繁殖現(xiàn)象，與水泥制成砌塊使其達(dá)到建筑行業(yè)要求的強(qiáng)度條件，成為建筑業(yè)的新型材料。

6 結(jié)語

本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外垃圾處理的經(jīng)驗(yàn)和方法，研究餾化法處理垃圾工藝，設(shè)計(jì)了餾化法處理垃圾的

設(shè)備，完善了垃圾處理始末，逐步將餾化法推廣至生產(chǎn)實(shí)踐中。其主要處理原則和目標(biāo)是；消除異味，消除液氣污染，消除渣液永久性污染，CO2排放做到最小，殘?jiān)c其它填料制成建材，在制建材方面拓寬應(yīng)用范圍，確保新品建材的質(zhì)量和技術(shù)要求。

我單位研究部門繼“垃圾鹽水噴淋法處理垃圾”之后又申報(bào)了“餾化法處理垃圾”、“餾化法炭渣填海處理法”等系列專利項(xiàng)目。使垃圾處理飛躍到更加環(huán)保更加徹底狀態(tài)，餾化法處理垃圾解決了減少CO2排放問題，而炭渣填海方法做到零污染，全利用。

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