1、第三章 固体废物的能源利用l第一节 固体废物焚烧热利用l第二节 固体废物的热解与能量回收l第三节 固体废物沼气利用l第四节 污泥的焚烧第一节 固体废物焚烧热利用l一、固体废物焚烧技术的发展历史 l二、固体废物焚烧技术的特点l三、固体废物焚烧热的利用l四、国外焚烧技术的应用现状l五、国内焚烧技术的应用现状l六、固体废物焚烧技术发展展望一、固体废物焚烧技术的发展历史 l1. 发展简史l2. 现代焚烧技术概貌1. 发展简史 垃圾焚烧技术作为一种以燃烧为手段的垃圾处理方法，其应用可以追溯至人类文明的早期，如刀耕火种时期的烧荒即可视为焚烧应用的一例。但焚烧作为一种处理生活垃圾的专用技术，其发展历史与其他
2、垃圾处理方法相比要短得多，大致经历了三个阶段：萌芽阶段、发展阶段和成熟阶段。l 萌芽阶段是从19世纪80年代开始到20世纪初期。l 从20世纪初到60年代末的约半个世纪，是垃圾焚烧技术的发展阶段。l 从20世纪70年代初到叨年代中期的20多年间，是生活垃圾焚烧技术的成熟阶段，也是生活垃圾焚烧技术发展最快的时期。综合分析发达国家生活垃圾焚烧技术在近二十年间迅速发展的原因，除了经济、技术、观念等因素外，还有一些其他方面的影响，比如:随着城市建设的发展和城市规模的扩大，城市人口数量骤增，生活垃圾产量也快速递增，使原有的垃圾填埋场日益饱和或已经饱和，而新的垃圾填埋场地又难于寻我，采取垃圾焚烧方法，可使
3、生活垃圾减容85%以上，最大限度地延长现有垃圾填理场的使用寿命。此外，随着人们生活水平的提高，生活垃圾中可燃物、易燃物的含量大幅度增长，提高了生活垃圾的热值，为这些国家应用和发展生活垃圾焚烧技术提供了先决条件。例如：日本城市生活垃圾的低位热值就己经由20世纪60年代的33444196kJ/kg，提高到目前的62707160kJ/kg，便采用垃圾焚烧方法可以制取更多的蒸汽和电能，以获得比较理想的经济效益。2. 现代焚烧技术概貌现代城市生活垃圾焚烧厂系统组成见图l进厂垃圾计量系统；l垃圾卸料及贮存系统；l垃圾进料系统；l垃圾焚烧系统；l焚烧余热利用系统；l烟气净化和排放系统；l灰渣处理或利用系统；
4、l污水处理或回用系统；l烟气排放在线监测；l垃圾焚烧自动控制系统等。典型的城市生活垃圾焚烧系统的工艺单元包括系统：二、焚烧技术的特点l1燃烧工艺的特点l2热能利用的特点l3环境保护的特点l4焚烧技术的特点1燃烧工艺的特点一般固体燃料的燃烧目标主要是热能利用，而生活垃圾的焚烧目标主要是无害化处理，追求的是生活垃圾能在垃圾焚烧炉中充分燃烧。为此垃圾焚烧工艺通常采用较高过剩空气比的运行模式，其实际供气量一般比理论空气量高70%-120%；同时为克服在垃圾燃烧过程中出现聚集而造成局部空气 (氧)传递阻碍的现象，垃圾焚烧炉排必须设计成能使垃圾层经常处于翻动状态的构造，以利于生活垃圾的充分燃烧。2热能利用
5、的特点尽管垃圾焚烧的主要目标是使垃圾充分燃烧，但能量回收在垃圾焚烧中的重要性也已被充分认识，从而在现代垃圾焚烧厂设计中得到体现。但是由于生活垃圾焚烧烟气具有含水量大、氯化氢浓度高等特点，对材料有较大的腐蚀性，热能回收系统也因此受到明显的影响。为此，焚烧余热利用系统一般不把过热器设置于炉内的强辐射区而使过热蒸汽温度受到限制;离开热能回收段的烟气温度一般不低于250也影响到热能回收的效率；而蒸汽式空气预热器的应用也将造成可用蒸汽能量的损失。因此城市生活垃圾焚烧的热能回收率通常要比燃煤锅炉低10%以上。3环境保护的特点城市生活垃圾在输送、贮存与燃烧过程均存在产生二次污染的可能。，其中最主要的是烟气污
6、染，包括颗粒物、SO2、HCl、NOx、重金属和毒害性微量有机物 (如二恶英等)等空气污染物。现代垃圾焚烧技术所包含的烟气净化系统通常能较有效地控制除NOx和二恶英以外的一般污染物。但目前还缺乏技术可靠、经济可行的NOx和二恶英等的末端净化工艺，只能以燃烧过程的工艺控制为主要手段加以调控。此外，垃圾贮存与灰渣冷却过程产生的污水和灰渣，也是垃圾焚烧厂常见的污染物。其中对污水虽已有较有效的净化甚至回用技术，但单独处理的工程投资及运行成本均较高，一般可采用经预处理后排人城市污水管道，送城市污水处理厂集中深度处理的方法;而灰渣特别是飞灰通常需用代价比较昂贵的安全处置法处理，如安全填埋、水泥或沥青固化后
7、卫生填埋等。4焚烧技术的特点l城市生活垃圾处理的基本原则是无害化、减量化和资源化。垃圾焚烧技术与这些处理原则最为切合的是它卓越的减量化效果，通常垃圾焚烧技术可使处理的生活垃圾减重80%和减容叨%以上。这对城市生活垃圾处理管理目标的实现具有非常重要的意义。l垃圾焚烧处理所达到的无害化效应，亦曾受到普遍的认同。目前，因其烟气中可能含有难以控制的二恶英等高毒性有机物而易受到质疑。但总的来看，相比于卫生填埋与堆肥所同样存在的潜在环境危害，垃圾焚烧技术的无害化特性仍有一定的优势。l垃圾焚烧处理的资源化效益主要来自其热能回收，以电能输出来体现，这一效益并不能完全代表生活垃圾全部的资源价值。但电能良好的市场
8、前景及其他生活垃圾资源回收技术尚不完善的现状，使垃圾焚烧发电这一生活垃圾资源化的途径仍具有很大的现实价值。 三、固体废物焚烧热的利用l（一）固体废物焚烧释热发电 l（二）固体废物焚烧供热 （一）固体废物焚烧释热发电 利用固体废物焚烧释热发电已有百年历史，第一个固体废物发电设备于1895年在德国汉堡建成。1905年在纽约建成美国第一座利用焚烧城市垃圾生产电力的工厂。直到1950年以前，垃圾焚烧设备一直采用包括有耐火材料的燃烧炉和具有专门回收热量的锅炉装置。1954年第一座现代水墙式垃圾焚烧炉在瑞士的伯尔尼建成。70年代以来，由于受到能源危机的冲击，加上各种环保法规的不断实施与强化，在发达国家主要
9、用城市污泥，垃圾和工业排放的有机废物焚烧发电得到迅速发展。目前，欧洲有500座以上的垃圾焚烧热回收工厂在运行，每座处理垃圾能力1301800t。联邦德国与美国垃圾焚烧处理量占全部城市垃圾量的25%以上。 日本在垃圾焚烧处理方面，现已跃居世界领先地位，大阪市西淀区清扫工厂从1965年开始采用焚烧法发电，该厂装有两台容量为2700kW的发电机组。1976年在东京都葛饰清扫工厂，成功地装配了1.2104kW的发电设备。到1980年日本已有28个城市的清扫工厂利用垃圾发电，总发电能力已达10万千瓦。比较典型的是东京都葛饰清扫工厂的垃圾焚烧发电厂，每天垃圾处理量1200t，发电机容量为1.2104kW，
10、该厂采用递送式连续燃烧型焚烧炉，配有高效除尘器，每小时处理1.42105m3，排气含尘量0.03mg/L。锅炉的最大蒸汽量为18.8t/h,蒸汽压力为0.2MPa蒸汽温度为277为了减少排气中的氯化氢含量，采取了严格的垃圾分类收集措施，清除不适于燃烧的杂质。为提高发电电力稳定性，对输入热量采取自动控制，减少了蒸汽量的波动问题，同时在汽轮机的排气上采用气冷式真空复水器，以提高发电效率。根据日本43座焚烧厂统计，日处理废物达2700t。l利用固体废物焚烧释热发电的工艺流程同普通燃料发电的工艺大体相同，其主要设备为焚烧炉、空气冷凝器，透平发电机、热交换器、减压阀、消耗器、泵等。l利用固体废物释热发电
11、的关键问题是如何提高发电电力的稳定性。导致其不稳定的因素很多，如废物中可燃部分的质量与数量等。城市垃圾的组成因产生的地区季节变化而有所差异，特别是垃圾中所含水分，都会影响发热量。 为提高垃圾发电的稳定性，首先要加强垃圾的质量与数量的管理，主要措施有： 增大垃圾处理厂的贮存容量，以减少短期内垃圾的质量，数量的变化； 加强垃圾的筛、分处理，以增加可燃物的回收数量和质量； 扩大垃圾的收集范围，加强可燃性工业废物的收集，以促进垃圾质量稳定。 为提高固体废物发电的稳定性，还要严格控制焚烧条件和改进工艺设备，如控制炉内的焚烧温度，控制蒸汽的产生量，改进汽轮机排气的冷凝设备等。此外，也可以采用通过固体废物热
12、解制得的衍生燃料为燃料，来提高固体废物发电电力的稳定性。 目前，由于我国垃圾中可燃性物质比较少，发热量在3.344103kJ/kg以下，焚烧时不能自燃，需加辅助燃料，经济上不合算，故不宜采用焚烧法处理。而我国在固体废物的焚烧释热发电主要是利用煤矸石，据不完全统计，目前我国约有烧煤矸石的沸腾炉2000多台，其中韶关电厂的大型煤矸石锅炉蒸发量为130t/h。我国有多座以煤矸石，劣质煤为燃料的坑口电站。如萍乡矿务局高坑电厂，设有两台35t/h的沸腾炉，配有两台6000kW汽轮发电机组。燃料以洗矸为主，掺以适量的洗中煤，煤矸石与洗中煤的配比为3.227:1，经脱水、筛分、破碎、掺合而成，发热量为625
13、2kJ/kg。每年总发电量可达0.72亿度，除本厂用电外，每年可向电网供电0.60亿度。多年来的运行实践表明，利用固体废物煤矸石、劣质煤沸腾燃烧发电的技术是可行的，经济上是合理的。（二）固体废物焚烧供热 固体废物的焚烧释热在发电同时，利用过剩蒸汽的方式供暖；也可以单独供暖。利用废物焚烧释热供热的工艺流程比较简单，主要设备为焚烧炉、空气冷凝器、热交换器、泵、槽等。空气冷凝器是为了防止蒸汽过剩而设的，假如没有蒸汽用户，蒸汽就可在空气冷凝器中降压。为了充分利用废物的焚烧热，一般都采用既供电又供热的方式。 l利用垃圾焚烧释热供暖的典型实例是法国巴黎市的垃圾焚烧厂。法国巴黎整个供热系统由三个燃油锅炉工厂
14、、一个火力热电厂、三个废物管理局的垃圾焚烧处理厂构成，实行联合运营，总输出热能1.751O6kW。由垃圾焚烧炉所供应的蒸汽量约占巴黎市所需汽量的40%。日本的垃圾焚烧厂的废物焚烧热也是既发电又供热。除前边所述的葛饰清扫工厂外，丰桥市资源化中心也是一个典型代表。该工厂每夭焚烧垃圾240t，粪便243m3，所发电力供自己使用，所产生的蒸汽则用于处理粪便生产堆肥，以及向地方自治团体中心和温室供应温水。l我国利用废物焚烧释热供热起步较晚，目前仅限于利用煤矸石焚烧供热供电。如辽宁省南票矿务局、抚顺电厂等都已成功的运营多年，为煤矸石的综合利用开辟了广阔的道路。四、国外焚烧技术的应用现状l1. 焚烧应用技术
15、l2. 焚烧在垃圾处理方法中的地位1. 焚烧应用技术四种垃圾焚烧炉型的比较几种焚烧炉型的应用优缺点2. 焚烧在垃圾处理方法中的地位 五、国内焚烧技术的应用现状l1应用现状l2现状分析1应用现状我国生活垃圾焚烧技术的研究起步于20世纪80年代中期，“八五”期间被列为国家科技攻关项目，目前仅有深圳等极少数城市采用了生活垃圾焚烧技术。随着我国东南部沿海地区和部分中心城市的经济发展和生活垃圾低位热值的提高，近年来己有不少城市将建设生活垃圾焚烧厂提到了议事或办事日程，如深圳、珠海、上海、广州、顺德、中山、常州、北京、厦门等。 国产化焚烧技术设备焚烧技术和设备大致有以下几种型式：a)顺推式机械炉排焚烧设备
16、；b)逆推式机械炉排焚烧设备；c)履带式机械炉排焚烧设备；d)立窑式焚烧设备；e)流化床焚烧设备。基本上包括了世界上常用的垃圾焚烧设备型式。 综合型焚烧技术设备 这里所说的综合型焚烧技术设备，是指把引进技术设备与国产技术设备有机结合的生活垃圾焚烧系统。迄今，已采用或拟采用这种模式的有深圳、珠海、广州、上海、北京、厦门等城市。 2现状分析 自20世纪80年代后期，国内城市生活垃圾处理行业开始关注现代垃圾焚烧技术。目前制约我国推广垃圾焚烧技术的主要因素有：大 部 分 城 市 的 生 活 垃 圾 的 低 位 热 值 较 低(3344kJ/kg)，不能达到自燃的要求；城市生活垃圾中灰渣含量较高，制约了
17、焚烧减量化效益的发挥；国内尚未系统掌握垃圾焚烧技术，在建设与运行中均缺乏可靠的技术支撑；现代化垃圾焚烧属高成本技术，建设的筹资难度较大。 尽管如此，随着我国经济的发展，有利于垃圾焚烧应用和推广的因素正在逐步成熟：近年来，相当部分城市的生活垃圾，尤其是一些分类收集的垃圾，其低位热值已达4180-5852 kJ/kg，不仅达到了自燃的要求，热能回收发电也有了较稳定的基础；城市生活垃圾可焚烧性好的城市，一般也是经济力较强、填埋空间较困难的城市，从管理方面也具有进行垃圾焚烧的能力与要求；国内对城市生活垃圾焚烧技术的积累已有了较好的基础。六、焚烧技术发展展望l1.技术分析l2.应用前景l3.发展趋势l4
18、.我国的对策及法规1.技术分析目前以机械炉排焚烧炉为代表的垃圾焚烧技术已比较成熟，并在应用中取得了良好的效益，但垃圾焚烧技术远非完善，主要表现在：目前焚烧炉渣的热灼减率一般为3%5%，尚有潜力可挖；气相中亦残留有少量以CO为代表的可燃组分；气相不完全燃烧为高毒性有机物 (以二噁英为代表)的再合成提供了潜在的条件末燃烬的有机质和不均匀的晶相条件，便灰渣中有害物质的再溶出污染不能完全避免；垃圾焚烧的经济性及资源化仍有改善的余地。2.应用前景发展城市生活垃圾焚烧技术的有利因素，在较长时期和许多国家仍会存在，在全球范围内生活垃圾焚烧技术仍将有较大的发展空间；以垃圾资源综合利用技术系统为代表，可望替代垃
19、圾焚烧的适宜技术尚处于发展前期，在近阶段尚不足以对垃圾焚烧技术造成很大的压力。另外，生活垃圾处理社会化、市场化和民营化是近来全球化的趋势，垃圾焚烧管理与经营的集约化程度较高，属比较适宜的民营化技术，未来以垃圾处理贴费与售电收人为经营基础的民营化垃圾焚烧产业，将对推进城市生活垃圾焚烧技术的总体进步发挥积极的作用。 3.发展趋势 纵观近年来生活垃圾焚烧技术的发展过程，可以发现有以下四个比较明显的特点:焚烧技术正向着自我完善方向发展；焚烧技术证向着多功能方向发展； 焚烧技术正向着资源化方向发展；焚烧技术正在向智能化方向发展。4.我国的对策及法规l对策： 在技术上，应完善现代主流焚烧设备机械炉排焚烧炉
20、的国产化技术体系，同时及时发展以流化床焚烧炉为代表的先进焚烧技术和设备； 在资金投人方面，应制定有关优惠政策，吸引国内外资金投人垃圾焚烧设施的建设与经营，有效地推进我国城市生活垃圾焚烧事业的发展。 在经营与管理方面，亦应为垃圾焚烧产业化发展的民营化经营与法规化管理准备必要的政策与机构基础，使垃圾焚烧产业的运营既能发挥社会资源的作用，并保障其应有的收益，同时也不能偏离城市生活垃圾处理以社会与环境效益最大化为主要目的的基本准则。 l法规： 生活垃圾焚烧污染控制标准第二节 固体废物的热解与能量回收l（一）概述l（二）典型固体废物的热解 （一）概述 热解是把有机固体废物在无氧或缺氧条件下加热分解的过程
21、。该过程是一个复杂的化学反应过程。包括大分子的键断裂，异构化和小分子的聚合等反应，最后生成各种较小的分子。热解的过程可以用通式表示如下： 有机固体废物 (H2、CH4、CO、CO2等)气体(有机酸、焦油等) 有机液体碳黑炉渣 热解 采用热解法生产气体燃料是使有机固体废物在800010000的温度下分解，最终形成含H2、CH4、CO等气体燃料。热解所得燃料气有两个作用：一是把热解气体直接送入二级燃烧室燃烧，用于生产蒸汽和预热空气；二是通过净化，冷凝除烟尘、水、残油等杂质，生产出纯度较高的气体燃料，以备它用。所生产的气体燃料的性质因废物的种类、热解方法而异。热值一般为418629302kJ/m3。
22、 热解法生产液体燃料是使有机固体废物在500600的温度下分解，最终形成含有乙酸、丙酸、乙醇、焦油等的液体燃料。热解产生的燃料油是具有不同沸点的各种油的混合物，含水焦油比较多，精制后方能得到热值较高的燃料油。热值一般为29302kJ/L左右。（二）典型固体废物的热解l1. 城市垃圾的热解 l2. 农业固体废物的热解l3. 污泥的热解 1. 城市垃圾的热解 随着工业的发展，人民生活水平的提高，城市垃圾中的可燃组分日趋增长，纸张、塑料及合成纤维等占有很大比例。因此，日本和美国结合本国城市垃圾的特点开发了许多工艺，有些已达到实用阶段。我国的城市垃圾不同于日本与美国，这些工艺能否应用于我国有待研究。1
23、.1 主要热解工艺 日本与美国开发的热解工艺主要有：l 移动床热解工艺l 双塔循环式流动床热解工艺l 管型瞬间热分解l 回转窑热分解法l 高温熔融热分解Andco-Torrax法l 纯氧高温热分解UCC流程移动床热解工艺双塔循环式流动床热解工艺纯氧高温热分解法2. 农业固体废物的热解 农业固体废物中存在大量的脂肪，蛋白质，淀粉和纤维素，也可以经过热解而得到燃料油与燃料气。早在50年代，我国就从农业的废玉米芯中提取糠醛，作为化工原料。我国农机科学院设计的小型热解气化炉，可用于部分农业固体废物的热解，产生气的成分如表5-23所示。3. 污泥的热解 近几年，国外固体废物的热解另一发展是将城市垃圾和含
24、可燃组分的工业垃圾与污泥进行联合热解，这样可以更有效地回收热能。自1971年以来，西欧、美国相继建立了一些联合处理装置。第三节 固体废物的沼气利用l（一）概述 l（二）厌氧发酵工艺的原理与控制条件 l（三）沼气池结构类型 l（四）填埋气的利用 （一）概述l沼气是有机物在厌氧条件下经厌氧细菌的分解作用产生的以甲烷为主的可燃性气体。l利用固体废物的厌氧发酵生产沼气的方法有两种：一是有机固体废物的卫生填埋，自然发酵产生沼气。如城市垃圾的卫生填埋，有机物分解过程中产生的气体含甲烷45%60%，含二氧化碳35%50%，还有少量的碳氢化合物和少量硫化氢。可把这部分气体收集、净化、回收利用。如美国在1985
25、年已有44个填埋场地，其中23个对这些气体加以回收，生产可燃气体，21个则直接用于发电。另一种方法是农业废物沼气化。我国从1958年开始在农村生产和利用沼气。由于这种方法简便易行，便于推广，因此在我国发展较快。如广州市效区鹤岗村发展猪舍与沼气相结合的低压沼气池，农民利用收集的城市厨房垃圾作饲料喂生猪，猪粪尿注入沼气池制取沼气，沼气作燃料，滤液用来养鱼，沼气渣用作农田肥料，成为一个多功能典型生态农场。农业废物沼气化是处理垃圾、粪便、农业废物的有效途径。（二）厌氧发酵工艺的原理与控制条件l1. 厌氧发酵工艺的原理l2. 工艺控制条件 1. 厌氧发酵工艺的原理 有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲
26、烷三个阶段（图5-19）。每一阶段都有独特的微生物类群起作用。在液化阶段，发酵菌（包括纤维分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌）利用细胞外酶对有机物进行体外酶解，使固体物质变成可溶于水的物质，然后，细菌再吸收可溶于水的物质，并将其降解成不同产物。在产酸阶段，醋酸分解菌把前一段产生的中间产物丙酸、丁酸、醇类等进一步分解成醋酸和氢气。在产甲烷阶段，甲烷菌利用H2/CO2、醋酸及甲醇、甲酸、甲胺等碳类化合物为基质，将其转化成甲烷、二氧化碳等气体 。2. 工艺控制条件l（1）原料的配比l（2）温度 l（3）pH值 l（4）搅拌（三）沼气池结构类型（三）沼气池结构类型 l（1）水压式沼气池 l（2）浮罩式沼
27、气池 （1）水压式沼气池 （2）浮罩式沼气池（四）填埋气的利用l（1）垃圾沼气燃烧供热发电 l（2）垃圾沼气作民用燃料l（3）垃圾沼气作汽车燃料（1）垃圾沼气燃烧供热发电 就地利用沼气燃烧供热或发电是应用最广的办法。沼气的净化也可以采用较低水平的处理，其方法为将填埋气经过一系列冷却器、分离器和过滤器使气体净化，得到的沼气甲烷浓度达40%以上，然后再送至锅炉燃烧。这种方法得到的沼气是低热值燃料，如果增加吸吸附净化法，还可得到高热值沼气燃料。主要用在为填埋场和附近居民供热，还可用于发电厂锅炉和工业窑炉做燃料，如制砖窑。 垃圾沼气发电目前在美国应用较多，全美国有150多个沼气发电厂。沼气发电的形式有
28、内燃机发电、燃气轮机发电、蒸汽轮机发电几种形式。内燃机发电因为其空气污染低，操作方便，是费用效益较高的技术，它适用性强，便于开启关闭，投资较省，应用较广，发电量可在302000kW范围。但内燃机易被燃气腐蚀，应加强对腐蚀性气体的除去。美国最大的来及沼气发电厂有50多台内燃发电机，平均每个垃圾场有5台内燃发电机。 垃圾沼气发电过程一般如下： 填埋气（LFG）自垃圾填埋场收集系统收集后（浅表LFG因热值较低应单独收集，送去火炬系统燃烧，深层LFG则被进人发电系统），经鼓风机加压，通过滤膜过滤除去大于5-10um的颗粒，再经冷凝器、分离器去除其所含水分，然后进入内燃发电机燃烧发电。发出的电部分自用（
29、一般10%），其余可升压进入电网输出。采用垃圾沼气(LFG)发电技术成熟，一百吨垃圾产生的垃圾沼气（LFG）可发电1000kW。 LFG发电应注意沼气中所含有的一些杂质，如硫化物、硅氧烷等，因其会产生腐蚀或破坏催化剂，故应先对其进行预处理，一般控制进入内燃发电机的燃气中的S应在1020010-6，此外还要注意气体输送管及阀门的堵塞问题，应备用一套发电系统以便维修。润滑油也需要更换。一般认为，采用内燃机发电，需维护费0.010.015美元/kWh。良好的管理可保证发电机正常运行，每年发电时间可达90%。（2）垃圾沼气作民用燃料l垃圾沼气作民用燃料必须将甲烷的浓度提高到98%以上，不仅要除去气中的
30、二氧化碳， 还要除去其中的其它有害的有机挥发物。l沼气毕竟是从垃圾中产生的，可能会存在一些尚未被人们认识到的有毒、有害物质。特别是垃圾如没有经过分类、分捡，有毒有害物质（如漆油、废弃的日光灯电他等等）进入生活垃圾的可能性更大。极有可能进人沼气，做民用燃料易对人造成污染，另外沼气燃料有一定的气味，令人不快。因此，不主张直接做民用燃料使用。况且沼气需净化至天然气质量，意味CH4含量要由4%提纯至98%以上，如此高的净化效率只有膜分离方能达到。这种净化方法是处理成本最高的，直接影响其经济效益因此，做为城市民用燃料可行性有待继续寻求技术、经济的评估。（3）垃圾沼气作汽车燃料l鉴于垃圾沼气(LFG)净化
31、处理作汽车燃料，其尾气排放的污染大大减轻，具有显著环境效益；且成本不高，经济效益显著，美国已开发了采用垃圾沼气代替汽油作汽车燃料的工艺。其工艺技术是垃圾沼气的净化处理，除去气体中的CO2, H2S,使甲烷浓度由40%45%，提高到80%以上；然后，将净化气加压至25MPa，压入高压贮罐作汽车加气用。lLos Angeles卫生局等筹建的由LFG制取汽车清洁燃料示范工程于1993建成。该工程规模为250Nft3/s，约1000m3/d，其工艺如图9。第四节 污泥的焚烧 污泥焚烧处理始于1934年美国密歇根州安装的第一台多膛炉，至20世纪80年代逐渐被流化床焚烧炉代替。1984年，新加坡南洋技术研
32、究院的Jarnis和Vickrdge发现，取自新加坡各个污水厂的污泥，在550燃烧时是自燃的。而安大略湖现场污泥焚烧炉的成功生产，则进一步证明经合适预处理的污泥，在焚烧过程中完全达到了热能自持。1995年，日本有近50%的污泥采用了焚烧的方法进行处置，而欧盟各国采用焚烧方法处置的污泥也超过了10%，预计到2005年这一比例将增至38%。污泥焚烧的分类l完全焚烧l湿式氧化（即不完全焚烧）完全焚烧l1. 定义l2. 基本原理l3. 污泥的燃烧热值l4. 工艺流程与影响因素l5. 设备 1. 定义 在污泥完全焚烧过程中污泥所含水分被完全蒸发，有机物质被完全焚烧，焚烧的最终产物是CO2、H2O和N2等
33、气体及焚烧灰，称为完全焚烧。2. 基本原理 污泥焚烧是指对脱水或干燥后的污泥，依靠其自身的热值和辅助燃料，送人焚烧炉进行热处理的过程，这是由生物固体具有一定热值和可燃烧性决定的。焚烧处理的产物是烟气和炉渣灰。反应结果使有机质转化为CO2、H2O和N2等气相物质，反应过程释放的热量则维持反应系统的温度，使处理过程能持续地进行。炉渣主要由污泥中不参与燃烧反应的无机矿物质组成，同时也会含一些未燃尽的残余有机物（可燃物），炉渣对生物代谢是惰性的，因此无腐败、发臭、致病菌污染等产生卫生学的因素。污泥中在焚烧时不挥发的重金属是炉渣环境影响的主要来源。污泥焚烧的另一部分固相产物是在燃烧过程中，被气流挟带存在
34、于出炉烟气中，通过烟气除尘设备（如旋风分离器、静电除尘器或袋式过滤器）被分离的固体颗粒，这种固相产物称为飞灰。飞灰中的无机物，除了包括污泥中的矿物质外，还可能包括烟气处理的药剂（如干式、半干式除酸器净化工艺中使用的石灰粉、石灰乳等），其中的无机污染物以挥发性重金属Hg, Cd, Zn为主，这些挥发再沉积的重金属一般比炉渣中的重金属有更强的迁移性，使飞灰成为浸出毒性超标（固体废物浸出毒性鉴别标准）的有毒废物；飞灰中的有机物多为耐热化学降解的毒害性物质，气相再合成产生的二噁英类高毒性物质也可吸附于飞灰之上，因此飞灰安全处置是污泥焚烧环境安全性的重要组成环节。 3. 污泥的燃烧热值由于污泥所含的有机
35、物质可燃，其燃烧热值的计算式为：式中：lQ为污泥的燃烧热值，kJ/kg（污泥干重）；lPv为有机物质（即挥发性固体）含量，%；lG为机械脱水时，所加无机混凝剂量（以占污泥干固体重量百分数计），当用有机高分子混凝剂或未投加混凝剂时，G=0；la、b为经验系数，与污泥性质有关，新鲜初沉污泥和消化污泥：a=131，b=10；新鲜活性污泥：a=107，b=5。%100)100100)(100100(3 . 2GbGPvaQ3. 污泥的燃烧热值l污泥的燃烧热值也可以查表6-1得。 4. 工艺流程与影响因素l污泥焚烧工艺流程4. 工艺流程与影响因素影响因素主要有以下几个方面：l（1）污泥含水率l（2）温度
36、、时间、氧气量、挥发物含量l（3）污泥预处理5. 设备l（1）立式多段炉l（2）烟气处理系统湿式氧化l1. 概述 l2. 基本原理 l3. 湿式氧化工艺的分类 l4. 湿式氧化的应用特性1. 概述 1958年Zimmermann首次采用湿式氧化法处理造纸黑液，其工作条件是控制反应温度在150374、压力在320MPa下，使黑液中有机物氧化降解，处理后废液的COD去除率大于90%。污泥湿式氧化分为次临界湿式氧化（温度低于374、压力21. 8MPa）和超临界湿式氧化（温度高于374、压力21. 8MPa）。传统的污泥湿式氧化法属于次临界湿式氧化（SubCWO）。为了满足反应对压力的要求，近年来一
37、种垂直深井湿式氧化反应器引起人们普遍兴趣，它依靠污泥的自重在井深达12001800m的地下产生高压，利用有机物氧化放出的热来维持高温。荷兰VerTech公司的实践证明，在井深1200m、井底温度280时，COD的去除率达70%。由于SubCWO法对有机物的最大转化率只能达到90%95%，需要有后续的生化处理装置与其配套，导致污泥处理费用高于焚烧法。由于该技术成本高、处理设备复杂，至1996年，也仅在美国、荷兰各建有1套工业处理装置。开发能有效降低反应温度和压力、提高有机物氧化率的催化剂已成为污泥湿式氧化技术的研究方向。2. 基本原理 湿式氧化法（WO法）是一种物理-化学法，这种方法在高温下（临
38、界温度为150-370）和一定压力下用来处理高浓度有机废水和不易生化的废水是十分有效的。由于污水污泥在物质结构上与高浓度有机废水十分相似，因此这种方法也可用于处理剩余污泥。湿式氧化法处理污泥是经浓缩后的污泥（含水率96%），在液态下加温加压、并压人压缩空气，使有机物被氧化去除，从而改变污泥结构与成分，使脱水性能大大提高。湿式氧化法可以使80%90%的有机物被氧化，故又称为不完全焚烧。湿式氧化必须在高温高压下进行，所用的氧化剂为空气中的氧气或纯氧、富氧。 （1）氧化度 湿式氧化对污泥中所含有机物及还原性无机物的去除效果，用氧化度表示。%100值湿式氧化前值值湿式氧化后湿式氧化前氧化度CODCOD
39、COD （2）湿式氧化的反应温度、压力与时间湿式氧化是在高温、高压下，以压缩空气作为氧化剂，氧化污泥中的有机物及还原性物质。由于必须保证在液相中进行，温度高则氧化速度快，氧化度也高，但若压力不随之增加，使大量氧化反应热被消耗于蒸发水造成液相固化（即水分被全部蒸发）无法保持“湿式”。因此反应温度高，压力也相应要高。 3. 湿式氧化工艺的分类 根据湿式氧化所要求的氧化度、反应温度及压力的不同，湿式氧化可分为以下三种： （1）高温、高压氧化法 （2）中温、中压氧化法 （3）低温、低压氧化法 4. 湿式氧化的应用特性l（1）湿式氧化法的应用污泥与粪便处理：高浓度工业废水造纸、鞣革与制革、丙烯睛、焦化废
40、水、食品与含硫废水；含危险物、有毒物、爆炸物污水；回收有用物质，如混凝剂、碱回收；再生活性炭等。l（2）湿式氧化的优点适应性强，难生物降解有机物可被氧化；达到完全杀菌；反应在密闭的容器内进行，无臭，管理自动化；反应时间短，仅约1h，好氧与厌氧微生物难以在短时间内降解的物质如毗陡、苯类、纤维、乙烯类、橡胶制品等，都可被炭化；残渣量少，仅为原污泥的1%以下，脱水性能好；分离液中氨氮含量高，有利于生物处理。l（3）湿式氧化缺点设备需要耐压不锈钢制造，造价昂贵，需要专门的高压作业人员管理；高压泵与空压机电耗高、噪声大（一套湿式氧化设备的噪声总强度相当于7090个高音喇叭）；热交换器、反应塔必须经常除垢
41、，前者每个月用5%硝酸清洗一次，后者每年洗一次；反应物料在高压氧化过程中，产生的有机酸与无机酸，对反应器壁有腐蚀作用；需要有一套气体脱臭装置。 总体来说，污泥湿式氧化可以达到很高的有机物脱除率和能量回收率，对处理含难降解有毒有机物的污泥存在较大优势。为了使污泥得到进一步的生物处理，目前国外研究的方向大多集中在污泥成分的转化。湿式氧化法液体中剩余有机物在次临界条件下很难被氧化，最终的产物以乙酸的形式存在，而不是CO2和H2O。乙酸在湿式氧化处理中非常难被进一步氧化，但在厌氧和好氧生物处理过程中却十分容易被降解，因此在湿式氧化法设计中，通常选择乙酸的浓度作为动力学参数。由于污水污泥的组分非常复杂，很难用一个简单的表达式表示，所以在设计湿式氧化处理系统中必须使用简化的分析参数，例如MLVSS,可溶性COD、乙酸、甲醛等。这些参数被优化组合后，就有可能使湿式氧化系统在最佳条件下运行，并为下一步的生物处理提供最易降解的底物。
