城市垃圾污染及其焚烧处理的研究
导读:：主要介绍了我国城市垃圾现状、垃圾污染危害、处理的方式及存在的问题。根据我国城市垃圾的特点及变化趋势，提出了适合我国城市垃圾无害化、减量化和稳定化处理的几种方法，并对焚烧处理作进一步的研究。
关键词：垃圾污染，垃圾处理垃圾焚烧设备，环境保护
1 引言
我国城市化进程的加快的同时，我们面临许多新的问题，可持续发展被提到了非常重要的位置，如何处理城市中日益增长的垃圾，也是我们必须解决的重要难题。中国城市垃圾的特点是，第一，经济越发达的城市、地区，生活垃圾增长速度越快;第二，垃圾中可燃烧物的含量也越高，同时处理的紧迫性和达到的减容要求也越高。本文结合这一特点，以及常用的垃圾处理其它方法(卫生填埋法、堆肥法、蚯蚓床和焚烧法等)，提出了城市垃圾的焚烧法处理。
2 城市垃圾的国内外现状
近年来，随着工业化国家的城市化和居民消费水平的提高,城市垃圾的增长也十分迅速。发达国家垃圾增长率为3.2%～4.5%，发展中国家为2%～3%。美国目前垃圾增长率为5%，德国为4%，瑞典为2%，韩国为11%，欧盟国家为3%。全球年产垃圾超过100亿吨，其中美国达30亿吨，日本最近10年平均每日垃圾抛弃量增加一倍，英国城市垃圾量15年增加了一倍。
随着经济的发展、人口的不断增多以及人民生活水平的日益提高，中国城市垃圾的产生量近几年增长也很快。据统计垃圾的年增长率超过9.5%，2004年中国城市垃圾的产生量达到2亿吨之多，占地达8万公顷，而历年堆存量已超过60亿吨。由于处置设施严重不足，目前已有2/3的城市陷入垃圾的包围之中。
3 城市垃圾的污染途径及危害
3.1 垃圾的污染途径
城市垃圾的污染不同于水和大气，水、大气污染可以直接污染环境，而城市垃圾是污染物的终态，浓缩了许多污染物的成分，人们容易产生一种污染慢的错觉，但在自然条件影响下，垃圾中的部分有害成分可以通过水、大气、土壤等途径进入环境，给人类造成一种潜在的、长期的危害。因而，垃圾的处理处置不当会通过不同的途径危害人体的健康。
3.2 垃圾的污染危害
垃圾对人类环境的危害，主要表现在以下几个方面：
(1)侵占土地 垃圾不加利用时，需占地堆放。堆积量越大，占地也越多，每堆积1万吨垃圾需占地1亩。中国许多城市利用市郊堆存城市垃圾，也侵占了大量农田，同时，大量垃圾的堆积严重地破坏地貌、植被和自然景观。
(2)污染土壤 垃圾直接堆放或没有适当的防渗措施的垃圾填埋场，垃圾中的有害成分很容易经过风化雨淋、地表径流的侵蚀而渗入土壤之中。土壤是许多细菌、真菌等微生物聚居的场所，这些微生物形成了一个生态系统环境保护，在大自然的物质循环中，担负着碳循环和氮循环的一部分重要任务。由于有害成分进入土壤能杀灭土壤中的微生物，使土壤丧失腐解能力，导致草木不生。
(3)污染水体 垃圾随天然降水和地表径流进入江河湖泊，或随风飘迁落入水体使地面水污染;随渗沥水进入土壤则使地下水污染;直接排入河流、湖泊或海洋，又能造成更大的水体污染。
(4)污染大气 细粒状的垃圾在大风吹动下会随风飘逸，扩散到很远的地方，造成大气的粉尘污染;垃圾在适宜的温度和湿度下被微生物分解，释放有毒气体;垃圾在运输和处理过程中，产生有害气体和粉尘污染大气。
(5)影响环境卫生 中国的垃圾综合利用很低。据300个城市统计，城市垃圾的清运量仅占产量的40%～50%，无害化处理率平均只有1.6%，50%以上垃圾存在城市的一些死角，98%以上的垃圾、粪便未经无害化处理进入环境，严重影响人们居住环境的卫生状况，导致传染病菌繁殖，对人们的健康构成潜在的威胁。
4 城市垃圾的处理
4.1 垃圾的预处理
城市垃圾无害化处理前需要进行预处理。预处理的主要措施有：分类、破碎、风力分选、磁选、静电分选以及加压等。风力分选是利用垃圾与空气逆流接触，使垃圾中轻重不同的成分分离。水浮分选是经过筛分或风力分选后的轻物质送入水池中，玻璃屑、碎石、碎砖、骨头、高密度塑料等沉至池底，轻的则浮在水面。磁流体分选是将经过风力分选及磁选后富含铝的垃圾放入水池中，调整水溶液密度，使铝浮在水面，而其它物质仍沉在池底。磁选可在破碎后，风力分选前，从破碎后的垃圾中回收金属碎片。静电分选一般在磁选后，从垃圾中除去水分、小颗粒杂物，其效果较风力分选、筛分为佳。由于吸水性好的有机物导电性良好，可为高压电极所吸引，而不吸水的玻璃，陶瓷器、塑料、橡胶等杂物导电性差，不受电场作用，依重力方向下落使两类物质分离。
4.2 城市垃圾的最终处理
4.2.1卫生填埋
卫生填埋是一种防止污染的填埋方法，由于填埋过程是一层垃圾一层土交替进行，有称为夹层填埋法。从横断面看，垃圾和沙土交互填埋，既可防止垃圾的飞散和降雨时的流失，又可以防止蚊、蝇等害虫孳生以及臭气和火灾的发生。卫生填埋法有一般卫生填埋和滤沥循环卫生填埋，具体简述如下：
(1)一般卫生填埋是在回填场地上，先铺一层若干厘米厚的垃圾，压实后再铺上一层若干厘米厚的松土、沙或粉煤灰等覆盖层，以防止鼠蝇等孳生，并可使产生的臭气逸出以防止起火。然后依次逐步用土将垃圾分割在夹层结构中。夹层厚度视垃圾种类而异。
(2)滤沥循环卫生填埋法是近年发展起来的一种方法，其特点是将回填垃圾的含水量从20%～25%提高到60%～70%，收集其滤沥循环使用，使垃圾保持湿润，从而加速有机物的厌氧分解，使填埋物加速下沉。
4.2.2蚯蚓床
城市垃圾可以利用蚯蚓处理。蚯蚓可将这些城市垃圾转变为肥效高、无臭味的蚯蚓粪土，还能获得大量蚯蚓体作医药原料;蚯蚓体内蛋白质含量与鱼肉相当，是畜禽和水产养殖的优良饲料，可以收到一举多得的效果。蚯蚓处理有机垃圾的机理是：首先，蚯蚓体内分泌能分解蛋白质、脂肪、碳水化合物和纤维素的各种酶类;其次，在蚯蚓消化道中，有大量细菌、霉菌、放线菌等微生物共生，这就是环卫战士的大力士，分解消化有机垃圾能力很强。发展蚯蚓养殖是处理城市垃圾、化害为利的有效措施之一，应大力发展。
4.2.3堆肥
堆肥有好氧和厌氧两种，多数采用好氧。好氧堆肥时间短，不产生恶臭，好氧堆肥露天进行，所需时间冬季为1个月，夏季为半个月。厌氧堆肥将空气与发酵原料隔绝，堆制温度低，工艺比较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，但堆肥周期过长，需3～12个月，异味浓烈，分解不够充分。
4.2.4焚烧
焚烧处理是将垃圾在焚烧炉中进行燃烧，释放出热能，余热回收可利用。烟气净化后排出，少量剩余残渣排出填埋或作其它用途。焚烧处理技术特点是处理量大、减容性、无害化彻底，且有热能回收利用。因此，对生活垃圾实行焚烧处理是无害化、减量化和稳定化的有效处理方式。
5 垃圾焚烧处理技术及设备特点
5.1 焚烧处理技术
垃圾焚烧处理是目前国外应用最普遍的垃圾处理方法，此方法的最大优点是垃圾稳定化和减量化及无害化处理程度高。我国在垃圾焚烧方面仍处于摸索与研究阶段，由于近几年的不断探索，垃圾焚烧技术已经取得较大的进步。垃圾焚烧厂建立在城市周围，运送垃圾方便，并且可以向城市提供热能，产生很好的经济效益。应用计算机控制使焚烧炉运行在最佳运行工况，并且有先进的尾气处理设备和严格的排放监测手段，使得垃圾焚烧对大气造成的二次污染降到最低点。目前已投入运行的垃圾焚烧炉燃烧方式有：
(1)多级阶梯式链条炉排，倾斜往复式炉排和反送式的马丁炉排等炉排炉;
(2)旋转式燃烧——回转炉;
(3)流化床焚烧炉。
5.2 多级阶梯炉排炉
多级阶梯炉排是由往复移动部件组成，垃圾经由给料装置推送至倾斜之炉排上，在炉内高温加热，使得部份垃圾得以干燥，另经炉排的运动除将垃圾往前推送外，并将垃圾层松化及均匀经历干燥、燃烧及后燃等各阶段环境保护，以达完全燃烧。目前应用中的多级阶梯式有很多种，炉排设计大多属于设计厂商的专利，如我国深圳引进的新炉排即是德国专利。
不过转动式炉排炉排汽时容易堵塞，维修工作量大，大件物品夹住的可能性较大，移动式炉排占地面积大，风道系统复杂，对高水份、低值的垃圾焚烧还不完全，着火较为困难，使用较少。扇形反转式炉排由于燃烧不易控制，炉温较高，还处在不断完善阶段。
马丁炉排由于国内还未能自行制造，必须进口国外设备，造价昂贵。一般中小城镇无法承受其投资费用。我国仅有深圳市引进了日本的三台马丁炉运行较好，不过马丁炉排的燃烧工况较易受垃圾品位波动的影响。
炉排炉的优点是不需要对垃圾进行预处理。技术比较成熟，国外应用较广泛，其不足之处如下：
(1)炉排必须耐热，在长期连续运行期间，热应力必须不变，这样炉排对材质要求高，而且炉排加工复杂，由于炉排需转动，可靠性低及能耗高构成其问题。
(2)由于垃圾成份复杂，普通炉排维持在整个炉排内均匀移动，均匀完全地燃烧是困难的。
(3)炉排难以适应水分变动范围较宽的垃圾焚烧，因为水分较高的垃圾需较宽的干燥区，这给水分高的垃圾完全燃烧带来困难。
(4)炉温较难控制，垃圾的熔渣在1000℃以上和1050～1100℃时处于软化和粘性状态，成为特殊的腐蚀性物质，可能腐蚀炉壁，同时在高温状态下NOx浓度上升。
(5)炉排炉不易实现大型化，难以实现炉内脱除HCI气体，需要在尾部加装专门的和HCI脱除设备，增加了投资费用。
(6)难以处理垃圾渗滤液，需设置专门污水处理设施。
(7)炉排炉的炉排不仅制造复杂，成本高，而且体积庞大，占地面积大，因而不适合于中小城镇垃圾处理量不十分大的场合。
5.3 回转炉
回转炉焚烧系统衍生于已广泛用于水泥工业中耐火砖衬里回转锻烧窑的设计。垃圾由倾斜且缓慢旋转的旋转窑上方前端送入，即由旋转速度控制垃圾前进速度，使垃圾在窑内往前输送过程中完成干燥、焚烧及灰渣冷却之过程，而冷却后之灰渣由炉窑下方末端排出。回转窑整个炉体可由冷却水管及有孔钢板焊接形成桶形，也可由钢制圆桶内部加装防火衬组成，炉体向下方倾斜，分成干燥、燃烧及后燃烧三区段，并由前、后两端特殊轮子支撑。特殊轮子则由四个滚轮支持，由链轮驱动装置转动轮子而旋转炉体，垃圾在炉体上，因旋转而获得良好的翻搅及向前输送，预热空气由底部穿过有孔钢板至窑内，使垃圾能完全燃烧。
回转窑燃烧适应性广，可焚烧不同性质的废弃物，此种炉型机械零件比较少，故障少，可以长时间连续运行。但回转窑的热效率低，如需辅助燃料时消耗较多，排出气体的温度低，有恶臭，需要脱臭装置或导入高温后燃室焚烧，由于窑身较长，占地面积大，且后燃室的炉排结构要求较为严格，因此其成本高，价格较昂贵中国知网数据库。
5.4 流化床炉
流化床炉燃烧技术是本世纪六十年代初迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。采用该技术的焚烧炉的基本特征在于在炉膛下部布置有耐温的布风板，板上装有载热的惰性颗粒，通过床下布风，使惰性颗粒呈沸腾状，形成流化床段，在流化床段上方设有足够高的燃烬段(即悬浮段)。一般物料投入流化床后，颗粒与气体之间传热和传质速率高，物料在床层内几乎呈完全混合状态，投向床层的废弃物能迅速分散均匀。由于载热体贮蓄大量的热量，可以避免投料时炉温急剧变化，床层的温度保持均一，避免了局部过热，因此床层温度易于控制。同时它具有燃料效率高，负荷调节范围宽，污染物排放低，热强度高，适合燃用低热值燃料等优点。可以说我国目前在中小城镇最有发展前景的垃圾焚烧炉为流化床炉。尤其是我国的垃圾热值相对偏低，要实现其高效稳定燃烧，流化床焚烧技术无疑是最佳选择。
流化床焚烧炉的优点主要表现在如下几个方面：
(1)操作方便、运行稳定。垃圾经破碎混合后，质地相对均匀，流化床床料为石英砂，蓄热量大，因而避免了床的急冷急热现象，使燃料稳定。垃圾的干燥、着火、燃烧与后燃烧几乎同时进行环境保护，无需复杂的调整，燃烧控制容易，并易于实现自动化，能在极短时间内完成起动或停止，因此可实现连续燃烧。
(2)耐久性好，使用寿命长。炉内没有机械运动部件，故使用寿命长。由于燃烧均匀，不会产生局部过热现象，加之炉子为箱式结构，与耐火材料的热膨胀相适应，因此在一定程度避免了耐火材料的损坏。
(3)可采取全面的防二次污染的措施，对焚烧时产生的有害物质进行了处理，如不加任何附加设备，仅以流化床所特有的燃烧方式就可把NOx含量降到100ppm以下。流化床焚烧炉以其本身的特点，减少了废水的产生量。炉渣呈干态排出，无渣坑废水，亦不需处理重金属污水的设备。垃圾槽内的废水可向焚烧炉内喷散雾化焚烧处理。
(4)流化床焚烧炉由于炉内燃烧强度和传热强度高，相同垃圾处理量的流化床炉体积比炉内要小，故而投资省，适用于大型化发展。
(5)燃料适应性广，可燃烧高水分，低热值，高灰份的垃圾，床内混合均匀，燃烬度高，使垃圾容积大大减少，特别适合垃圾热值随季节性变化很大的特点。
(6)炉子构造简单，炉内没有运动部分。
综合上述三种垃圾焚烧炉型的介绍，归纳出各种焚烧方式的优缺点，从中可见流化床垃圾焚烧炉综合性能较为优越，尤其是我国的垃圾热值相对偏低，要实现其高效稳定燃烧，流化床无疑是最佳选择。因此对我国目前城镇最有发展前景的垃圾焚烧炉应为流化床炉。
6 结束语
综上所述，焚烧处理是目前为止垃圾减容化、无害化、稳定化最有效方法之一，在我国有着广阔的发展前景。同时，采用何种焚烧炉进行焚烧处理也是重中之重，本文通过了不同焚烧炉的对比研究，结合我国的实际情况，提出了采用流化床炉进行焚烧处理的方案，笔者认为，这种焚烧炉将有着很好的发展前景。另外，加强宣传教育，提高全民环境意识，共同保护环境，也是我们的必由之路。
参考文献
[1]庄伟强等编.固体废物处理与处置.北京：化学工业出版社，2004
[2]赵由才编.生活垃圾资源化原理与技术.北京：化学工业出版社，2002
[3]李建国编.城市垃圾处理与处置.北京：中国环境科学出版社，1992
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