城市垃圾污染及其焚燒處理的研究
導讀:：主要介紹了我國城市垃圾現狀、垃圾污染危害、處理的方式及存在的問題。根據我國城市垃圾的特點及變化趨勢，提出了適合我國城市垃圾無害化、減量化和穩定化處理的幾種方法，并對焚燒處理作進一步的研究。
關鍵詞：垃圾污染，垃圾處理垃圾焚燒設備，環境保護
1 引言
我國城市化進程的加快的同時，我們面臨許多新的問題，可持續發展被提到了非常重要的位置，如何處理城市中日益增長的垃圾，也是我們必須解決的重要難題。中國城市垃圾的特點是，第一，經濟越發達的城市、地區，生活垃圾增長速度越快;第二，垃圾中可燃燒物的含量也越高，同時處理的緊迫性和達到的減容要求也越高。本文結合這一特點，以及常用的垃圾處理其它方法(衛生填埋法、堆肥法、蚯蚓床和焚燒法等)，提出了城市垃圾的焚燒法處理。
2 城市垃圾的國內外現狀
近年來，隨著工業化國家的城市化和居民消費水平的提高,城市垃圾的增長也十分迅速。發達國家垃圾增長率為3.2%～4.5%，發展中國家為2%～3%。美國目前垃圾增長率為5%，德國為4%，瑞典為2%，韓國為11%，歐盟國家為3%。全球年產垃圾超過100億噸，其中美國達30億噸，日本最近10年平均每日垃圾拋棄量增加一倍，英國城市垃圾量15年增加了一倍。
隨著經濟的發展、人口的不斷增多以及人民生活水平的日益提高，中國城市垃圾的產生量近幾年增長也很快。據統計垃圾的年增長率超過9.5%，2004年中國城市垃圾的產生量達到2億噸之多，占地達8萬公頃，而歷年堆存量已超過60億噸。由于處置設施嚴重不足，目前已有2/3的城市陷入垃圾的包圍之中。
3 城市垃圾的污染途徑及危害
3.1 垃圾的污染途徑
城市垃圾的污染不同于水和大氣，水、大氣污染可以直接污染環境，而城市垃圾是污染物的終態，濃縮了許多污染物的成分，人們容易產生一種污染慢的錯覺，但在自然條件影響下，垃圾中的部分有害成分可以通過水、大氣、土壤等途徑進入環境，給人類造成一種潛在的、長期的危害。因而，垃圾的處理處置不當會通過不同的途徑危害人體的健康。
3.2 垃圾的污染危害
垃圾對人類環境的危害，主要表現在以下幾個方面：
(1)侵占土地 垃圾不加利用時，需占地堆放。堆積量越大，占地也越多，每堆積1萬噸垃圾需占地1畝。中國許多城市利用市郊堆存城市垃圾，也侵占了大量農田，同時，大量垃圾的堆積嚴重地破壞地貌、植被和自然景觀。
(2)污染土壤 垃圾直接堆放或沒有適當的防滲措施的垃圾填埋場，垃圾中的有害成分很容易經過風化雨淋、地表徑流的侵蝕而滲入土壤之中。土壤是許多細菌、真菌等微生物聚居的場所，這些微生物形成了一個生態系統環境保護，在大自然的物質循環中，擔負著碳循環和氮循環的一部分重要任務。由于有害成分進入土壤能殺滅土壤中的微生物，使土壤喪失腐解能力，導致草木不生。
(3)污染水體 垃圾隨天然降水和地表徑流進入江河湖泊，或隨風飄遷落入水體使地面水污染;隨滲瀝水進入土壤則使地下水污染;直接排入河流、湖泊或海洋，又能造成更大的水體污染。
(4)污染大氣 細粒狀的垃圾在大風吹動下會隨風飄逸，擴散到很遠的地方，造成大氣的粉塵污染;垃圾在適宜的溫度和濕度下被微生物分解，釋放有毒氣體;垃圾在運輸和處理過程中，產生有害氣體和粉塵污染大氣。
(5)影響環境衛生 中國的垃圾綜合利用很低。據300個城市統計，城市垃圾的清運量僅占產量的40%～50%，無害化處理率平均只有1.6%，50%以上垃圾存在城市的一些死角，98%以上的垃圾、糞便未經無害化處理進入環境，嚴重影響人們居住環境的衛生狀況，導致傳染病菌繁殖，對人們的健康構成潛在的威脅。
4 城市垃圾的處理
4.1 垃圾的預處理
城市垃圾無害化處理前需要進行預處理。預處理的主要措施有：分類、破碎、風力分選、磁選、靜電分選以及加壓等。風力分選是利用垃圾與空氣逆流接觸，使垃圾中輕重不同的成分分離。水浮分選是經過篩分或風力分選后的輕物質送入水池中，玻璃屑、碎石、碎磚、骨頭、高密度塑料等沉至池底，輕的則浮在水面。磁流體分選是將經過風力分選及磁選后富含鋁的垃圾放入水池中，調整水溶液密度，使鋁浮在水面，而其它物質仍沉在池底。磁選可在破碎后，風力分選前，從破碎后的垃圾中回收金屬碎片。靜電分選一般在磁選后，從垃圾中除去水分、小顆粒雜物，其效果較風力分選、篩分為佳。由于吸水性好的有機物導電性良好，可為高壓電極所吸引，而不吸水的玻璃，陶瓷器、塑料、橡膠等雜物導電性差，不受電場作用，依重力方向下落使兩類物質分離。
4.2 城市垃圾的最終處理
4.2.1衛生填埋
衛生填埋是一種防止污染的填埋方法，由于填埋過程是一層垃圾一層土交替進行，有稱為夾層填埋法。從橫斷面看，垃圾和沙土交互填埋，既可防止垃圾的飛散和降雨時的流失，又可以防止蚊、蠅等害蟲孳生以及臭氣和火災的發生。衛生填埋法有一般衛生填埋和濾瀝循環衛生填埋，具體簡述如下：
(1)一般衛生填埋是在回填場地上，先鋪一層若干厘米厚的垃圾，壓實后再鋪上一層若干厘米厚的松土、沙或粉煤灰等覆蓋層，以防止鼠蠅等孳生，并可使產生的臭氣逸出以防止起火。然后依次逐步用土將垃圾分割在夾層結構中。夾層厚度視垃圾種類而異。
(2)濾瀝循環衛生填埋法是近年發展起來的一種方法，其特點是將回填垃圾的含水量從20%～25%提高到60%～70%，收集其濾瀝循環使用，使垃圾保持濕潤，從而加速有機物的厭氧分解，使填埋物加速下沉。
4.2.2蚯蚓床
城市垃圾可以利用蚯蚓處理。蚯蚓可將這些城市垃圾轉變為肥效高、無臭味的蚯蚓糞土，還能獲得大量蚯蚓體作醫藥原料;蚯蚓體內蛋白質含量與魚肉相當，是畜禽和水產養殖的優良飼料，可以收到一舉多得的效果。蚯蚓處理有機垃圾的機理是：首先，蚯蚓體內分泌能分解蛋白質、脂肪、碳水化合物和纖維素的各種酶類;其次，在蚯蚓消化道中，有大量細菌、霉菌、放線菌等微生物共生，這就是環衛戰士的大力士，分解消化有機垃圾能力很強。發展蚯蚓養殖是處理城市垃圾、化害為利的有效措施之一，應大力發展。
4.2.3堆肥
堆肥有好氧和厭氧兩種，多數采用好氧。好氧堆肥時間短，不產生惡臭，好氧堆肥露天進行，所需時間冬季為1個月，夏季為半個月。厭氧堆肥將空氣與發酵原料隔絕，堆制溫度低，工藝比較簡單，成品堆肥中氮素保留比較多，但堆肥周期過長，需3～12個月，異味濃烈，分解不夠充分。
4.2.4焚燒
焚燒處理是將垃圾在焚燒爐中進行燃燒，釋放出熱能，余熱回收可利用。煙氣凈化后排出，少量剩余殘渣排出填埋或作其它用途。焚燒處理技術特點是處理量大、減容性、無害化徹底，且有熱能回收利用。因此，對生活垃圾實行焚燒處理是無害化、減量化和穩定化的有效處理方式。
5 垃圾焚燒處理技術及設備特點
5.1 焚燒處理技術
垃圾焚燒處理是目前國外應用最普遍的垃圾處理方法，此方法的最大優點是垃圾穩定化和減量化及無害化處理程度高。我國在垃圾焚燒方面仍處于摸索與研究階段，由于近幾年的不斷探索，垃圾焚燒技術已經取得較大的進步。垃圾焚燒廠建立在城市周圍，運送垃圾方便，并且可以向城市提供熱能，產生很好的經濟效益。應用計算機控制使焚燒爐運行在最佳運行工況，并且有先進的尾氣處理設備和嚴格的排放監測手段，使得垃圾焚燒對大氣造成的二次污染降到最低點。目前已投入運行的垃圾焚燒爐燃燒方式有：
(1)多級階梯式鏈條爐排，傾斜往復式爐排和反送式的馬丁爐排等爐排爐;
(2)旋轉式燃燒——回轉爐;
(3)流化床焚燒爐。
5.2 多級階梯爐排爐
多級階梯爐排是由往復移動部件組成，垃圾經由給料裝置推送至傾斜之爐排上，在爐內高溫加熱，使得部份垃圾得以干燥，另經爐排的運動除將垃圾往前推送外，并將垃圾層松化及均勻經歷干燥、燃燒及后燃等各階段環境保護，以達完全燃燒。目前應用中的多級階梯式有很多種，爐排設計大多屬于設計廠商的專利，如我國深圳引進的新爐排即是德國專利。
不過轉動式爐排爐排汽時容易堵塞，維修工作量大，大件物品夾住的可能性較大，移動式爐排占地面積大，風道系統復雜，對高水份、低值的垃圾焚燒還不完全，著火較為困難，使用較少。扇形反轉式爐排由于燃燒不易控制，爐溫較高，還處在不斷完善階段。
馬丁爐排由于國內還未能自行制造，必須進口國外設備，造價昂貴。一般中小城鎮無法承受其投資費用。我國僅有深圳市引進了日本的三臺馬丁爐運行較好，不過馬丁爐排的燃燒工況較易受垃圾品位波動的影響。
爐排爐的優點是不需要對垃圾進行預處理。技術比較成熟，國外應用較廣泛，其不足之處如下：
(1)爐排必須耐熱，在長期連續運行期間，熱應力必須不變，這樣爐排對材質要求高，而且爐排加工復雜，由于爐排需轉動，可靠性低及能耗高構成其問題。
(2)由于垃圾成份復雜，普通爐排維持在整個爐排內均勻移動，均勻完全地燃燒是困難的。
(3)爐排難以適應水分變動范圍較寬的垃圾焚燒，因為水分較高的垃圾需較寬的干燥區，這給水分高的垃圾完全燃燒帶來困難。
(4)爐溫較難控制，垃圾的熔渣在1000℃以上和1050～1100℃時處于軟化和粘性狀態，成為特殊的腐蝕性物質，可能腐蝕爐壁，同時在高溫狀態下NOx濃度上升。
(5)爐排爐不易實現大型化，難以實現爐內脫除HCI氣體，需要在尾部加裝專門的和HCI脫除設備，增加了投資費用。
(6)難以處理垃圾滲濾液，需設置專門污水處理設施。
(7)爐排爐的爐排不僅制造復雜，成本高，而且體積龐大，占地面積大，因而不適合于中小城鎮垃圾處理量不十分大的場合。
5.3 回轉爐
回轉爐焚燒系統衍生于已廣泛用于水泥工業中耐火磚襯里回轉鍛燒窯的設計。垃圾由傾斜且緩慢旋轉的旋轉窯上方前端送入，即由旋轉速度控制垃圾前進速度，使垃圾在窯內往前輸送過程中完成干燥、焚燒及灰渣冷卻之過程，而冷卻后之灰渣由爐窯下方末端排出。回轉窯整個爐體可由冷卻水管及有孔鋼板焊接形成桶形，也可由鋼制圓桶內部加裝防火襯組成，爐體向下方傾斜，分成干燥、燃燒及后燃燒三區段，并由前、后兩端特殊輪子支撐。特殊輪子則由四個滾輪支持，由鏈輪驅動裝置轉動輪子而旋轉爐體，垃圾在爐體上，因旋轉而獲得良好的翻攪及向前輸送，預熱空氣由底部穿過有孔鋼板至窯內，使垃圾能完全燃燒。
回轉窯燃燒適應性廣，可焚燒不同性質的廢棄物，此種爐型機械零件比較少，故障少，可以長時間連續運行。但回轉窯的熱效率低，如需輔助燃料時消耗較多，排出氣體的溫度低，有惡臭，需要脫臭裝置或導入高溫后燃室焚燒，由于窯身較長，占地面積大，且后燃室的爐排結構要求較為嚴格，因此其成本高，價格較昂貴中國知網數據庫。
5.4 流化床爐
流化床爐燃燒技術是本世紀六十年代初迅速發展起來的一種新型清潔燃燒技術。采用該技術的焚燒爐的基本特征在于在爐膛下部布置有耐溫的布風板，板上裝有載熱的惰性顆粒，通過床下布風，使惰性顆粒呈沸騰狀，形成流化床段，在流化床段上方設有足夠高的燃燼段(即懸浮段)。一般物料投入流化床后，顆粒與氣體之間傳熱和傳質速率高，物料在床層內幾乎呈完全混合狀態，投向床層的廢棄物能迅速分散均勻。由于載熱體貯蓄大量的熱量，可以避免投料時爐溫急劇變化，床層的溫度保持均一，避免了局部過熱，因此床層溫度易于控制。同時它具有燃料效率高，負荷調節范圍寬，污染物排放低，熱強度高，適合燃用低熱值燃料等優點。可以說我國目前在中小城鎮最有發展前景的垃圾焚燒爐為流化床爐。尤其是我國的垃圾熱值相對偏低，要實現其高效穩定燃燒，流化床焚燒技術無疑是最佳選擇。
流化床焚燒爐的優點主要表現在如下幾個方面：
(1)操作方便、運行穩定。垃圾經破碎混合后，質地相對均勻，流化床床料為石英砂，蓄熱量大，因而避免了床的急冷急熱現象，使燃料穩定。垃圾的干燥、著火、燃燒與后燃燒幾乎同時進行環境保護，無需復雜的調整，燃燒控制容易，并易于實現自動化，能在極短時間內完成起動或停止，因此可實現連續燃燒。
(2)耐久性好，使用壽命長。爐內沒有機械運動部件，故使用壽命長。由于燃燒均勻，不會產生局部過熱現象，加之爐子為箱式結構，與耐火材料的熱膨脹相適應，因此在一定程度避免了耐火材料的損壞。
(3)可采取全面的防二次污染的措施，對焚燒時產生的有害物質進行了處理，如不加任何附加設備，僅以流化床所特有的燃燒方式就可把NOx含量降到100ppm以下。流化床焚燒爐以其本身的特點，減少了廢水的產生量。爐渣呈干態排出，無渣坑廢水，亦不需處理重金屬污水的設備。垃圾槽內的廢水可向焚燒爐內噴散霧化焚燒處理。
(4)流化床焚燒爐由于爐內燃燒強度和傳熱強度高，相同垃圾處理量的流化床爐體積比爐內要小，故而投資省，適用于大型化發展。
(5)燃料適應性廣，可燃燒高水分，低熱值，高灰份的垃圾，床內混合均勻，燃燼度高，使垃圾容積大大減少，特別適合垃圾熱值隨季節性變化很大的特點。
(6)爐子構造簡單，爐內沒有運動部分。
綜合上述三種垃圾焚燒爐型的介紹，歸納出各種焚燒方式的優缺點，從中可見流化床垃圾焚燒爐綜合性能較為優越，尤其是我國的垃圾熱值相對偏低，要實現其高效穩定燃燒，流化床無疑是最佳選擇。因此對我國目前城鎮最有發展前景的垃圾焚燒爐應為流化床爐。
6 結束語
綜上所述，焚燒處理是目前為止垃圾減容化、無害化、穩定化最有效方法之一，在我國有著廣闊的發展前景。同時，采用何種焚燒爐進行焚燒處理也是重中之重，本文通過了不同焚燒爐的對比研究，結合我國的實際情況，提出了采用流化床爐進行焚燒處理的方案，筆者認為，這種焚燒爐將有著很好的發展前景。另外，加強宣傳教育，提高全民環境意識，共同保護環境，也是我們的必由之路。
參考文獻
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[2]趙由才編.生活垃圾資源化原理與技術.北京：化學工業出版社，2002
[3]李建國編.城市垃圾處理與處置.北京：中國環境科學出版社，1992
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