【正文】 成嚴(yán)重威脅。在管理制度政策方面，我國正在逐步建立城市分類收集制度、城市垃圾收費(fèi)制度等。 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、居民生活水平的提高和城市化速度的加快，我們應(yīng)該積極研究有機(jī)固體廢棄物減量化、無害化、資源化的新技術(shù)新工藝，努力完善各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范與控制標(biāo)準(zhǔn)。 (1)組成 有機(jī)固體廢棄物的組成一般以各成分含 量占有機(jī)固體廢棄物總質(zhì)量百分比來表示，即以濕基率表示；亦可按照干基率來表示，即將其烘干后，去掉水分再稱量。餐廚垃圾含水率較高，一般為 70%～ 90%；污泥含有大量的水分，含水率為 75%～ 99%；城市垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物中含水率相對(duì)較低。容重是有機(jī)固體廢棄物的重要特性之一，它為有機(jī)固體廢棄物儲(chǔ)存空間大小、運(yùn)輸機(jī)具大小、處置構(gòu)筑物和設(shè)施規(guī)模的選擇和設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)?；瘜W(xué)元素組成的測(cè)定可以為有機(jī)固體廢棄物是否適宜堆肥化處置生產(chǎn)有機(jī)肥料和飼料提供判斷依據(jù)；也可以估算出有機(jī)固體廢棄物的發(fā)熱值，確定有機(jī)固體廢棄物焚燒處置回收能源的適用性；并可以判斷提取其有機(jī)化合物及化學(xué)元素的可能性。 (3)發(fā)熱值 單位質(zhì)量有機(jī)固體廢棄物完全燃燒，并使反應(yīng)產(chǎn)物回到參加反應(yīng)物質(zhì)的起始溫度時(shí)能放出的熱量，稱為有機(jī)固體廢棄物的發(fā)熱值根據(jù)燃燒產(chǎn)物中水分存在狀態(tài)的不同又分為高位發(fā)熱值和低位發(fā)熱值。 有機(jī)固體廢棄物的生物特性 有機(jī)固體廢棄物的生物特性可從兩個(gè)方面分析。 畜禽糞便中的病原微生物和寄生蟲卵及其孳生的大量蚊蠅，使畜禽糞便排入環(huán)境中病原種類增多，出現(xiàn)病原菌和寄生蟲的大量繁殖，造成傳染病的爆發(fā)流行并傳播多種疾病。對(duì)于有機(jī)固體廢棄物在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化，微生物起關(guān)鍵作用，有機(jī)物質(zhì)通過微生物氧化以及其他生物轉(zhuǎn)化，可以變成更小更簡單的分子，這一過程稱為有機(jī)物質(zhì)的生物降解有機(jī)固體廢棄物中有機(jī)物質(zhì)含量、有機(jī)物質(zhì)的可生物降解性能、生物處理過程中微生 物的環(huán)境條件都關(guān)系到有機(jī)固體廢棄物生物處理的可行性。 有機(jī)固體廢棄物生物轉(zhuǎn)化的過程主要分為兩類：①化學(xué)轉(zhuǎn)化，包括熱分解、水解、加 氫等；②生物化學(xué)轉(zhuǎn)化，主要有堆肥化、沼氣發(fā)酵化，也包括廢纖維糖化、蛋白化等生物處理技術(shù)?？赏ㄟ^焚燒回收利用。直接焚燒系高溫和深度氧化的綜合過程，存在問題有：①垃圾成分復(fù)雜，各可燃物具有不同的理化性質(zhì)和燃燒特性，較難控制其燃燒過程，也難保證充分燃燒；②二次污染，產(chǎn)生的酸性氣體、劇毒的含氯高分子化合物、飛灰等對(duì)環(huán)境造成污染；③爐內(nèi)金屬腐蝕，含氯化合物在爐內(nèi)形成 HCI 等腐蝕性氣體，損傷爐內(nèi) 金屬部件。這些氣體一般需通過石籠等收集后燃燒排放或收 集后經(jīng)過凈化處理作為能源回收。雖處理成本低，但堆肥過程無法控制，對(duì)周圍環(huán)境污染較大。 6 按熱解的溫度 不同，分為高溫?zé)峤?、中溫?zé)峤夂偷蜏責(zé)峤猓话垂岱绞娇煞譃橹苯蛹訜岷烷g接加熱；按熱解爐的結(jié)構(gòu)可分為固定床、移動(dòng)床、流化床和旋轉(zhuǎn)爐等；按熱解產(chǎn)物的聚集狀態(tài)可分成氣化方式、液化方式和炭化方式；按熱分解與燃燒反應(yīng)是否在同一設(shè)備中進(jìn)行，熱分解過程可分成單塔式和雙塔式；還可按熱解過程是否生成爐渣分為造渣型和非造渣型。如果采用空氣作氧化劑，熱解氣體中不僅有 CO H2O，而且含有大量的 N2，更稀釋了可燃?xì)?，使熱解氣的熱值大大降低? (2)間接加熱法 將被熱解的物料下直接供熱介 質(zhì)在熱解反應(yīng)器 （ 或熱解爐 ） 中分離開來的一種方法。 間接加熱法的主 要優(yōu)點(diǎn)在于其產(chǎn)品的品位較高，如前所述的用同樣美國的城市有機(jī)混合垃圾作物料，其產(chǎn)氣熱值可達(dá) 18630kJ/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 )，相當(dāng)于用空氣作氧化劑的直接加熱法產(chǎn)氣熱值的 3 倍多。間接加熱一般而言，其 7 物料被加熱的性能較直接加熱差，從而增長了物料在反應(yīng)器的停留時(shí)問，即間接加熱法的生產(chǎn)率是低于直接加熱法的，間接加熱法不可能采用高溫?zé)峤夥绞?，這可減輕對(duì) N0x產(chǎn)生的顧慮。這樣可大大減少固態(tài)殘余物的處理困難，而且這種?；牟ＡB(tài)渣可作建筑材料的骨料。農(nóng)業(yè)、林業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工后的廢物用來生產(chǎn)低硫低灰的炭就可采用這種方法，生產(chǎn)出的炭視其原料和加工的深度不同，可作不同等級(jí)的活性炭和水煤氣原料。實(shí)驗(yàn)用的是合成廢物，以便每次實(shí)驗(yàn)輸入物科條件基本不變。 表 熱解產(chǎn)物特性 項(xiàng)目 熱解氣體容積 /% 焦炭成分的重量 /% H2 CO CO2 CH4 CnHm H2S P C H N S 100 ppm (GR+C) 800℃ Bln 3 3 2 1470 900℃ Bln 7 1300 14 1000℃ Bln 9 2 1200 13 900℃ SA4% 9 4 4 2 1 60 0 900℃ SA30% 9 280 2 900℃ SA50% 54 21 18 250 86 13 1 碳?xì)浠衔?C2H C2H C3H C4H10以及 C4H6等合并在一起記為 CnHm。對(duì)應(yīng)于從 800℃升到 900℃、 1000℃，氣體產(chǎn)量分別增加了 30％和 80％。由于 H2和 CO 燃燒時(shí)的熱值（ kJ/m3，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）實(shí)際相差無幾，所以盡管熱解溫度發(fā)生了 200℃的變化，其熱解氣的熱值變化并不明顯。此時(shí) H2和 CO2的比例也將升高。所列差值 100(GR+C)％在完全熱解時(shí)，它將為零。 (2)濕度 熱解過程中濕度的影響是多方面的。如制革污泥 Wy 高達(dá) 95%，而廢輪胎幾乎不含水分。因此，在熱解系統(tǒng)中要求將水 分凝結(jié)下來，以提高熱解氣的可用性。 在熱解進(jìn)行的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)過程中，水分對(duì)產(chǎn)氣量和成分都有明顯影響。 其次，水分對(duì)熱解的影響還與熱解的方式甚至具體的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)相關(guān)。如果導(dǎo)出氣與物料流動(dòng)方向相同，即含水分的導(dǎo)出氣將經(jīng)過高溫區(qū)，此時(shí)產(chǎn)氣的成分組成與逆向流動(dòng)產(chǎn)氣的組成也是不同的。 (3)反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)時(shí)間是指反應(yīng)物料完成反應(yīng)在爐內(nèi)停留的時(shí)間，與物料尺寸、物料分子結(jié)構(gòu)特性、反應(yīng)器內(nèi)的溫度水平、熱解方式等因素有關(guān)，并且影響熱解產(chǎn)物的成分和總量。熱解方式對(duì)反應(yīng)時(shí)間的影響就更加明顯，直接熱解與間接熱解相比熱解時(shí)間要短得多。如果采用中間介質(zhì)的間接熱解方式，熱解反應(yīng)時(shí)間直接與處理的量有關(guān)，處理的量大小與反應(yīng)器的熱平衡直接相關(guān)，與設(shè)備的尺寸相關(guān)。若其他反應(yīng)條件都處相同狀態(tài)，只考慮反應(yīng)時(shí)間因素的話，則反應(yīng)時(shí)間愈長，熱解的氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物愈多；時(shí)間短，小分子的氣態(tài)產(chǎn)物占熱解氣體積百分比較大。 (1)有機(jī)固體廢棄物的干燥 有機(jī)固體廢棄物在進(jìn)入氣化爐后，在熱量的作用下，首先被加熱析出吸著在有機(jī)固體廢棄物表面的水分，在 100～ 150℃主要為干燥階段，大部分水分在低于 105℃條件下釋出，這階段的過程進(jìn)行 比較緩慢，因需要供給大量的熱，而且在表面水分完全脫除之前，被加熱的有機(jī)固體廢棄物溫度是不上升的。但總的結(jié)果是大分子的碳水化合物的鏈被打碎，析出有機(jī) 固體廢棄物中的揮發(fā)分，留下木炭構(gòu)成進(jìn)一步反應(yīng)的床層。熱分解速率隨著溫度的升高和加熱速率的加快而加快，只要有足夠的溫度 與加熱速率，熱分解會(huì)以相當(dāng)快的速率進(jìn)行。主要發(fā)生如下反應(yīng) [6]。 CO2在氣化爐內(nèi)與燃料接觸的時(shí)間也影響 CO2還原反應(yīng)的徹底程度，由使 用焦炭做燃料試驗(yàn)得出，在溫度為 1300℃時(shí)，徹底還原所需的時(shí)間約 5～ 6s，當(dāng)溫度降低后，則需要的時(shí)間就增長了。但生成 CO 與 CO2的反應(yīng)平衡常數(shù) K 是不同的，見表 。由表 又可看出，隨著溫度的增加 ， KCO 的上升速度快，而 KCO2的上升速度慢。 而燃料的種類也與水蒸氣還原的程度有密切關(guān)系，在常見的固體燃料中，生物質(zhì)炭的活性最高，木炭在 800℃時(shí)水蒸氣就已充分分解，而此溫度下煙煤焦炭與水蒸氣幾乎未發(fā)生反應(yīng)。 C+2H2=CH4；△ H=－ kJ/mol () CO+3H2=CH4+H2O(g)；△ H=－ kJ/mol () CO2+4H2=CH4+2H2O(g)；△ H=－ kJ/mol () 以上生成甲烷的反應(yīng)都是體積縮小的放熱反應(yīng)。 表 C+H2 反應(yīng)混合物的組成和平衡常數(shù) 溫度 /℃ CH4/% H2/% K 300 400 500 550 600 650 700 800 100 1100 1150 由表 可知，甲烷的平衡含量隨著溫度升高而減少。常壓氣化時(shí)，對(duì)此反應(yīng)的適宜反應(yīng)溫度一般認(rèn)為最好在 800℃。 105 179。 103 500 179。 1024 179。 102 1500 179。但是，溫度的升高畢竟對(duì)正反應(yīng)不利，故應(yīng)控制甲烷化的反應(yīng)溫度。 當(dāng)溫度高于 850℃時(shí)，此反應(yīng)的正反應(yīng)速度高于逆反應(yīng)速度，故有利于生成氫氣。因此，在確定合理的操作參數(shù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各反應(yīng)的影響。通常采用經(jīng)氣化殘留的碳與氣化劑中的氧進(jìn)行部分燃 17 燒，并放 出熱量，也正是這部分反應(yīng)熱為還原區(qū)的還原反應(yīng)、物料的熱分解和干燥提供了必要的熱量。上述燃料區(qū) (層 )的劃分只是指明氣化過程的幾個(gè)大的區(qū)段。這個(gè)設(shè)備將提供反應(yīng)熱量的燃燒室和發(fā)生反應(yīng)的流化床兩個(gè)部分合為一整體 [7]。有機(jī)固體廢棄物具有松散、低密度、低熱值、高揮發(fā)分等特點(diǎn)，帶來了收集、貯存和利用的困難。設(shè)計(jì)有機(jī)固體廢物處理量為 2021 kg/h。熱解技術(shù)在處理有機(jī)固體廢棄物方面的應(yīng)用和發(fā)展歷史較短，但與直接焚燒法相比，具有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①在熱解過程中有機(jī)廢棄物能轉(zhuǎn)化成可利用能量形式 [8]，其經(jīng)濟(jì)性更好；熱解產(chǎn) 生的燃?xì)庖暺錈嶂档母叩涂芍苯尤紵蚝推渌邿嶂等剂匣旌先紵磻?yīng)過程產(chǎn)生焦油視其性質(zhì)可制成燃料或提取化工原料。除去后將有機(jī)固體廢棄物制成為 RDF3～RDF5 的顆粒（小于 50mm 的棒狀或粒狀等可燃物），低位熱值可達(dá) 6000kJ/kg 以上，完全能保證流化床處于良好的工況。沖擊式破碎機(jī)一般由帶擊錘的轉(zhuǎn)軸將物品破碎，一般適合于砂石、煤塊、金屬等脆硬性物質(zhì)，在處理垃圾中，可以用于破碎家具、鋼筋混凝土以及大型金屬和廢塑料 制品等；壓縮式破碎機(jī)憑借兩條緊密結(jié)合的履帶將廢棄物壓縮并破碎，適用于玻璃、水泥和硬塑料等脆性材料；摩擦式破碎機(jī)靠在兩個(gè)硬的表面間互相摩擦并經(jīng)輪摩加以磨碎后將垃圾破碎，也可與沖擊錘結(jié)合使用，雖然可將垃圾破碎為較小的尺寸，但摩擦作用比較耗費(fèi)動(dòng)力。該設(shè)備的四軸動(dòng)刀把料斗內(nèi)的有機(jī)固體廢棄物破碎，直到有機(jī)固體廢棄物規(guī)格能完全通過刀軸下的篩網(wǎng)為止，因此無需額外的或外部設(shè)備即可完成把有機(jī)固體廢棄物破碎成大小一致的顆粒。常見的供料器有容積式供料器、旋轉(zhuǎn)葉片供料器、螺旋式供料器、文丘里式供料器，以及它們的組合，本設(shè)計(jì)采用螺旋式進(jìn)料器。同時(shí)容積式供料器多屬于間歇輸送，存在的主要問題是密相輸送所具有的低速、磨損小、尾氣過濾少等優(yōu)點(diǎn)在一次輸送循環(huán)即將完畢時(shí)不再存在，可能出現(xiàn)比稀相輸送更高的速度，以至產(chǎn)生更大的管道磨損和料粒破碎，而且料氣比降低。反向氣流會(huì)阻止料斗內(nèi)物料的 下落，使供料速度不均勻。當(dāng)進(jìn)出口壓差為 時(shí)，空氣泄漏量可達(dá) 1m3/min。 (4)文丘里供料器 原理是利用由收縮段或噴嘴噴出的高速空氣在喉管部位造成等于或略低于大氣壓的壓力，使粉、料加速在擴(kuò)散管 內(nèi)轉(zhuǎn)換為輸送所需的壓力，對(duì)物料進(jìn)行壓力氣力輸送。這種組合式的供料裝置在許多氣力輸送系統(tǒng)中使用。手選帶更要注意臭氣問題，可考慮采用類似于家庭用抽油煙機(jī)的原理設(shè)計(jì)去除臭氣系統(tǒng)。 取有機(jī)固體廢棄物密度 312 00 /p kg m? ?，顆粒平均直徑 ? ， 計(jì)算冷態(tài)臨界流化速度 mf? [10]： 0. 58 4 0. 58 40. 52 8 0. 52 80. 05 6 0. 05 6 60 .0 0 0 3 1 2 0 0 1 .2 0 50 .2 9 4 ( ) 0 .2 9 4 ( )1 5 .0 6 1 .2 0 50 .1 8 /p p gmfggduvms??? ?? ?? ? ? ?? () 終端速度 先假定屬過渡區(qū)，球形度參數(shù)φ p 取 ，修正系數(shù) 2 5. 31 4. 88 2. 67pk ?? ? ? 計(jì)算終端速度： 2() ( 1 2 0 0 1 . 2 0 5 ) 0 . 0 0 0 3 9 . 81 . 7 4 1 . 7 4 1 . 8 /1 . 2 0 5 2 . 6 7p g pt gdgu m sk?? ?? ? ? ?? ? ? ?? () 雷諾數(shù)61 .2 0 5 1 .8 0 .0 0 0 3R e 4 3 .71 5 .0 6 1 0g t pgudv????? ? ??，與假設(shè)一致。 (2)它必須使流態(tài)化床有一個(gè)良好的起始流態(tài)化狀態(tài)，保證在分布器附近創(chuàng)造一個(gè)良好的氣固接觸條件，使所有粒子都動(dòng)起來，從而排除形成“死床”的可能。如果分布板設(shè)計(jì)不合理，氣體分布不均勻，造成溝流和死區(qū)，會(huì)使床層不能正常流態(tài)化。 分布板開孔設(shè)計(jì)： 根據(jù)公式 27 2()dN D?? () 式中 ? — 開孔率， ?? ； N — 開孔個(gè)數(shù)； d — 小孔直徑，取 ? ； D —床徑 開孔個(gè)數(shù)： 220 .0 1 1 .1 4 8120 .0 0 2DN d? ?? ? ? 圖 氣體分布板示意圖 床型的選擇 流化床有多種類型，圓柱形或錐形床，錐形床具有許多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于粒度分布很廣的顆粒，圓錐型或錐形床的高線速可以保證粗顆粒的流態(tài)化，同時(shí)頂部的低線速則可以抑止顆粒的揚(yáng)析，減少粉塵率。進(jìn)氣管為一敞口式進(jìn)氣管