1、9城市垃圾的資源化,9.1垃圾的組成和性質 9.2城市垃圾的分選 9.3 城市垃圾的焚燒 9.4 城市垃圾的生物處理 9.5 城市垃圾的資源化新技術,9.1城市垃圾的組成和性質,表9-2 發(fā)達國家城市垃圾的平均組成（質量分數(shù)），%,表9-3 我國部分城市生活垃圾的組成,%,表9-4 北京市生活垃圾的組成,%,城市垃圾的性質主要包括物理、化學、生物化學及感官性能。 其中，感官性能是指廢物的顏色、臭味、新鮮或腐敗的程度等，往往可通過感官直接判斷。垃圾的其他性質則需通過某種測定才能認知。 一、物理性質 一般用垃圾組成、含水率和容重三個物理量來表示。,表9-5 城市垃圾含水率,表9-6 城市垃圾的容重

2、,二、化學性質 城市垃圾的化學性質對選擇垃圾資源化利用工藝十分重要。表示垃圾化學性質特征的參數(shù)主要有揮發(fā)分、灰分、灰分熔點、元素組成、固定碳及發(fā)熱值等。,（1）揮發(fā)分 又稱揮發(fā)性固體含量，用Vs（%）表示，它是近似反映垃圾中有機物含量多少的參數(shù)，一般以垃圾在600溫度下的灼燒減量來衡量。用普通天平稱取一定量的烘干試樣W1，裝入重W2的坩堝內。將坩堝置于馬弗爐內，600灼燒2小時后取出。置干燥器中冷卻到室溫并稱量得到W3，則揮發(fā)分可按下式計算：,（2）灰分及灰分熔點 灰分是指垃圾中不能燃燒也不揮發(fā)的物質，它是反映垃圾中無機物含量多少的參數(shù)，常用符號A表示。測定方法同揮發(fā)分，其數(shù)值即是灼燒殘留量（

3、%），計算式為：,灰分熔點高低受灰分的化學組成影響。垃圾組成不同，灰分含量及灰分熔點也不同，主要取決于垃圾中Si、A1等元素含量的多少。,表9-7 城市垃圾單一組分的化學元素分析（干基）,表9-8 城市垃圾單一物理組分熱值與惰性物,三、生物特性 （1）垃圾本身所具有的生物性質 城市垃圾本身含有機生物體，其中有不少生物性污染物。城市垃圾中腐化的有機物也含有各種有害的病原微生物，還含有植物蟲害、草籽、昆蟲和昆蟲卵，造成生物污染。 （2）垃圾的可生化性 城市垃圾組成中含大量有機物，它能提供給生物體碳源和能源，是進行生物處理的物質基礎。生活于動植物界的有機物大致分為碳水化合物、脂肪、蛋白質。各類物質的

4、生化分解速度及分解產(chǎn)物有所不同。就分解速度而言，碳水化合物最快，其次是脂肪，蛋白質的分解速度最慢。城市垃圾中碳水化合物含量較多，且主要是纖維素，因其含大量的紙、布、素菜等。碳水化合物中，單糖、二醣類最容易被生物降解。多醣類中，淀粉極易分解。木質素則更難分解。一般，城市垃圾中淀粉含量較低， 通常為26%，在堆肥化過程中分解速度快、降解徹底。與此相反的是纖維素，它以相當慢的速度被微生物降解。,9.2城市垃圾的收運系統(tǒng)：收集、運輸和轉運系統(tǒng),一、城市垃圾的收集,分類收集：指按垃圾組分收集。先根據(jù)本地區(qū)的垃圾組成情況，將垃圾劃分成幾個分類組，一般以可回收廢品、大型垃圾，易腐有機垃圾和一般無機垃圾為主要

5、分類組，其中可回收廢品組還可根據(jù)需要分成玻璃、磁性或非磁性金屬、塑料等成份以提高資源利用的價值。,收集方式分類：可按收集內容和收集特點進行,按收集內容,混合收集：指收集未經(jīng)任何處理的原生垃圾，它應用廣泛、歷史悠久，且簡單易行、收集費用低，但混合收集造成各種廢物相互混雜、粘結，降低了廢物中有用物質的純度和再利用價值，同時增加了處理的難度，提高了處理費用,分類收集,按收集特點,定點收集：指收集容器放置于固定的地點，一天中的全部或大部分時間為居民服務,定時收集：不設置固定的垃圾收集點，直接使用垃圾清運車收集居民區(qū)垃圾。,特殊收集：一些為特殊區(qū)域服務的收集方式，如大樓型居住區(qū)的垃圾樓道式收集方式和氣動

6、垃圾收集輸送方式。,二、城市垃圾的運輸,垃圾從收集點到轉運站（某些情況下直接到處理點）的輸送過程。它是城市垃圾收運管理系統(tǒng)中最復雜、耗資最大的階段。目前實用的城市垃圾運輸方式有車輛運輸和管道輸送兩種。,圖9-3 后裝式垃圾車結構示意圖,后裝式垃圾運輸車,前裝式垃圾運輸車,頂開式垃圾轉運槽車,側裝式垃圾運輸車,集裝箱式垃圾車,圖9-4 幾種典型的垃圾運輸車輛,三、城市垃圾的轉運：由轉運站和轉運工具共同組成,圖9-7 幾種型式的垃圾轉運站,9.3城市垃圾的分選,一、國內兩套不同的垃圾分選處理系統(tǒng),圖9-10 南方垃圾分選處理系統(tǒng),圖9-11 北方垃圾分選處理系統(tǒng),圖9-12 國外城市垃圾分選回收的

7、三種典型系統(tǒng),圖9-15 家庭垃圾分選回收流程,9.4垃圾焚燒的典型過程,一、垃圾稱重：地衡,地衡組成,車輛承載臺：一般最大稱重為1520t，近年來垃圾收集車呈大型化趨勢，出現(xiàn)了稱重大于30t的地衡。,指示重量的稱重裝置,連接信號輸送轉換裝置,稱重結果打印裝置,地衡旁的控制房中,地衡數(shù)量 500t/d以下設2套；500t/d以上每增加300500t/d需要增加1套。 尺寸 根據(jù)進廠垃圾車尺寸來確定，必須考慮可能的最大進廠車輛。寬度2.63m，長度815m。,二、垃圾卸料平臺：接受各種形式的垃圾車,平臺的型式宜采用室內型，以防止臭氣外溢及降雨流入。 傾卸平臺的尺寸應依垃圾車輛的大小及其行駛路線而

8、定，一般以進入廠區(qū)的最大垃圾車輛作為設計的依據(jù)。單向、雙向行駛。 污水積存的防止：平臺應具有20%左右的坡度，以便通過集水溝將污水收集后送至污水處理廠處理。 一般而言，傾卸平臺為混凝土的構造物，必要時亦可考慮設置防滑板以防止人員滑倒及行車安全。為防止臭氣、降雨及噪音對周圍環(huán)境的影響，平臺應具有頂棚或屋頂，其出入口亦應設置氣幕及鐵門，以阻止臭氣的擴散。傾卸平臺的屋頂及側墻亦應保留適當?shù)拈_口以利采光，并保持明亮清潔的氣氛。 附屬空間：包括投入門驅動裝置室、投入門操作室、粗大垃圾傾卸平臺、粗大垃圾破碎機室、垃圾抓斗維修室、除臭裝置室等。,三、卸料門：傾卸垃圾,（1）卸料門的形式,按門的位置,垂直式：

9、卸料門置于卸料平臺與垃圾貯坑之間的墻壁上,水平式：卸料門置于卸料平臺地面上,常見的垂直式卸料門,兩折鉸鏈式：關閉時卸料門呈傾斜狀態(tài),兩邊開啟式：類似于公共汽車的門,卷簾式：類似于小店的卷簾門或家庭的車庫門,滑門式：關閉狀態(tài)類似于卷簾式，開啟時不需卷起,常見的水平式卸料門,圓筒式,旋轉門式,平面滑門式,（2）卸料門的數(shù)量 垃圾焚燒廠的處理規(guī)模越大，所需要的卸料門數(shù)量就越多。,卸車車位前必須考慮指揮車輛的控制燈、必須設置防止車輛跌落的止車坎。卸料門的開啟和關閉，必須能在現(xiàn)場操作控制。除此之外，還可以考慮設置一個專門的控制室。,10-3 投入門的設置座數(shù),四、垃圾貯坑 ：暫時貯存運入焚燒廠的垃圾,進

10、廠垃圾在貯坑內停留一定的時間，通過自然壓縮及部分發(fā)酵等作用，可以降低垃圾的含水量、提高進爐垃圾的熱值，改善垃圾的焚燒效果。,垃圾貯坑的作用,對進廠垃圾數(shù)量進行調節(jié),對進廠垃圾性質進行調節(jié)：由垃圾抓斗起重機對垃圾進行攪拌與混合作用,（1）垃圾貯坑的容量 確定貯坑容量時，以垃圾單位容積重0.3t/m3及容納35d的最大日處理量為計算依據(jù)。貯坑一般為長方槽狀坑。,貯坑內垃圾卸料門水平線以下（一般為卸料平臺延長線以下）的有效容積。 為（處理量（35）/0.3,卸料門數(shù)量（58）,取抓斗張開直徑的23倍,深度的確定一般應先確定有效容積，再反算深度H。但要注意當?shù)氐叵滤?，深度不宜過深。,（2）垃圾貯坑的

11、結構 垃圾貯坑一般采用地下或半地下形式。 垃圾貯坑采用鋼筋水泥加強結構，并且是防水的，可避免將滲瀝水泄漏到地下水中去，也避免高水位的地下水影響垃圾貯坑。 設有垃圾貯坑的通風系統(tǒng)，該通風系統(tǒng)吸取貯坑中的氣體，將其作為一次助燃空氣送入爐膛內。使得正常運行中的垃圾貯坑保持一定的負壓狀態(tài)，控制貯坑內的臭氣和灰塵向外泄漏，創(chuàng)造一個合適的工作人員操作環(huán)境。 垃圾貯坑底部必須設計成向一側具有一定的坡度，以保證垃圾滲瀝水的順利排出。較低的一側必須設置可靠的滲瀝水收集和排放系統(tǒng)。垃圾貯坑的上部需要安裝垃圾吊車和抓斗。 貯坑的底部通常使用具水密性的鋼筋混凝土構造，并最好在貯坑內壁增大混凝土厚度及鋼筋被覆厚度，以防

12、止垃圾滲濾液的滲透及吊車抓斗沖撞所造成的損害。 大型焚燒設施中常在貯坑內附設可燃性粗大垃圾破碎機，將形狀不適合焚燒的大型垃圾破碎后再與其他垃圾混合送人爐內燃燒。,垃圾貯坑、粗大垃圾投入及粉碎與垃圾漏斗的相對配置，一般分為L形與T形兩大類共五種形式，如圖10-17所示。,a型配置方式,b型配置方式,c型配置方式,d型配置方式,e型配置方式,(a)蚌殼式抓斗,(b)剝皮式抓斗,垃圾吊車安裝在垃圾貯坑上部的軌道上，由垃圾抓斗、卷起裝置、行走裝置、配電裝置、稱重裝置以及相應的控制設備組成。 垃圾抓斗通過橫向、縱向移動可以順利地達到垃圾貯坑的任意角落。一般配備2臺吊車，1臺運行，1臺備用。 常用的垃圾抓

13、斗有兩種結構型式：蚌殼式和剝皮式.,七、進料漏斗與滑道,垃圾進料漏斗暫時貯存垃圾吊車投入的垃圾，并將其連續(xù)送入爐內燃燒。喇叭狀漏斗、與滑道相連，并附有單向開關蓋，在停機及漏斗未盛滿垃圾時可遮斷外部侵入的空氣，避免爐內火焰的竄出。為防止阻塞現(xiàn)象，還可附設消除阻塞裝置。,單邊喇叭型漏斗垂直滑道,雙邊喇叭型漏斗垂直滑道,單邊喇叭型漏斗傾斜滑道,雙邊喇叭型漏斗傾斜滑道,進料阻塞：障礙物卡住滑道或因吊車操作錯誤使投入位置偏離，在滑道入口處形成局部壓實現(xiàn)象所造成的。,阻塞消除裝置,內推式：把阻塞的垃圾推進爐內,外移式：把阻塞的垃圾頂出進料口，用抓斗送往破碎機破碎后再投人。,八、推料器,推料器的主要功能,連

14、續(xù)將垃圾供給到焚燒爐內,根據(jù)垃圾性質及爐內燃燒狀況的變化，適當調整進料速度,在供料時松動漏斗內被自重壓縮的垃圾。,爐排式：將干燥爐床的上部延伸到進料漏斗下方，使進料裝置與爐床成為一體，依靠干燥爐床的運動將漏斗通道內的垃圾送入焚燒爐，但無法調整進料量。,推料器的種類,推送式：通過水平推料器的往返運動，將漏斗滑道內的垃圾供至爐內?？赏ㄟ^改變推料器的沖程、運動速度及時間間隔來調節(jié)垃圾供給量。,螺旋推料器：可維持較高的氣密性，并兼有破袋與破碎的功能，通常以螺旋轉數(shù)來控制垃圾供給量。,旋轉閥推料器：氣密性高，排出能力較大，供給量則可以變換進料輸送帶的速度來控制，而旋轉數(shù)也能與進料輸送帶作同步變速，一般設

15、置在進料輸送帶的尾端。但只能輸送破碎過的垃圾，并需在旋轉閥推料器后裝設播撒器使垃圾均勻分散進入爐內。,（a）推送式,（b）爐排式,（c）螺旋推料器,（d）旋轉閥推料器,九、垃圾焚燒,一次燃燒是燃燒的開始，但二次燃燒是完成整個燃燒過程的重要階段。垃圾燃燒以分解燃燒為主，僅靠送入一次助燃空氣是難以完成燃燒反應的。一次助燃空氣只使揮發(fā)性成分中易燃部分燃燒并使高分子成分分解。在一次燃燒中，變成CO2的成分有時也會還原，燃燒反應很復雜，受溫度的影響很大。垃圾焚燒爐的燃燒溫度在8001000附近燃燒反應最快。 二次燃燒物是在一次燃燒過程中產(chǎn)生的可燃性氣體和顆粒態(tài)碳素等。二次燃燒是氣態(tài)的燃燒，所以合適的燃燒

16、室容積，燃燒氣體和二次助燃空氣的良好的混合等至關重要。二次燃燒是否完全，可以根據(jù)CO濃度來判斷。從抑制二惡英產(chǎn)生的角度來看，二次燃燒很重要。,十、助燃空氣,圖10-24 助燃空氣送風方式,十一、灰渣輸送和冷卻:(約400）,圖6.23 爐渣輸送系統(tǒng),圖10-25 傾斜提升機構,圖10-26 水平提升機構,圖10-27 推渣機構,十二、能量回收,垃圾焚燒爐的能量回收：通過在燃燒室的側壁或頂部的位置配置水管 和在爐膛后部的裝設廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽或再以蒸汽發(fā)電來回收垃圾中的能量。,各種水管墻示意圖,垃圾焚燒處理工程應用,圖6.18 深圳垃圾焚燒廠主要工藝流程,規(guī)模300t/d。該廠于1985年11月破

17、土動工，1988年6月試車成功，同年11月正式投產(chǎn)，總投資4729萬元。,漢城木洞焚燒廠始建于1992年11月，1996年2月正式投入使用。該廠設計容量為400t/d，總投資折合人民幣3.2億元。,圖6.19 漢城木洞焚燒廠主要工藝流程,座落在新加坡西海岸線工業(yè)區(qū)內的Tuas，是新加坡第二座大型垃圾焚燒廠。它由日本三菱重工承包建設，德國人設計。焚燒廠從1986年10月正式投入運行，設計能力為2000t/d（400t/d5臺），耗資折合人民幣將近12億。,圖6.21 新加坡Tuas垃圾焚燒廠主要工藝流程,圖6.22 美國佛羅里達州棕櫚灘的焚燒廠工藝流程,9.5城市垃圾的生物處理一、好氧處理,好氧

18、堆肥化過程實際上是有機廢物的微生物發(fā)酵過程，只進行到腐熟階段，并不需有機物的徹底氧化。 一般認為堆料中易降解有機物基本上被降解即達到腐熟。,若堆肥過程產(chǎn)生熱量 堆肥向環(huán)境的散熱，堆肥物料的溫度，短期內就可達到6070甚至80，然后逐漸降溫而達到腐熟。 在堆肥過程中，堆內的有機物、無機物發(fā)生著復雜的分解與合成的變化，微生物組成也發(fā)生著相應的變化。,表5.2 兩類微生物生活、繁殖的溫度范圍,工廠化機械堆肥：先進的、很有前途的快速堆肥方法。 目前堆肥生產(chǎn)主要采用這種工藝。盡管這種堆肥系統(tǒng)形式多種多樣，但基本工序通常都由預處理、主發(fā)酵（一次發(fā)酵）、后發(fā)酵（二次發(fā)酵）、后處理及貯藏五個工序組成，如圖5.

19、3所示。,好氧堆肥工藝,野外人工堆肥：在傳統(tǒng)的農家堆肥的基礎上發(fā)展起來的，操作簡單，費用低廉，許多國家都有應用。 按堆肥配料比將垃圾、污水處理廠污泥或糞便等進行調配，選擇野外空地，堆成平行條堆。每堆寬1.22m，長1.83m。用人工定期翻動，一般每周12次，直到發(fā)酵完畢，該方法對通氣、水分、溫度等條件不易控制。這種好氣堆肥工藝適用于分散的農家堆肥。,圖5.3 工廠化機械堆肥工藝流程,預處理：包括破碎、分選等，主要是除去堆肥原料中大塊和非堆肥化物質。但不同的堆肥原料，預處理過程有所不同。如家畜糞便、污泥、城市生活垃圾。 一般，粒徑，有機物分解速度，但物料間的空隙率 ，通氣效果。 適宜的粒徑范圍是

20、1260mm。如果堆肥物質結構堅固，不易擠壓，粒徑應小些，否則粒徑應大些。此外，決定垃圾粒徑大小時，還應考慮它的經(jīng)濟性，因為粒度，動力消耗，處理垃圾的費用。,主發(fā)酵（一次發(fā)酵） 通常將堆肥開始到堆肥溫度升高到開始降低為止的階段，稱為主發(fā)酵階段。主發(fā)酵階段是堆肥生物化學反應的基本階段，在發(fā)酵池內進行。,主發(fā)酵期應滿足下述各工藝條件： 碳氮比(C/N): 有機物被微生物分解速度隨C/N比而變。微生物自身的C/N比約430，用作其營養(yǎng)的有機物C/N比最好也在此數(shù)值范圍內，特別當C/N比在10左右時，有機物被微生物分解速度最大。 含水率 :5060%重量時，微生物分解速度最快。 供氧量 實際供氧量通常

21、為理論量的210倍。但過量供氧易使溫度下降，不利于發(fā)酵的正常進行。,后發(fā)酵 經(jīng)過主發(fā)酵的半成品被送去后發(fā)酵。在主發(fā)酵工序尚未分解的易分解及較難分解的有機物可能全部分解變成腐植酸、氨基酸等比較穩(wěn)定的有機物，得到完全成熟的堆肥成品。一般，把物料堆積到12米高度進行后發(fā)酵，此時，需要防止雨水的裝設，有些場合還需進行翻堆和通風。有時即使不進行通風，也需要每周左右進行一次翻堆。 后處理 經(jīng)過二次發(fā)酵后的物料中，幾乎所有的有機物都變細碎和變了形，數(shù)量也減少了。然而，在城市固體廢物發(fā)酵堆肥時，在前處理工序中還沒有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金屬、小石塊等雜物依然存在，因此，還要經(jīng)過一道分選工序以去除雜物，可

22、以用回轉式振動篩、振動式回轉篩、磁選機、風選機、慣性分離機、硬度差分離機等預處理設備分離去除上述雜質，并根據(jù)需要（如生產(chǎn)精制堆肥）進行再破碎。,圖5.14 上海市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng)工藝流程,武漢市城市垃圾堆肥發(fā)酵系統(tǒng),圖5.19 杭州市垃圾堆肥廠工藝流程圖,圖5.21 長野縣堆肥化系統(tǒng)流程圖,圖9-40 德克薩斯州休斯敦日處理360噸垃圾堆肥廠流程,二、厭氧發(fā)酵技術 一般最常發(fā)生厭氧發(fā)酵過程的地方有：沼澤淤泥、海底、湖底和江灣的沉積物、污泥和糞坑、污泥及有機固體廢棄物的厭氧發(fā)酵構筑物。,圖5.4 厭氧發(fā)酵的三個階段,甲烷發(fā)酵：一種完全的或徹底的有機物厭氧降解過程，最終發(fā)酵產(chǎn)物主要是氣態(tài)的CH

23、4和CO2。,根據(jù)有機物在厭氧發(fā)酵過程中要求達到的分解程度的不同,酸發(fā)酵：一種不完全的或不徹底的有機物厭氧發(fā)酵過程，最終發(fā)酵產(chǎn)物主要是水溶性的有機酸和少量的醇和酮等,（1）甲烷發(fā)酵：理論產(chǎn)氣量和原料碳氮比計算 理論產(chǎn)甲烷量E = 0.37 A + 0.49 B + 1.04 C L/g發(fā)酵原料 理論產(chǎn)CO2量D = 0.37 A + 0.49 B + 0.364 C L/g發(fā)酵原料,每克發(fā)酵原料中碳水化合物的重量，g,每克發(fā)酵原料中蛋白質的重量，g,每克發(fā)酵原料中脂類化合物的重量，g,厭氧發(fā)酵原料適宜的碳氮比為20：1到30：1,不同碳氮比原料需配料，使C：N為20：1到30：1,原料中氮的含量，%,原料的重量，kg,原料中碳的含量，%,例：人糞和豬糞各100kg，配合成碳蛋比為25：1的混合發(fā)酵原料，需稻草多少kg？,甲烷發(fā)酵工藝:工藝類型較多，按發(fā)酵溫度、發(fā)酵方式、發(fā)酵級差的不同劃分成幾種類型。使用較多的是按發(fā)酵溫度劃分厭氧發(fā)酵工藝類型。,根據(jù)發(fā)酵溫度,高溫發(fā)酵工藝:最佳溫度4755，此時有機物分解旺盛，發(fā)酵快，物料在厭氧池內停留時間短，非常適于城市垃圾、糞便和有機污泥的處理。,自然溫度發(fā)酵:自然界溫度影響下發(fā)酵溫度發(fā)生變化的厭氧發(fā)酵。目前我國農村都采用這種發(fā)酵類型,高溫發(fā)酵工