日本城市生活垃圾焚燒處理技術(shù)介紹
日本最早的垃圾發(fā)電站1965年建于大阪市，目前日本有垃圾焚燒爐3000座，垃圾發(fā)電站131座，總裝機容量650MW。到2000年日本的垃圾發(fā)電量達到了2000MW，垃圾處理能力1000噸／日以上(最大為1800噸／日)的垃圾發(fā)電站8座，1995年日本建成一座最大的垃圾電站，發(fā)電容量24MW。日本早期電站為防止?fàn)t管腐蝕，采用低參數(shù)，發(fā)電效率較低，僅為10％－15％，現(xiàn)在謀求提高到30％。據(jù)悉，目前日本投人使用的最大垃圾焚燒廠是名古屋市新南陽垃圾處理廠，裝機容量1500噸／日，發(fā)電設(shè)備裝機容量27000KW，平均每噸垃圾產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為432度的電能。又如東京新建的垃圾焚燒廠，垃圾全由4條分別為16公里的地下通道輸送，日焚燒垃圾400噸，投資5億多元。自上世紀(jì)60年代以來，東京已陸續(xù)建成14座垃圾焚燒廠，正在建設(shè)的有6座，日焚燒能力為600－800噸。此外，日本許多城市都開始了垃圾焚燒廠建設(shè)，例如：日本福岡市有200多萬人口，日產(chǎn)垃圾達3000多噸。該市規(guī)劃建設(shè)4個垃圾焚燒廠，除臨海垃圾焚燒廠待建外，已建成西部、東部和南部3個焚燒廠，日處理垃圾2210噸。每一個焚燒廠都配有資源化中心，將垃圾按可燃物、不可燃物和有價物(鐵、鋁)進行破碎分選處理，盡力減少垃圾填埋量，力求資源再生利用。西部焚燒廠的不可燃物和焚燒爐渣送到中田和今禁填埋場，東部和南部焚燒廠的不可燃物以及焚燒爐渣送到伏谷填埋場。焚燒廠也是發(fā)電廠，利用焚燒的余熱發(fā)電，所發(fā)電除維持焚燒廠自身用電外，還將剩余電力出售給電力公司，并人福岡市電網(wǎng)，取得一定的經(jīng)濟收人，F(xiàn)在福岡市三個垃圾焚燒廠所產(chǎn)生的電力總量為18000千瓦，是福岡市的一項寶貴財富。
.jpg) 日本東京MINATO垃圾焚燒發(fā)電廠 |
在日本垃圾焚燒技術(shù)一直在不斷發(fā)展，例如：日本正在研究開發(fā)一種新型的垃圾焚燒爐技術(shù)。這種新型焚燒爐稱為“龍卷爐”，它采用氣化燃燒方式，能有效地抑制二噁英等有毒物質(zhì)的排放量。垃圾在爐內(nèi)氣化后，在爐子的中央部分燃燒，仿佛是由火焰形成的龍卷風(fēng)；鹧娌唤佑|爐體內(nèi)側(cè)，不需要耐火材料。目前這種新型焚燒爐已經(jīng)制造出試驗爐。該爐每小時可焚燒垃圾200公斤。點火時只需要少量的柴油，以水作為助燃劑，燃燒溫度可達1200～1300℃。經(jīng)化驗分析，這種焚燒爐排煙量和灰燼中的二噁英、硫化物、氮化物、氯化氫等有害物質(zhì)的含量都低于政府新公布的廢棄物污染排放標(biāo)準(zhǔn)。這種爐型如能開發(fā)成功，將對垃圾焚燒二次污染排放的控制起到積極的作用。
日本鹿島建設(shè)技術(shù)研究所內(nèi)設(shè)置了一套“生垃圾發(fā)電系統(tǒng)”，這是一種非燃燒垃圾方式，完全不產(chǎn)生二噁英等有害物質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)于1999年7月獲得日本土木學(xué)會地球環(huán)境技術(shù)獎。該發(fā)電系統(tǒng)由燃料發(fā)電電池設(shè)備，貯藏生物氣體的貯氣罐，高溫甲烷發(fā)酵式有機廢物處理系統(tǒng)及生垃圾分選設(shè)備等組成。貯氣罐容積為50立方米，高溫甲烷發(fā)酵方式有機廢棄物處理系統(tǒng)每天在生垃圾分選機中投人200公斤生垃圾，將分選后的有機垃圾送人漿液罐中，加水稀釋，然后由生垃圾粉碎機將有機質(zhì)垃圾粉碎，并送人生物反應(yīng)器，每天可產(chǎn)生10立方米的生物氣體。所產(chǎn)生的生物氣體輸入氣體精制塔，再送人貯氣罐或燃料電池供發(fā)電。廢棄物處理系統(tǒng)在55℃的溫度下分解垃圾，生成生物氣體。與以往的中溫(37℃左右)甲烷分解處理系統(tǒng)相比，由于分解速度提高1倍以上，因此裝置可以謀求緊湊化和低成本化。鹿島公司于1995年開發(fā)并實現(xiàn)了商品化有機廢棄物處理系統(tǒng)，利用微生物使有機垃圾發(fā)酵分解為甲烷氣體、二氧化碳和水。最近，該公司與NEDO聯(lián)合開發(fā)了該生垃圾發(fā)電設(shè)備，并開始了試驗性運行。這次開發(fā)的設(shè)備將高溫甲烷發(fā)酵處理系統(tǒng)與該系統(tǒng)產(chǎn)生的甲烷氣為燃料的燃料電池設(shè)備系統(tǒng)一體化為綜合系統(tǒng)。在燃料電池中，由甲烷氣體中提取的氫氣與氧氣反應(yīng)而產(chǎn)生電力。燃料電池容量為50千瓦。利用該系統(tǒng)處理生垃圾時，1噸垃圾可獲得約580千瓦小時的電力(效率達40％)，相當(dāng)于一戶人家兩個月的用電量。從1999年4月到2000年3月，該研究所還驗證了由生物氣體產(chǎn)生的能用于燃料電池發(fā)電的成分，并研究了生物氣體濃度變動對燃料電池的影響。日本兩家設(shè)備公司準(zhǔn)備開發(fā)一種新型扶梯垃圾燃燒系統(tǒng)，可將燃燒效率提高2倍。此設(shè)備可將可燃垃圾粉碎、壓縮成2—3厘米的小球，在燃燒時可起到類似于煤一樣的作用。新系統(tǒng)則在燃燒前將固體垃圾燃料再次粉碎，利用燃燒裝置使之與碳粉混合后燃燒。傳統(tǒng)型的共同垃圾燃料在完全燃燒狀態(tài)下的燃燒效率約為10％ ，而新系統(tǒng)的燃燒效率可達30％。
垃圾焚燒污染環(huán)境是制約垃圾焚燒發(fā)展的重要條件，過去許多垃圾焚燒設(shè)施倒閉的主要原因也是沒有很好解決垃圾焚燒的二次污染防治問題，因此日本對于垃圾焚燒污染防治非常重視，也在這方面采取了許多有效措施。自1999年以來，日本全國已有4600座垃圾焚燒設(shè)施被禁止使用。據(jù)日本環(huán)境省調(diào)查，4600座垃圾焚燒設(shè)施約占全國垃圾焚燒設(shè)施的l7％。它們都是由于二噁英排放量大大超標(biāo)，但又無力進行改造而被停止使用的。這些垃圾焚燒設(shè)施大多為小型設(shè)施(1899座)。焚燒垃圾時氯化物等燃燒不充分釋放出二噁英。二噁英具有強烈的致癌性，被日本視為對環(huán)境最有危害的物質(zhì)之一。
日本政府1999年7月出臺了防治二噁英法令，加強了對垃圾焚燒爐二噁英排放量的限制。這項法令規(guī)定，在2003年之前把二噁英總排放量減少到1997年的1／10，焚燒爐排放的每立方米廢氣中二噁英含量不得超過80納克。日本還發(fā)明了利用超聲波分解二噁英和多氯聯(lián)苯(PCB)等有害有機氯化物的新技術(shù)。此項技術(shù)一旦被采用，將為污水凈化提供安全廉價的新方法。研究中發(fā)現(xiàn)，二噁英、多氯聯(lián)苯、氯氟烴等有機氯化物與水的親和性很差，當(dāng)利用超聲波在水中產(chǎn)生細小氣泡后，這些物質(zhì)就被吸附在氣泡上，氣泡破裂時，依靠產(chǎn)生的高溫高壓，這些有害物質(zhì)就被分解成無害的碳酸氣和氯化物離子。例如：濃度為l0ppm的多氯聯(lián)苯溶液加以200千赫的超聲波，經(jīng)30分鐘后，有95％的多氯聯(lián)苯被分解了，同時，對二噁英和氯氟烴的分解效果也基本相同。如果將分解率提高到99．99％的話，這種安全廉價的超聲波分解方法將有望走向?qū)嵱没。日本原子能研究所的科學(xué)家們利用電子束照射的方法分解、清除廢氣中的有害物質(zhì)二噁英，收到良好效果。該技術(shù)的原理是，采用電子束照射方式，使廢氣中的空氣和水生成活性氧等易反應(yīng)物質(zhì)，進而破壞二噁英的化學(xué)結(jié)構(gòu)。該研究所在垃圾焚燒廠進行實驗的結(jié)果表明：焚燒一般的生活垃圾，按每小時產(chǎn)生1000立方米廢氣計算，施加30萬伏的電壓生成的電子束(電流40毫安、帶寬45厘米)可分解和去除90％ 以上的二噁英。現(xiàn)有的過濾凈化法(袋過濾器法)雖然能夠把廢氣中的高濃度二噁英除去，但是無法將其分解，需要進行再處理。而新技術(shù)則能把廢氣中的高濃度二噁英分解掉，并且處理成本降低1/3。
日本在垃圾焚燒殘渣的利用方面也取得了進展，例如：日本東方公司開發(fā)出利用城市生活垃圾焚燒灰渣制造道路及廣場鋪裝塊的技術(shù)。過去垃圾在焚燒廠焚燒，灰渣主要用來填埋處理，因數(shù)量日益增加，給填埋場造成壓力。此外，道路的鋪裝塊每年的需求量極大；以窃诟邷叵氯芑Y(jié)晶，成為接近花崗巖強度的材料，用該材料制成每立方米可吸收240L水的鋪裝塊，既能吸收土中的水分，又能使雨水保存在塊內(nèi)，有冷卻路面的效果，緩解熱島現(xiàn)象。
此外，日本東京還利用垃圾焚燒灰渣生產(chǎn)水泥制品。在東京2001年建設(shè)了一座專門利用垃圾焚燒灰渣生產(chǎn)水泥的工廠，年可處理垃圾焚燒灰渣約8萬噸，生產(chǎn)水泥約l0萬噸。其生產(chǎn)工藝為：用罐車將垃圾焚燒灰渣運至該廠，作為生產(chǎn)水泥的主要原料，經(jīng)預(yù)處理后進入回轉(zhuǎn)窯中，加入一定量的石灰石在回轉(zhuǎn)窯中共同煅燒，最后，再經(jīng)磨細后就成了水泥；剞D(zhuǎn)窯的尾氣經(jīng)過嚴(yán)格的處理，即經(jīng)除塵、除二噁英、脫硫、脫硝等處理，盡可能減少污染物的排放。與一般水泥廠相比，尾氣的處理程序要復(fù)雜得多。在垃圾焚燒殘渣制水泥的研究開發(fā)過程中，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省也給予了大力支持，所生產(chǎn)水泥列入了政府綠色采購目錄，并特別制定出垃圾焚燒殘渣水泥標(biāo)準(zhǔn)。由于日本總體環(huán)境意識較強，大家都愿意購買這種水泥。
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