原生垃圾濕解預處理技術探究

姜 薇，吳世新

（北京市環境衛生設計科學研究所，北京 100028）

1 濕解反應機理

在濕解過程中，將濕解罐中通入0.8 MPa，180℃左右的飽和水蒸氣，通過對垃圾原料快速升溫、升壓、保壓，使垃圾在濕解罐內完成一系列的物理化學反應，在反應過程中：①有機質在罐內充分降解，加快了碳水化合物的脫出速度，有資料顯示，濕解后碳水化合物可以脫出50%以上。②蛋白質、糖、纖維素等大分子鏈發生變性，使氨基酸等分子充分裸露，這個過程也是充分腐熟的過程。③煮熟的植物類垃圾，其細胞中的木素成分被破壞，木素作為細胞組織中一種填充、粘結、防腐物質，它的破壞可以使垃圾結構變得疏松，從而更利于游離水的分離，腐爛速度加快。

在排料過程中，通過將濕解罐內壓力降低到0.2～0.3 MPa后，采用瞬間排放的方式將幾十立方米的垃圾在不到1 min內全部排放出來。在排放過程中：①垃圾個體得到破碎，垃圾個體組織中的自由水得到分離，組成垃圾個體中的水分90%為游離水分，通過瞬間帶壓排料，從高壓狀態瞬間向低壓狀態轉化時，物料皮層組織由于承受不住壓力瞬間變化所形成的膨化沖擊波，造成物料瞬間被破碎，從而形成游離水被分離，使垃圾含水率快速降低20%左右。②垃圾中的紙類物質，濕解過程中吸收水分，在瞬間排放時，破碎為纖維類物質，廚余成分中的大量物質被破碎成醬類物質，破碎中所形成的果膠、蛋白質、纖維素等粘附在灰土中，變灰土為富含有機質的營養土。③垃圾在升溫、升壓、排料的過程中，完成了將垃圾中有害細菌類物質滅活的過程。④排料過程中，由于壓力瞬間變化，垃圾中儲存的熱能得到釋放，垃圾個體組織中的自由水利用該熱能得到汽化，變成蒸汽排放出來。⑤垃圾廚余成分中的鹽，在濕解過程中溶解于水中，從垃圾中分離出來，減少了垃圾中氯離子的含量，從源頭上減少垃圾焚燒過程中二惡英類有害氣體的生成量。

2 濕解工藝優化與濕解產物特性分析

2.1 濕解工藝優化

垃圾濕解試驗所用的垃圾是混合生活垃圾，通過采樣分析，其主要特性見表1。

表1 生活垃圾特性

在濕解過程中，除垃圾濕解產生濕解液外，用作熱源的高溫蒸汽冷凝后會產生冷凝水，這些冷凝水與濕解液一起在濕解罐中，與垃圾一起在排料口噴出，為了降低在排料過程中的蒸汽冷凝后回到出料垃圾中，在試驗過程中加大排料間的排氣量，最大程度地排出出料蒸汽。

在濕解罐升溫時，由于濕解液的存在，罐內處于汽液混合的狀態，而濕解液熱容較高，從而導致罐內垃圾溫度上升緩慢，蒸汽消耗量增大，不利濕解過程的進行，因此在試驗中，對垃圾濕解工藝進行了調整，調整的內容主要包括增加排水及調整進汽方式。增加排水是在濕解罐開始升溫一段時間后，開啟罐底部的排水閥，及時排空罐內的濕解液，提高蒸汽利用效率。隨著濕解時間加長，排水時間也增加，排水量明顯增加。調整進汽方式是配合排濕解液對罐體的進汽位置及進汽方式進行調整，在最初的升溫階段以下進汽為主，增強蒸汽在罐內的攪拌效果，在排液階段則從中間通道進汽，保證排液順利進行，同時在進汽方式上，將排空濕解液與進汽相結合，減少罐內氣阻，充分利用蒸汽熱能。

2.2 濕解產物特性分析

2.2.1 不同升溫時間和保壓時間對濕解產物含水率的影響

從圖1中可以看出增加保壓時間對含水率的降低有一定影響。為平衡處理成本與處理效果，需對升溫時間與保壓時間進行優化，通過對不同加熱時長與保溫時長的出料垃圾含水率對比，升溫1～1.5 h，保壓1.5 h的條件下，濕解后的垃圾含水率可達到35%以下。

2.2.2 濕解產物粒徑與熱值分析

在濕解工藝中，通過將濕解系統內壓力從0.8 MPa降低到0.2～0.3 MPa后，采用瞬間排放的方式將幾十立方米的垃圾在不到1 min內全部排放到大氣狀態下。在排放過程中，通過瞬間帶壓排料，垃圾個體組織從高壓狀態瞬間向低壓狀態轉化時，物料皮層組織由于承受不住壓力瞬間變化所形成的膨化沖擊波，造成垃圾個體組織瞬間被破碎，垃圾粒徑得到均化。

如圖2所示，濕解產物的粒徑60 mm以上的垃圾從50.6%降至16.9%，10 mm以下垃圾從14.9%上升至47%。由于垃圾粒徑的均化，增加了空氣與可燃物的接觸面積，使得燃燒更容易。同時，有效地解決了焚燒爐入爐孔徑過小所帶來的矛盾，也能有效控制爐渣熱灼減率，爐渣產生量僅為入爐垃圾總量的7%，飛灰約為1.5%，為未來垃圾處理技術提供了更好的技術支持。

經過濕解工藝處理的垃圾，濕基低位熱值比原生垃圾可以提高3 000 kJ/kg左右。按照業內普遍認識：垃圾中水分每降低1%，垃圾低位發熱值可以提高150～175 kJ/kg；垃圾中灰分每降低1%，垃圾低位發熱值可以相應提高1%，垃圾低位發熱值提高后，焚燒爐內爐膛燃燒溫度不需添加任何輔助燃料就可以穩定運行在850～950℃之間，使垃圾在入爐初期烘干階段所產生的二惡英類有害氣體得到有效地分解，煙氣中二惡英類有害氣體的量顯著減少，煙氣處理中活性炭的使用量相應下降，減少了煙氣處理的難度及后期運行費用。

3 結論與建議

1）從處理工藝角度來講，采用原生垃圾濕解工藝作為焚燒的預處理工藝，可降低焚燒爐入爐垃圾的含水率，提高焚燒熱值和焚燒廠污染控制水平。

2）濕解反應在優化進汽、排水、排氣的工藝操作條件下，升溫1～1.5 h，保壓1.5 h，濕解后的垃圾含水率可達到35%以下。

3）由于濕解工藝需要高溫高壓蒸汽作為能源，建議與焚燒廠配套建設，既可以有效利用焚燒蒸汽資源，又可以提高焚燒入爐垃圾熱值，降低污染物排放。