通風(fēng)溫度對生活垃圾生物干化脫水的影響

郭強，黃文雄，程海靜

（1.城市建設(shè)研究院，北京100120；2.北京首拓環(huán)境科技有限公司，北京100028）

通風(fēng)溫度對生活垃圾生物干化脫水的影響

郭強1，黃文雄1，程海靜2

（1.城市建設(shè)研究院，北京100120；2.北京首拓環(huán)境科技有限公司，北京100028）

以高含水率生活垃圾為研究對象，研究了不同的通風(fēng)溫度（室溫、40℃低溫、55℃中溫、65℃高溫）對生物干化的影響。結(jié)果表明，通風(fēng)溫度變化對堆體溫度影響較??；高溫通風(fēng)（65℃）能有效地降低垃圾含水率，但不利于有機物的降解，產(chǎn)物的揮發(fā)性固體（VS）和可生物降解物質(zhì)（BDM）值最高，穩(wěn)定度最低；經(jīng)過15 d的干化作用，4組反應(yīng)器垃圾含水率顯著降低，水分去除率分別為77.99%，79.37%，79.85%，79.47%；另外還伴隨著廚余和紙張的降解；通風(fēng)溫度與熱值提升呈正相關(guān)關(guān)系，各組出料的濕基低位熱值分別為7 202 kJ/kg，9 276.4 kJ/kg，9 358.5 kJ/kg，10 064 kJ/kg，分別提高了72.2%，122.7%，123.7%，140.6%。

生物干化；通風(fēng)溫度；含水率；降解；低位熱值

長期以來，我國混合收集的生活垃圾具有高廚余有機物、高含水率、低熱值的特點[1]。高水分會導(dǎo)致垃圾低位熱值降低，熱能利用率下降，滲濾液、燃燒煙氣等二次污染物濃度提高，機械可分選性能差等諸多負(fù)面影響[2]。因此，為了提高我國垃圾資源化利用水平、降低生活垃圾管理成本，迫切需要降低生活垃圾含水率的技術(shù)[3]。

近年來國外提出了生物干化技術(shù)，即在強制通風(fēng)的情況下，微生物利用混合垃圾中的易降解有機物發(fā)酵產(chǎn)熱，高溫下通風(fēng)加速水分揮發(fā)，去除混合垃圾的水分，提高熱值[4]。此方法在不消耗外界能量的條件下，可實現(xiàn)生物干化的效果；同時還能實現(xiàn)可生物降解有機物的穩(wěn)定化，在后續(xù)處理中減少污染物產(chǎn)生[5]。目前，有一些關(guān)于影響生物干化效果和速率的研究報道，如逆向通風(fēng)[6]、控制通風(fēng)量[7]、產(chǎn)物循環(huán)接種[8]等。雖然對于堆體溫度對生物干化效果的影響研究報道較多，如MacGregor[9]和Adani[10]均認(rèn)為較低的堆體溫度（45℃）對干化效果有利，但鮮見通風(fēng)溫度對生物干化效果影響的報道。

針對高含水率生活垃圾，通過改變生物干化過程中的通風(fēng)溫度，研究堆體溫度、垃圾及各組分含水率和質(zhì)量變化、有機物含量變化和熱值變化等，以期為提高生物干化效果、優(yōu)化工藝參數(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

實驗開展于12月份，室內(nèi)平均氣溫20℃左右，平均相對濕度約為30%。實驗所用生活垃圾采自北京市朝陽區(qū)某居民小區(qū)混合收集站，垃圾經(jīng)預(yù)處理后充分混勻備用。其基本特性見表1。

表1 試驗垃圾組分和含水率%

1.2 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示。其中干化反應(yīng)器為圓柱形PVC容器，高2.0 m、內(nèi)徑0.8m、外層包裹30 mm厚的聚氨酯用于保溫。容器底部設(shè)一定傾角實心板，從一側(cè)接出直徑為40mm的PVC管用于滲濾液導(dǎo)排。另一側(cè)接直徑為40 mm的PVC通風(fēng)管用于強制通風(fēng)。距底部200mm設(shè)一穿孔隔板，上部填充生活垃圾，高度為1.3m；將混勻備用的垃圾分多批次等量填入4個反應(yīng)器中，完成填充后，上覆一定厚度的稻草墊，用于吸收排氣中的水蒸汽，防止冷凝后重新回到堆體。

圖1 試驗裝置示意

1.3 試驗方法

設(shè)置了4種不同的溫度，采用連續(xù)通風(fēng)，連續(xù)記錄物料層的溫度，考察不同溫度下生物干化的效果。各組的物料總質(zhì)量、通風(fēng)條件及通風(fēng)溫度如表2所示。實驗前后測定原料和產(chǎn)物的含水率、質(zhì)量、VS、BDM和熱值等參數(shù)變化。

表2 通風(fēng)試驗條件

1.4 測試方法

垃圾堆體溫度采用溫度傳感器（Pt100）連續(xù)監(jiān)測。物料含水率（105℃干燥、恒重，每次取樣不少于50 g）、固相揮發(fā)性固體VS含量（干化樣品550℃灼燒2 h恒重法）、堆體質(zhì)量（磅秤稱重）、熱值（氧彈燃燒法）、可生物降解的有機質(zhì)BDM含量（重鉻酸鉀氧化法）。

2 結(jié)果與討論

2.1 堆體溫度

圖2為堆層內(nèi)溫度隨時間的變化。由圖2可知，物料溫度由室溫開始迅速上升，至第50 h進(jìn)入高溫階段，都能到達(dá)65℃以上，在高溫階段停留10 d，表明堆體內(nèi)生物反應(yīng)較為旺盛。實驗結(jié)束時堆層物料均接近50℃。四組實驗均能迅速升溫，在高溫階段及實驗結(jié)束時保持溫度基本一致，說明進(jìn)風(fēng)溫度對于物料堆層內(nèi)的溫度影響較小，4個反應(yīng)器內(nèi)堆層溫度變化基本一致。

2.2 含水率、質(zhì)量變化

表3為物料各組分干化前后含水率的變化。經(jīng)過15 d的生物干化作用，混合垃圾的含水率從原有的60.67%逐步下降至40%～45%，其中以40℃通風(fēng)組干化效果最好，室溫通風(fēng)組效果最差。在整個生物干化過程中，餐廚部分含水率降低最為明顯，塑料部分的含水率下降程度基本隨進(jìn)風(fēng)溫度升高而提高，紙張的含水率變化較小。

圖2 物料溫度變化

表3 各組分含水率變化%

另外對4組反應(yīng)器進(jìn)行水分去除率等變化的對比，如表4所示。隨著生物干化的進(jìn)行，以65℃通風(fēng)實驗組脫水效果最好，其水分總?cè)コ屎蛦挝蝗コ示罡撸?0℃通風(fēng)組和55℃通風(fēng)組次之，室溫通風(fēng)組最差。這說明提高通風(fēng)溫度可以提升干化效果。與常溫通風(fēng)對比，高溫通風(fēng)雖然干化效果較為顯著，但是對比1#、2#和3#反應(yīng)器，不同的高溫對生物干化效果影響并不是太明顯。

2.3 VS和BDM變化

評價可生物降解有機物降解程度的指標(biāo)有很多，如4 d耗氧呼吸強度AT4、比耗氧速率SOUR、動態(tài)呼吸指數(shù)DRI等。上述指標(biāo)均通過監(jiān)測有機物的耗氧量來間接反映，本研究采用可生物降解物質(zhì)（BDM）[11]，即廚余組分含量的變化直接表征度。

表4 實驗結(jié)束時物料含水率與水分變化

由表5可知，室溫通風(fēng)組的有機物降解最好，65℃通風(fēng)組有機物降解最差。餐廚部分VS明顯降低。塑料部分的VS基本沒有變化。這說明，生物干化過程中，主要是廚余等有機物得到降解。紙部分進(jìn)料為85.76%，出料均有升高，這主要原因是，進(jìn)料時紙張中粘有的無機灰土經(jīng)干化后脫離而使得VS升高。同時，BDM的變化也反應(yīng)了這種趨勢，即較低溫度有利于有機物降解。主要原因是，高溫通風(fēng)使得水分下降更快，不利于有機物分解。

表5 生物干化過程中物料VS的變化%

2.4 熱值變化

經(jīng)過15 d的生物干化作用后，干化前后產(chǎn)物的熱值對比情況如表6所示。由表6可知，進(jìn)料時垃圾的濕基低位熱值為4 183 kJ/kg，而出料時室溫通風(fēng)組、40℃通風(fēng)組、55℃通風(fēng)組和65℃通風(fēng)組的濕基低位熱值分別提高了72.2%，122.7%，123.7%，140.6%。對比4組實驗，發(fā)現(xiàn)常溫通風(fēng)產(chǎn)物的低位熱值最小，說明盡管常溫通風(fēng)其產(chǎn)物的穩(wěn)定度更高，但是熱值提高較慢，產(chǎn)物含水率也較高。

表6 各反應(yīng)器進(jìn)出物料熱值的變化kJ/kg

2.5 干化脫水機理探討

生物干化過程中，堆體的水分去除主要通過兩步完成[1]：（1）垃圾進(jìn)行好氧發(fā)酵，通過有機質(zhì)組分降解，產(chǎn)生熱量驅(qū)動水分蒸發(fā)，使得水分子從垃圾顆粒表面蒸發(fā)至空氣中；（2）通過主動通風(fēng)，使得蒸發(fā)的水分以蒸汽的形式從垃圾堆體穿過，隨廢氣排出。這兩個步驟的脫水效果均與水分的飽和蒸汽壓相關(guān)，而飽和蒸汽壓隨著溫度的上升而升高。

從實驗結(jié)果來看，65℃通風(fēng)組的水分去除能力和產(chǎn)物熱值都最高，而有機物的降解卻較少，這是由于65℃通風(fēng)組的通風(fēng)溫度高于其他3組的通風(fēng)溫度，其單位體積攜帶水蒸氣的容量應(yīng)該越大。然而，過高的通風(fēng)溫度會導(dǎo)致堆體溫度超過高溫微生物的耐受范圍，微生物繁殖環(huán)境難以建立，不利于有機物降解放熱，從而變?yōu)闊岣苫^程。高溫通風(fēng)雖然能明顯改進(jìn)垃圾的水分去除能力，但耗能也更高。因此，對于通風(fēng)溫度的選擇需要進(jìn)行進(jìn)一步能量和經(jīng)濟的評價。

3 結(jié)論

（1）對于高含水率生活垃圾的生物干化，提高進(jìn)風(fēng)溫度，對堆體的溫度影響較小。

（2）與常溫通風(fēng)對比，高溫通風(fēng)能有效地降低垃圾含水率，干化效果較為顯著，但不利于有機物的降解，有機物的穩(wěn)定度降低。室溫通風(fēng)組產(chǎn)物含水率最高，但是其廚余部分的VS和BDM含量最低，AT4值也最低。

（3）經(jīng)過15 d的生物干化作用，有效地降低了垃圾含水率，其次為廚余部分，塑料部分幾乎沒有變化。

（4）經(jīng)過15 d的生物干化作用，提高了垃圾熱值。提高通風(fēng)溫度可明顯提高產(chǎn)物的熱值，通風(fēng)溫度與熱值提升呈正相關(guān)關(guān)系。

（5）生物干化脫水過程可以分解為兩個步驟，兩個步驟的脫水效果均與水分的飽和蒸汽壓相關(guān)。

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全國首家報廢汽車綠色處理中心在武漢投產(chǎn)

化腐朽為神奇，江城再多一張“綠色名片”。近日，記者從武漢格林美資源循環(huán)有限公司（簡稱格林美）獲悉，該公司旗下的報廢汽車處理中心2014年8月正式在武漢投產(chǎn)，它將成為國內(nèi)第一個實現(xiàn)報廢汽車全程綠色處理的工廠。

記者了解到，這個報廢汽車處理中心，其工藝包括流程化拆解、破碎、有色分選、塑料分選、零部件再造、物聯(lián)網(wǎng)信息化等六大技術(shù)與裝備系統(tǒng)，全程可實現(xiàn)對報廢汽車完整資源化與無害化處置，不僅能通過信息化來掌控全過程，還能同步實施對零部件的生命周期評估與再造。

據(jù)格林美公司總經(jīng)理周繼鋒介紹，按照設(shè)計，建成后的武漢報廢汽車處理中心年處理報廢汽車10萬輛，其他含有色金屬復(fù)雜廢料30萬t，預(yù)計達(dá)產(chǎn)后可實現(xiàn)年銷售收入7.5億元?！拔磥?，希望有計劃地推行覆蓋城市的廢棄資源社會體系，開采無限的‘城市礦山’?！?/p>

近年來，隨著有色金屬價格持續(xù)低迷，格林美已將大部分業(yè)務(wù)板塊投入到報廢汽車的布局中，除了武漢的報廢汽車處理中心，在江西、天津等地也有布局。“現(xiàn)在，公司最大的問題是‘吃不飽’，必須擴大業(yè)務(wù)覆蓋面。”周繼鋒告訴記者，就在前不久，格林美出資3億元，完成了對揚州寧達(dá)貴金屬有限公司60%的股權(quán)收購。下一步正式進(jìn)軍華東市場，并輻射山東、河北等地。

Effect of bio-drying with various ventilation tem perature on high-water-contentmunicipal solid waste

GUO Qiang1,HUANGWenxiong1,CHENG Haijing2
（1.China Urban Construction&Research institute,Beijing 100120,China; 2.Capital Environment Holdings Limited,Beijing 100120,China）

Effect of bio-drying w ith various ventilation tem perature(room tem perature，40℃，55℃，65℃)w as investigated on high-w ater-contentm unicipal solid w aste (M SW).The results show ed that the variation of ventilating tem perature had less effect on tem perature of the piles.Ventilation w ith high tem perature(65℃)could effectively reduce the w ater content of MSW，but against the degradation of organics.The values of volatile solid(VS)and biodegradable m aterials(BDM)of product w ere highest，but the stability w as least.After 15 days'bio-drying，w ith the degradation of food w aste and paper，etc.，the w ater contents of MSW in 4 groups of reactors w ere significantly reduced.W aterrem oval rates w ere 77.99%，79.37%，79.85%and 79.47%.M oreover，positive correlation w as betw een ventilation tem perature and heating value.W et low er heating value of effluents in 4 reactors w ere 7 202 kJ/kg，9 276.4 kJ/kg，9 358.5 kJ/kg and 10 064 kJ/kg，increased for 72.2%，122.7%，123.7%and 140.6%，respectively.

Bio-drying;aeration tem perature;w ater content;degradation;low er heating value

X705

：A

：1674-0912（2014）08-0033-04

2014-06-10）

郭強（1982-），男，浙江紹興人，碩士，工程師，從事環(huán)境工程研究及設(shè)計工作。