1.2生活垃圾组成
本文将从2个角度对生活垃圾物质组成进行分类。
1)将生活垃圾分为有机垃圾、废纸、塑料、玻璃、金属、橡胶皮革和其他7类。按照2018年世界银行统计数据,按经济发展水平分类讨论全球不同收入地区的垃圾组成,如图2所示。由图2可见,从全球平均水平来看,生活垃圾中有机废物占比最大,占垃圾总量的46%。由高收入地区向低收入地区过渡,其有机废物含量逐渐增加,废纸、塑料、玻璃、金属和橡胶皮革的占比逐渐降低,而其他类的占比是逐渐增大的,这体现出了高收入地区的垃圾分类效果比低收入地区好,我国属于中高收入地区。
2)从焚烧角度将生活垃圾分为可燃物、水分和灰分3类。表2为不同国家垃圾焚烧厂焚烧的垃圾组分数据。
由表2可以看出,我国生活垃圾中可燃物只占1/3,水分约占总量的一半,灰分含量也比日本和美国高得多。值得注意的是,美国焚烧的生活垃圾中可燃物占总量的3/4,远高于其他国家生活垃圾中可燃物的含量,这是因为美国已经先行将生活垃圾进行分类,然后将不能回收利用的垃圾作焚烧处理。
1.3生活垃圾热值
确定生活垃圾能量含量的重要参数之一为热值。低位热值(lowheatvalue,LHV)是指每千克燃料完全燃烧后,其烟气被冷却至原始温度,但烟气中的水蒸气仍为蒸汽状态时所放出的热量。热值大小对垃圾焚烧厂后续运行和维护起着重要作用,一般认为垃圾低位热值达5000kJ/kg时,无需添加辅助燃料即可维持焚烧炉正常燃烧。垃圾热值越高,获得的经济效益也就越大。
不同国家生活垃圾低位热值如图3所示。
由图3可以看出,韩国的生活垃圾热值整体水平最高,中值和平均值均达到了11000kJ/kg,这是由于韩国在生活垃圾处理源头处将生活垃圾进行分类处理,回收可利用的生活垃圾,生活垃圾回收率达到58%,而进行焚烧处理的生活垃圾仅占垃圾总量的25%。另外,欧盟国家、美国和日本焚烧处理的生活垃圾的热值分别为10065、10341、9485kJ/kg,均高于我国焚烧处理的生活垃圾的热值5781kJ/kg。
我国焚烧处理的生活垃圾一般为城市居民的生活垃圾,垃圾含水量高是造成热值低的主要原因,因此降低垃圾的含水率是提高热值的关键。其中,干燥稳定技术是降低垃圾含水率,进一步提高热值的有效方法,即将混合垃圾进行为期5.7d的生物堆肥处理,在堆放的过程中,多余的水分由于重力的作用而滤走;另外由于微生物的活动,垃圾的温度可高达70℃,再加入过量的空气,可对垃圾进行脱水。经过5.7d堆放后的垃圾含水率可由原来的60%~70%降至10%~15%,大大提高了垃圾的热值。目前大部分地区(如深圳、珠海、上海、广州等地)的垃圾发电厂都采用该项技术。
图4是北京市城区生活垃圾低位热值及含水率随季节变化情况。可以看出,垃圾热值受季节性影响较大,这主要是不同季节垃圾中的含水率不同。在夏季,居民所吃的瓜果较多,垃圾中果皮较多,垃圾含水率明显增加,导致垃圾热值的减少;冬季由于是在年前,家家户户准备年货,因此造成了垃圾含水率较高,进而造成垃圾热值的减少。针对这个问题,可以专门在夏季和冬季设置瓜果蔬皮回收设施,以减少垃圾中的含水率,进而提高热值。