日本城市生活垃圾焚烧处理技术介绍
日本最早的垃圾发电站1965年建于大阪市，目前日本有垃圾焚烧炉3000座，垃圾发电站131座，总装机容量650MW。到2000年日本的垃圾发电量达到了2000MW，垃圾处理能力1000吨／日以上(最大为1800吨／日)的垃圾发电站8座，1995年日本建成一座最大的垃圾电站，发电容量24MW。日本早期电站为防止炉管腐蚀，采用低参数，发电效率较低，仅为10％－15％，现在谋求提高到30％。据悉，目前日本投人使用的最大垃圾焚烧厂是名古屋市新南阳垃圾处理厂，装机容量1500吨／日，发电设备装机容量27000KW，平均每吨垃圾产生的热能转换为432度的电能。又如东京新建的垃圾焚烧厂，垃圾全由4条分别为16公里的地下通道输送，日焚烧垃圾400吨，投资5亿多元。自上世纪60年代以来，东京已陆续建成14座垃圾焚烧厂，正在建设的有6座，日焚烧能力为600－800吨。此外，日本许多城市都开始了垃圾焚烧厂建设，例如：日本福冈市有200多万人口，日产垃圾达3000多吨。该市规划建设4个垃圾焚烧厂，除临海垃圾焚烧厂待建外，已建成西部、东部和南部3个焚烧厂，日处理垃圾2210吨。每一个焚烧厂都配有资源化中心，将垃圾按可燃物、不可燃物和有价物(铁、铝)进行破碎分选处理，尽力减少垃圾填埋量，力求资源再生利用。西部焚烧厂的不可燃物和焚烧炉渣送到中田和今禁填埋场，东部和南部焚烧厂的不可燃物以及焚烧炉渣送到伏谷填埋场。焚烧厂也是发电厂，利用焚烧的余热发电，所发电除维持焚烧厂自身用电外，还将剩余电力出售给电力公司，并人福冈市电网，取得一定的经济收人。现在福冈市三个垃圾焚烧厂所产生的电力总量为18000千瓦，是福冈市的一项宝贵财富。
.jpg) 日本东京MINATO垃圾焚烧发电厂 |
在日本垃圾焚烧技术一直在不断发展，例如：日本正在研究开发一种新型的垃圾焚烧炉技术。这种新型焚烧炉称为“龙卷炉”，它采用气化燃烧方式，能有效地抑制二噁英等有毒物质的排放量。垃圾在炉内气化后，在炉子的中央部分燃烧，仿佛是由火焰形成的龙卷风。火焰不接触炉体内侧，不需要耐火材料。目前这种新型焚烧炉已经制造出试验炉。该炉每小时可焚烧垃圾200公斤。点火时只需要少量的柴油，以水作为助燃剂，燃烧温度可达1200～1300℃。经化验分析，这种焚烧炉排烟量和灰烬中的二噁英、硫化物、氮化物、氯化氢等有害物质的含量都低于政府新公布的废弃物污染排放标准。这种炉型如能开发成功，将对垃圾焚烧二次污染排放的控制起到积极的作用。
日本鹿岛建设技术研究所内设置了一套“生垃圾发电系统”，这是一种非燃烧垃圾方式，完全不产生二噁英等有害物质的发电系统。该系统于1999年7月获得日本土木学会地球环境技术奖。该发电系统由燃料发电电池设备，贮藏生物气体的贮气罐，高温甲烷发酵式有机废物处理系统及生垃圾分选设备等组成。贮气罐容积为50立方米，高温甲烷发酵方式有机废弃物处理系统每天在生垃圾分选机中投人200公斤生垃圾，将分选后的有机垃圾送人浆液罐中，加水稀释，然后由生垃圾粉碎机将有机质垃圾粉碎，并送人生物反应器，每天可产生10立方米的生物气体。所产生的生物气体输入气体精制塔，再送人贮气罐或燃料电池供发电。废弃物处理系统在55℃的温度下分解垃圾，生成生物气体。与以往的中温(37℃左右)甲烷分解处理系统相比，由于分解速度提高1倍以上，因此装置可以谋求紧凑化和低成本化。鹿岛公司于1995年开发并实现了商品化有机废弃物处理系统，利用微生物使有机垃圾发酵分解为甲烷气体、二氧化碳和水。最近，该公司与NEDO联合开发了该生垃圾发电设备，并开始了试验性运行。这次开发的设备将高温甲烷发酵处理系统与该系统产生的甲烷气为燃料的燃料电池设备系统一体化为综合系统。在燃料电池中，由甲烷气体中提取的氢气与氧气反应而产生电力。燃料电池容量为50千瓦。利用该系统处理生垃圾时，1吨垃圾可获得约580千瓦小时的电力(效率达40％)，相当于一户人家两个月的用电量。从1999年4月到2000年3月，该研究所还验证了由生物气体产生的能用于燃料电池发电的成分，并研究了生物气体浓度变动对燃料电池的影响。日本两家设备公司准备开发一种新型扶梯垃圾燃烧系统，可将燃烧效率提高2倍。此设备可将可燃垃圾粉碎、压缩成2—3厘米的小球，在燃烧时可起到类似于煤一样的作用。新系统则在燃烧前将固体垃圾燃料再次粉碎，利用燃烧装置使之与碳粉混合后燃烧。传统型的共同垃圾燃料在完全燃烧状态下的燃烧效率约为10％ ，而新系统的燃烧效率可达30％。
垃圾焚烧污染环境是制约垃圾焚烧发展的重要条件，过去许多垃圾焚烧设施倒闭的主要原因也是没有很好解决垃圾焚烧的二次污染防治问题，因此日本对于垃圾焚烧污染防治非常重视，也在这方面采取了许多有效措施。自1999年以来，日本全国已有4600座垃圾焚烧设施被禁止使用。据日本环境省调查，4600座垃圾焚烧设施约占全国垃圾焚烧设施的l7％。它们都是由于二噁英排放量大大超标，但又无力进行改造而被停止使用的。这些垃圾焚烧设施大多为小型设施(1899座)。焚烧垃圾时氯化物等燃烧不充分释放出二噁英。二噁英具有强烈的致癌性，被日本视为对环境最有危害的物质之一。
日本政府1999年7月出台了防治二噁英法令，加强了对垃圾焚烧炉二噁英排放量的限制。这项法令规定，在2003年之前把二噁英总排放量减少到1997年的1／10，焚烧炉排放的每立方米废气中二噁英含量不得超过80纳克。日本还发明了利用超声波分解二噁英和多氯联苯(PCB)等有害有机氯化物的新技术。此项技术一旦被采用，将为污水净化提供安全廉价的新方法。研究中发现，二噁英、多氯联苯、氯氟烃等有机氯化物与水的亲和性很差，当利用超声波在水中产生细小气泡后，这些物质就被吸附在气泡上，气泡破裂时，依靠产生的高温高压，这些有害物质就被分解成无害的碳酸气和氯化物离子。例如：浓度为l0ppm的多氯联苯溶液加以200千赫的超声波，经30分钟后，有95％的多氯联苯被分解了，同时，对二噁英和氯氟烃的分解效果也基本相同。如果将分解率提高到99．99％的话，这种安全廉价的超声波分解方法将有望走向实用化。日本原子能研究所的科学家们利用电子束照射的方法分解、清除废气中的有害物质二噁英，收到良好效果。该技术的原理是，采用电子束照射方式，使废气中的空气和水生成活性氧等易反应物质，进而破坏二噁英的化学结构。该研究所在垃圾焚烧厂进行实验的结果表明：焚烧一般的生活垃圾，按每小时产生1000立方米废气计算，施加30万伏的电压生成的电子束(电流40毫安、带宽45厘米)可分解和去除90％ 以上的二噁英。现有的过滤净化法(袋过滤器法)虽然能够把废气中的高浓度二噁英除去，但是无法将其分解，需要进行再处理。而新技术则能把废气中的高浓度二噁英分解掉，并且处理成本降低1/3。
日本在垃圾焚烧残渣的利用方面也取得了进展，例如：日本东方公司开发出利用城市生活垃圾焚烧灰渣制造道路及广场铺装块的技术。过去垃圾在焚烧厂焚烧，灰渣主要用来填埋处理，因数量日益增加，给填埋场造成压力。此外，道路的铺装块每年的需求量极大。灰渣是在高温下溶化结晶，成为接近花岗岩强度的材料，用该材料制成每立方米可吸收240L水的铺装块，既能吸收土中的水分，又能使雨水保存在块内，有冷却路面的效果，缓解热岛现象。
此外，日本东京还利用垃圾焚烧灰渣生产水泥制品。在东京2001年建设了一座专门利用垃圾焚烧灰渣生产水泥的工厂，年可处理垃圾焚烧灰渣约8万吨，生产水泥约l0万吨。其生产工艺为：用罐车将垃圾焚烧灰渣运至该厂，作为生产水泥的主要原料，经预处理后进入回转窑中，加入一定量的石灰石在回转窑中共同煅烧，最后，再经磨细后就成了水泥。回转窑的尾气经过严格的处理，即经除尘、除二噁英、脱硫、脱硝等处理，尽可能减少污染物的排放。与一般水泥厂相比，尾气的处理程序要复杂得多。在垃圾焚烧残渣制水泥的研究开发过程中，日本经济产业省也给予了大力支持，所生产水泥列入了政府绿色采购目录，并特别制定出垃圾焚烧残渣水泥标准。由于日本总体环境意识较强，大家都愿意购买这种水泥。
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