固体废物焚烧与热解实验

1.　实验目的

固体废物焚烧和热解过程中，有机成分在高温条件下进行分解破坏，实现快速、显著减容。与生化法相比，焚烧和热解方法的处理周期短、占地面积小、可实现最大程度的减容及延长填埋场的使用寿命。而与普通焚烧法相比，热解过程产生的二次污染少。热解生成气或液体燃料在空气中燃烧与固体废物直接燃烧相比，不仅燃烧效率高，所引起的污染也低。

本实验的目的：

（1） 了解焚烧和热解的概念。

（2） 熟悉焚烧和热解过程的控制参数。

2.　实验原理

焚烧：焚烧炉内温度控制在980 ℃左右，焚烧后体积比原来可缩小50%～80%，分类收集的可燃性垃圾经焚烧处理后甚至可缩小90%。近年来，将焚烧处理与高温（1 650 ℃～1 800 ℃）热分解、融熔处理结合，以进一步减小体积。据多种文献报道，每吨垃圾焚烧后会产生大约5 000 m3的废气，还会留下原有体积一半左右的灰渣。垃圾焚烧后只是把部分污染物由固态转化成气态，其重量和总体积不仅未缩小，还会增加。焚烧炉尾气中排放的上百种主要污染物，组成极其复杂，其中含有许多温室气体和有毒物。当今最好的焚烧设备，在运转正常的情况下，也会释放出数十种有害物质，仅通过过滤、水洗和吸附法很难全部净化。尤其是二噁英类污染物，属一级致癌物。此外，焚烧法的巨额耗资和对资源的浪费不适合我国和众多发展中国家的国情。建设一座大中型焚烧炉动辄要10多亿元，建成投产后的环保的处理成本大约需300元/吨。

热解是有机物在无氧或缺氧状态下加热，使固体废物分解为气、液、固3种形态的混合物的化学分解过程。其中气体是以氢气、一氧化碳、甲烷等低分子碳氢化合物为主的可燃性气体；液体是在常温下为液态的包括乙酸、丙酮、甲醇等化合物在内的燃料油；固体为纯碳与玻璃、金属、土、砂等混合形成的炭黑。

固体废物的热解与焚烧相比有以下优点：

（1）可以将固体危险废物中的有机物转化为以燃料气、燃料油和炭黑为主的储存性能源。

（2）由于是缺氧分解，排气量少，故有利于减轻对大气环境的二次污染。

（3）废物中的硫、重金属等有害成分大部分被固定在炭黑中。

（4）NOx的产生量少。

3.　实验设备与器材

（1） 实验装置。

实验装置为一套自制的装置，主要由控制装置、热解炉和液体冷凝收集系统3部分组成。热解炉可选取卧式或立式电炉，要求炉管能承受800 ℃以上的高温，炉膛密闭。液体冷凝装置要求有一定的耐腐蚀能力。

（2） 实验材料。

可以选取普通混合收集的有机城市生活垃圾，也可选取纸张、塑料、橡胶等单类别的垃圾。

（3） 烘箱1台。

（4） 电解装置1台。

（5） 量筒100 mL 1个。

（6） 电子天平1台。

4.　实验步骤

（1） 称取两股若干物料（树枝）并称重（30 g），并将物料分别装入马弗炉和热解炉。

（2） 接通电源。升温速度为25 ℃/min，将炉温升到280 ℃。

（3） 恒温10 min。

（4） 20 min内，将两炉的温度分别从280 ℃升高到680 ℃（观察升温过程中的实验现象）。680 ℃恒温10 min，然后断电。

（5） 待两炉自然降温后（不得立即开启炉膛），观察热处理产物，并称重。

5.　数据记录与分析

6.　思考题

（1） 焚烧和热解的区别是什么？对于高热值的城市生活有机垃圾，你会采用什么方案进行最终处置？为什么？

（2） 垃圾焚烧处置会产生焚烧飞灰，焚烧飞灰为无机物质，主要由浮尘、重金属盐和不充分燃烧所产生的炭黑等组成。另外，焚烧产生的二噁英也大部分存在于飞灰中。《国家危险废物名录》把垃圾焚烧飞灰列为危险废物，编号为HW18。请设计方案对焚烧飞灰进行最终处置。

（3） 城市生活垃圾的最终处置的方法有哪些？据你认为：对于广州市而言，最好的城市垃圾的处理方法是什么？为什么？

（4） 对于农村废弃秸秆等固体废物，你有什么好的处理方法吗？请说明。