垃圾中的有機物在無氧條件下經過高溫分解變成氣體、液體和炭。所產生的熱能除維持幹餾本身所需外,還剩餘一部分可資利用。在典型的高溫分解工廠中,垃圾從上麵進入溫度約為1650℃的反應器,垃圾在下落過程中一部分氣化揮發,一部分流到器底成為液態熔融的渣。反應器中產生的氣體,被導致另一燃燒爐中燃燒,溫度達1100℃以上,可用於發電和維持本過程的需要。熔渣排出後冷卻形成玻璃體,可作骨料用。此外,還有中溫分解法。
反應器內的熱解溫度約為820℃~1100℃,使垃圾分解為氣體和固體剩餘物,氣體可作為燃氣輪機的動力。另一種方法是生產液態燃料油,一噸垃圾約可生產一桶燃料油(熱值相當於6號油熱值的75%,為低硫燃料油)。製油用的垃圾必須含有很高的有機物,並要磨得很細。
從處理城市垃圾的角度來看,垃圾經過高溫分解留下的殘餘物,雖然不少於高溫焚化留下的殘餘物,但能產生更多可供利用的能源,回收更多的材料,並不汙染空氣,因而得到迅速的發展。
四、沼氣的使用
有機固體廢物通過厭氧微生物的生物化學反應生成的甲烷等可燃氣體。在自然界中沼氣多從沼澤底泥中發生,因而得名。
沼氣是1663年舒勒發現的,但不知其化學成分。1776年沃爾塔測出沼氣中主要成分是甲烷。1875年波波夫發現甲烷的產生過程是一個微生物作用過程。20世紀初,人們開始用厭氧消化法作處理有機廢物的試驗。第二次世界大戰後,沼氣由試驗逐步轉入實際應用。到20世紀50年代中期,許多國家開始大規模生產。
中國在沼氣的開發、利用、推廣和研究方麵,近幾年來取得了成就,受到許多國家的重視,對沼氣的製取利用已由試驗示範進入有計劃地成片推廣階段。現在全國共建成戶用沼氣池700多萬個,有21個縣基本上普及了沼氣。
沼氣是有機物在隔絕空氣和保持一定的水分、溫度、pH值等條件下,經過微生物的分解作用而產生的。細菌分解有機物的過程,大體分為兩個階段:第一階段是將複雜的高分子有機物轉化為低分子的有機物,如乙酸、丙酸、丁酸等;第二階段是將第一階段的產物轉化為甲烷和二氧化碳,發酵分解是多種細菌共同作用的結果。在第一階段主要是分解蛋白質、脂肪、碳水化合物的各種細菌起作用。這些細菌一般稱為產酸細菌,這個階段稱為酸性發酵期。第二階段主要是甲烷杆菌、甲烷球菌和甲烷八疊球菌等起作用,稱為堿性發酵期。甲烷的產生有以下幾種化學反應:(1)由脂肪酸形成甲烷:CH3COOH→CH4+CO2
4CH3CH2CH2COOH+2H2O→4CH3COOH+3CH4+CO2
2CH3CH2CH2COOH+CO2+2H2O→4CH3COOH+CH4
(2)由乙醇形成甲烷:
2CH3CH2OH+CO2→2CH3COOH+CH4
(3)由二氧化碳還原形成甲烷:
CO2+4H2→CH4+2H2O
為了使發酵過程持續進行,必須提供和保持各種微生物所需的生活條件。
製取沼氣必須具備以下條件:①嚴格的厭氧環境:是保證發酵製取沼氣的決定性因素。②充足和適宜的發酵原料:碳氮之比約為25∶1為宜。③適宜的幹物料濃度:幹物料應占7%~9%,夏季應含水稍多,冬季含水略少。④適宜的pH值:一般為7.2~7.6。⑤適宜的發酵溫度:發酵溫度範圍5℃~60℃均可。一般有三種發酵溫度:常溫發酵溫度為22℃~28℃,中溫發酵為37℃左右,高溫發酵為50℃~55℃左右。溫度越高,原料消化就越快,產氣率和殺滅病菌的效率也就高。