城市生活垃圾綜合處理工藝及發(fā)展趨勢(shì)探討*

王毅琪，趙玉柱，劉 佳

（中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心鄂爾多斯固體廢棄物資源化工程技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 城市生活垃圾現(xiàn)狀

1.1 污染現(xiàn)狀

由于城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，生活垃圾激增，垃圾處理能力相對(duì)不足，很多城市面臨“垃圾圍城”的困境。目前我國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾年產(chǎn)生量過(guò)億噸，占世界垃圾總產(chǎn)生量的20%左右，且每年以8%～9%的速度增長(zhǎng)，甚至部分城市增長(zhǎng)速率達(dá)到15%～20%，可見(jiàn)垃圾污染現(xiàn)象的嚴(yán)重性。有相關(guān)專家預(yù)測(cè)我國(guó)城市垃圾2030年將達(dá)到4.09億t，2050年達(dá)到5.28億t［1］。

1.2 收運(yùn)現(xiàn)狀

我國(guó)大多數(shù)城市生活垃圾的收運(yùn)方式一般為：垃圾發(fā)生源-垃圾桶/點(diǎn)-垃圾車-中轉(zhuǎn)站-填埋場(chǎng)處置，形成一套固定模式的收運(yùn)、處置系統(tǒng)，屬于混合收集。這種混合收集方式簡(jiǎn)單易行、運(yùn)行費(fèi)用低，但是，由于收運(yùn)過(guò)程中各種垃圾混雜在一起，降低了垃圾中有用物質(zhì)的純度，不利于回收物質(zhì)的再利用，同時(shí)也增加了城市生活垃圾的處置費(fèi)用和處理難度。截至2010年底，全國(guó)設(shè)市城市和縣城生活垃圾年清運(yùn)量為2.21億t。

1.3 處理技術(shù)現(xiàn)狀

近年來(lái)，城市生活垃圾處理能力和處理設(shè)施數(shù)量增長(zhǎng)快速，城鎮(zhèn)環(huán)境總體上得到了較大的改善。“十一五”期間全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理率為63.5%，但是受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的局限，我國(guó)城市生活垃圾處理起步晚、總體水平還很落后。目前生活垃圾處理技術(shù)主要有填埋法、堆肥法和焚燒法。根據(jù)《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，現(xiàn)階段我國(guó)垃圾仍以填埋為主，占總處理的70%以上。表1為截止2010年“十一五”期間全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾處理狀況。

表1 2010年全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理情況

填埋法是我國(guó)目前主要的垃圾處理方法，具有操作簡(jiǎn)單、處理量大等優(yōu)點(diǎn)，但該方法存在占地大、浪費(fèi)生活垃圾中的可回收資源等缺點(diǎn)，即使在20世紀(jì)三四十年代，英美采用生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)［2］以來(lái)，依然存在滲瀝液污染地下水以及沼氣引發(fā)爆炸的危險(xiǎn)，隨著資源化利用率的提高，填埋法在垃圾處理中所占的比例將會(huì)越來(lái)越小［3］。我國(guó)堆肥處理城市生活垃圾始于20世紀(jì)五六十年代，經(jīng)過(guò)數(shù)十年發(fā)展，工藝技術(shù)較成熟［4］。通過(guò)堆肥處理城市垃圾可產(chǎn)生大量肥料，但存在能耗大、肥效低、衛(wèi)生條件差等缺點(diǎn)，因此堆肥法在垃圾處理中的地位也逐年下滑，發(fā)展進(jìn)程不甚理想，但是在二線城市仍極具吸引力，是目前最為綠色的處理工藝［5］。焚燒法處理城市生活垃圾處理周期短、占地少、可有效消除病源菌，最接近減量化、資源化和無(wú)害化原則［6-7］，但由于目前我國(guó)城市垃圾熱值低，往往需要添加其他輔助燃料，而且設(shè)備一次性投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，該方法主要應(yīng)用于人口密度較高的沿海發(fā)達(dá)地區(qū)。

2 生活垃圾綜合處理

2.1 生活垃圾綜合處理概念

生活垃圾綜合處理是指把目前常用的處理方法前分選、衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒等有機(jī)結(jié)合，開(kāi)辟出一條真正達(dá)到生活垃圾的減量化、資源化和無(wú)害化目的處理方法。生活垃圾綜合處理的概念有2層含義：宏觀和具體。宏觀方面是一個(gè)區(qū)域的概念，是指某一個(gè)區(qū)域的垃圾處理系統(tǒng)是由回收、填埋、焚燒及堆肥等多種工藝技術(shù)組成的、較合理的處理系統(tǒng)，即區(qū)域綜合處理系統(tǒng)；具體含義是一個(gè)工廠的概念，是指某一個(gè)由回收、堆肥、填埋及焚燒等2種以上工藝技術(shù)組成的、較合理的處理廠，即綜合處理廠。

2.2 綜合處理前分選

在混合收集的情況下，第1道工序就是垃圾分選，既可改善垃圾品質(zhì)，又可提高處理效率。垃圾分選一般包括人工分選和機(jī)械分選。人工分選的目標(biāo)是生活垃圾中的有用物質(zhì)，如廢紙、玻璃、鐵、鋁、廢木頭、銅線、骨頭、廢電池等，是最早最簡(jiǎn)單的分選方法，適用于收集站、處理中心、轉(zhuǎn)運(yùn)站或垃圾場(chǎng)。機(jī)械分選是根據(jù)廢物的屬性進(jìn)行分選，如根據(jù)粒度、密度、電性、光電性、磁性及摩擦性等差異的特性分為篩選、重力分選、電力分選、光電分選、磁力分選、摩擦分選。各地區(qū)可以根據(jù)本地區(qū)的垃圾屬性進(jìn)行相關(guān)配套的垃圾分選系統(tǒng)。

2.3 綜合處理工藝

綜合處理將回收、分選、填埋、堆肥、焚燒等2種以上工藝技術(shù)有機(jī)結(jié)合，因地制宜，充分發(fā)揮各種垃圾處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，從而真正實(shí)現(xiàn)固體廢物的減量化、資源化和無(wú)害化。各地區(qū)結(jié)合自身實(shí)際情況開(kāi)展適合本地區(qū)的綜合處理工藝，東部、南部地區(qū)人口眾多、土地緊缺、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，可以采取以焚燒為主的綜合處理工藝，西部和北方地區(qū)經(jīng)濟(jì)較為不發(fā)達(dá)，人均占地面積相對(duì)大，可以考慮采取堆肥、厭氧發(fā)酵為主的綜合處理工藝。

城市生活垃圾綜合處理工藝是將分選、聯(lián)合厭氧發(fā)酵處理、焚燒綜合處理、填埋有機(jī)結(jié)合，篩上物焚燒以及生產(chǎn)RDF，利用所產(chǎn)生的熱量可以發(fā)電或者熱值自用，篩下物發(fā)酵處理，并制得相關(guān)產(chǎn)品，見(jiàn)圖1。

圖1 城市生活垃圾綜合處理工藝方案

工藝中聯(lián)合厭氧發(fā)酵是指將生活垃圾中的有機(jī)物與其他有機(jī)廢物在厭氧發(fā)酵罐中通過(guò)調(diào)節(jié)降解周期進(jìn)行混合厭氧發(fā)酵［8］。這不僅可以提高資源化利用率，產(chǎn)氣率也相應(yīng)提高。

2.4 資源再利用工藝

2.4.1 衍生燃料制造

垃圾衍生燃料（RDF） 是分選設(shè)備篩選得到的大件干擾物中的高熱值可燃物（熱值在16 700 kJ/kg以上），主要是塑料，通過(guò)粉碎后與其他可燃性固體廢物（布料、木料、皮革等） 經(jīng)混合，壓縮成所需形狀［9］。其優(yōu)點(diǎn)：①RDF的熱值高，可達(dá)12 500～17 500 kJ/kg，燃點(diǎn)為210～230℃，可作鍋爐燃料；②產(chǎn)品質(zhì)量較一致，含水率低于10%，燃燒穩(wěn)定、溫度高，避免二惡英類有毒氣體的產(chǎn)生；③燃燒完全，灼燒減量低，產(chǎn)生的煙氣不需要復(fù)雜地處理，減少了相關(guān)處理設(shè)備的投資；④RDF具有防腐性，容易儲(chǔ)存，便于運(yùn)輸。

2.4.2 聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣及沼氣發(fā)電

城市生活垃圾綜合處理采用的分選工藝能夠快速、高效地收集厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的原料，主要包括廚余、果蔬等多種易腐有機(jī)成分，再添加污泥、糞便等其他有機(jī)固體廢物進(jìn)行聯(lián)合厭氧發(fā)酵，啟動(dòng)速度快、產(chǎn)氣率高、底物降解速度和降解率較高。

由聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可用于燃燒發(fā)電或提純后制天然氣，用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。此外，沼氣發(fā)電機(jī)組發(fā)電產(chǎn)生的余熱，還可循環(huán)利用，用于沼氣發(fā)酵過(guò)程的增溫、保溫，從而進(jìn)一步提高再生能源的利用效率。

2.4.3 沼渣沼液制肥

沼渣沼液中含有豐富的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素以及有機(jī)質(zhì)、腐殖酸等，經(jīng)過(guò)固液分離，可單獨(dú)制作固態(tài)肥和液態(tài)肥，或可以適當(dāng)比例混合制造有機(jī)復(fù)合肥，產(chǎn)品酸堿度適中，具有速緩兼?zhèn)涞姆市攸c(diǎn)，便于存儲(chǔ)和銷售，有利于開(kāi)展獨(dú)立經(jīng)營(yíng)，從而提高生活垃圾中資源物質(zhì)的利用率，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。圖2為沼渣沼液制造有機(jī)肥工藝。

圖2 沼液沼渣制造有機(jī)肥工藝

2.4.4 建材原料

由分選設(shè)備分選得到的碎石、玻璃、磚塊可直接用于建材生產(chǎn)，焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的爐渣經(jīng)過(guò)無(wú)害化處理可作為制造水泥的有效成分，為垃圾的資源化拓寬了道路。

3 綜合處理優(yōu)勢(shì)

3.1 無(wú)害化處理率高

生活垃圾經(jīng)過(guò)綜合處理后，易腐物和可燃物都得到充分利用，填埋物比例縮小，只占總體積的15%～20%，填埋物主要為瓦礫、磚頭等無(wú)機(jī)垃圾，不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的二次污染，節(jié)省了土地空間［10］；聯(lián)合厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣率高，沼氣制沼肥，產(chǎn)物綠色無(wú)污染，而且處理費(fèi)用低，產(chǎn)品質(zhì)量好。綜合處理中僅可燃垃圾進(jìn)行焚燒，垃圾熱值提高，垃圾容易燃燒，產(chǎn)生的煙氣少，二惡英類污染物排放減少；因而綜合處理提高了無(wú)害化處理效率，減少了環(huán)境污染。

3.2 資源化利用水平高

生活垃圾綜合處理注重資源的梯度利用與再循環(huán)利用，能回收的資源進(jìn)行回收利用，如金屬、塑料和紙類的回收；得到的能源物質(zhì)主要有：沼氣、熱能、電能等，得到的資源物質(zhì)主要有：固態(tài)肥、液態(tài)肥、商品有機(jī)肥、RDF衍生燃料、車載燃料、工業(yè)原料等，可見(jiàn)綜合處理相比較單一的處理工藝資源化利用水平明顯提高。

3.3 處理成本低、經(jīng)濟(jì)效益好

幾座廢物處理廠合并為1座綜合處理廠，可減少投資和占地，最大化地實(shí)現(xiàn)垃圾資源化，將垃圾中的不同成分合理有效利用，實(shí)現(xiàn)垃圾的梯度利用，避免了垃圾的重復(fù)處理，相比單一的傳統(tǒng)處理方法降低了生活垃圾的處理成本，在經(jīng)濟(jì)上可行；綜合處理產(chǎn)生的能源和資源可供銷售，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 保障生活垃圾全過(guò)程管理新模式的構(gòu)建

生活垃圾綜合處理以循環(huán)經(jīng)濟(jì)的“3R”原則為基礎(chǔ)，綜合考慮社會(huì)公眾、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、政府管理、環(huán)境保護(hù)等層面的多目標(biāo)需求，各環(huán)節(jié)均最大程度地實(shí)現(xiàn)資源化與無(wú)害化，為“源頭減量、分類投放、清潔直運(yùn)、資源化利用、無(wú)害化處置”這一新的城市生活垃圾全過(guò)程管理模式提供保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

生活垃圾綜合處理具有運(yùn)營(yíng)成本低、利潤(rùn)率高、利于推廣、無(wú)害化程度和資源利用率高等特點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了再生資源的梯度利用與系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)利用，大大減少了物質(zhì)能源的浪費(fèi)和污染。

隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，生活垃圾收運(yùn)處理設(shè)施的完善，以及高科技的現(xiàn)代化機(jī)械的投入，信息系統(tǒng)的應(yīng)用，城市生活垃圾的綜合處理將得到更為廣泛的推廣。

［1］李橙，田在峰，王月鋒.我國(guó)垃圾綜合處理現(xiàn)狀及其發(fā)展前景研究［J］.綠色科技，2012（9）：150-153.

［2］范留柱.國(guó)內(nèi)外生活垃圾處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)資源綜合利用，2007，125（7）：26-28.

［3］譚萬(wàn)春，王云波.城市垃圾的綜合處理與能源回收［J］.長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2006，21（2）：44-46.

［4］李季，彭生平.堆肥工程實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［5］嚴(yán)光亮，趙由才.簡(jiǎn)析我國(guó)城市生活垃圾處理技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2011，19（3）：32-33.

［6］張英民，尚曉博，李開(kāi)明，等.城市生活垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀與管理對(duì)策［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20（2）：389-396.

［7］趙鵬，王木平.城市生活垃圾處理技術(shù)和資源化應(yīng)用探討［J］.再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010，3（4）：36-39.

［8］趙玉柱，夏曉華，吉恒，等.城市有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵工藝［J］.水工業(yè)市場(chǎng)，2011（10）：55-58.

［9］余潔.關(guān)于中國(guó)城市生活垃圾分類的法律研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2009，34（4）：13-15.

［10］陳曉燕，杜波.城市生活垃圾處理技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.內(nèi)蒙古環(huán)境科學(xué)，2009，21（1）：64-67.