生活垃圾分倉熟化新技術(shù)及其以污治污功效
摘要：采用多個大容量剛?cè)峤M合筒倉對城市生活垃圾實施分倉熟化，每天若干次外引污水噴淋垃圾，使其始終保持在高濕度狀態(tài)以利產(chǎn)生沼氣，經(jīng)一年后被密封儲存垃圾達到徹底腐熟，并在此過程中生產(chǎn)了大量沼氣和消耗了大量生活污水，因此可以獲得以污治污的功效。
關(guān)鍵詞：生活垃圾 分倉熟化 以污治污 剛?cè)峤M合筒倉 外引污水
0 引言
在農(nóng)村建造沼氣池產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。不僅改善了環(huán)境衛(wèi)生，提供優(yōu)質(zhì)肥料，又為農(nóng)戶廚房爐灶、照明等提供了廉價能源，可謂變污染物為寶一舉多得。試想如果能夠使所有城市生活垃圾和生活污水也都能夠經(jīng)過充分厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，那將會是具有何等重大意義：不僅根治了環(huán)境污染，而且還能獲得巨大再生能源。
若要實現(xiàn)這一目標(biāo)，那么首先要解決的問題就是儲存容器，這樣一個容器必須滿足以下三個條件：其一是應(yīng)具有超大容量；其二是必須結(jié)構(gòu)安全且密封可靠；其三是必須廉價。本文介紹的剛?cè)峤M合筒倉經(jīng)在安徽省舒城縣垃圾處理場實踐證明可以滿足上述條件。
1. 背景技術(shù)
1.1 垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)
目前生活垃圾通過厭氧發(fā)酵獲得沼氣的現(xiàn)有技術(shù)主要有以下兩種：
其一是從垃圾填埋場獲得沼氣。這種方法的優(yōu)點是獲取成本低，待填埋場填埋垃圾足夠多，通常是在即將封場之際，直接插管入被填埋垃圾深處抽取即可。此方法的缺點是厭氧產(chǎn)沼效率差，并污染大氣。這是因為垃圾填埋場是一直處在完全開放的環(huán)境中，垃圾中的可腐有機物絕大部分是在好氧狀態(tài)（或者是半好氧狀態(tài)）腐熟，只有等數(shù)年甚至十年以上使先前被填埋垃圾上方有足夠厚的垃圾覆蓋層（一般在10米左右）時，才能真正使先前被填埋垃圾處于厭氧狀態(tài)，但此時垃圾中的可腐有機物已經(jīng)很少了。不過我們有時仍會感覺填埋場沼氣量很大，那僅僅是因為被填埋的垃圾量實在是太大了的緣故。故此方法雖然廉價，但垃圾厭氧產(chǎn)沼效率很差，不能獲得高效益。
其二是將垃圾儲存在密封容器中經(jīng)厭氧發(fā)酵獲得沼氣。這種方法的優(yōu)點是獲得沼氣效率高，因為垃圾中的可腐有機物是基本完全處在厭氧環(huán)境中腐熟穩(wěn)定的，所以厭氧產(chǎn)沼效率很高。然而不足之處是耗費成本太高，具體表現(xiàn)在：①密封容器制造昂貴故容量有限；②運營費用高：包括垃圾分選（將有機垃圾分選出來）、有機垃圾粉碎、強制攪拌、加溫和循環(huán)通氣等。所有這些成本花費都是為了加速有機垃圾盡快腐熟，縮短發(fā)酵周期，一般可以控制在30天以內(nèi)。其結(jié)果是盡管產(chǎn)沼效率很高，但仍不足以抵消成本開支，若無政府足夠補貼將難以維持運轉(zhuǎn)。故此方案雖然厭氧產(chǎn)沼效率高，但因成本太高，也不能獲得高效益。
1.2 大型筒倉構(gòu)筑物
現(xiàn)有儲存散裝物料的大型筒倉一般采用鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一旦建造完成，其倉體高度都是固定不變的。倉體材料除應(yīng)滿足強度要求外，還必須有足夠厚度以形成整個筒倉體具有抵抗變形的剛度，這樣才能確保筒倉內(nèi)無論是滿倉還是空倉，整個筒倉體都是穩(wěn)定的，這種筒倉我們稱之為“剛性筒倉”，現(xiàn)有筒倉基本屬于剛性筒倉。
因剛性筒倉的倉體厚度是隨筒倉容量增加而增厚，所以如若建造大容量剛性筒倉，造價會非常昂貴。
1.3加筋土擋墻
加筋土擋墻是由法國工程師亨利•維達爾（Henri Vidal）在1963年發(fā)明[1]。加筋土擋墻不同于一般圬工擋墻的主要特征在于：通過在填料中設(shè)置加筋材料使得原本作為外荷載的墻后填料轉(zhuǎn)變?yōu)閾鯄w的一部分。正是由于這種創(chuàng)造性的突破，加筋土擋墻的外墻面可以做得很薄，故造價較一般圬工擋墻低，而且適用于建造高擋墻，據(jù)有關(guān)資料記載[2]，我國陜西省境內(nèi)某一特高型加筋土擋墻的擋土高度已達84米。
2. 分倉熟化新技術(shù)
2.1 新觀點
采用密封容器厭氧腐熟生活垃圾無疑是高效率獲得沼氣的最好途徑，需要解決的問題是必須把制造密封容器的成本，以及垃圾厭氧產(chǎn)沼的運營費用大幅度降下來，只有這樣才能真正獲得高效益。另外還需要一些觀念上的轉(zhuǎn)變：認為耗費高額運營費用來強制縮短垃圾厭氧發(fā)酵周期其實完全沒有必要，相反恰恰認為可以利用垃圾自然厭氧發(fā)酵周期長的特性來消滅外來污水，并同時進一步增加沼氣效益。
分倉熟化新技術(shù)是采用多個大容量剛?cè)峤M合筒倉對城市生活垃圾進行長時間厭氧熟化，因在此過程中需要消耗大量外引污水，故而同時還是一座污水處理廠，更確切地說是污水消滅廠，因為污水處理的最終結(jié)果是零排放。
2.2 剛?cè)峤M合筒倉構(gòu)造
剛?cè)峤M合筒倉的底座是一圓形鋼筋混凝土污水池（圖1），污水池內(nèi)均勻分布眾多支墩，支墩上架設(shè)格柵板，格柵板上部儲存生活垃圾，垃圾滲瀝液經(jīng)格柵板縫隙流入污水池。
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筒倉體安放在污水池壁上，筒倉體是由多個相同的倉體圓筒段豎向拼裝而成，單個倉體圓筒段是由鋼筋網(wǎng)片內(nèi)附著鉛絲網(wǎng)以及襯墊裙制作而成（圖3、圖4），襯墊裙可采用垃圾填埋場襯墊材料。因制作簡單且耗費材料不多故造價低廉。
因筒倉體很薄，所以整座筒倉的穩(wěn)定是必須依靠筒倉內(nèi)填充物料來支撐的，如果筒倉內(nèi)物料增加，則筒倉體應(yīng)該隨之升高，反之若筒倉內(nèi)物料的減少則筒倉體必須隨之下降。如果很薄的筒倉體在較大豎向空間沒有物料的填充支撐，將難以維持穩(wěn)定，或許一陣風(fēng)即可將其吹倒，故此筒倉體具有“柔性倉體”特征。
當(dāng)入倉垃圾到達設(shè)計滿倉容量后進行倉頂覆蓋密封。覆蓋物也可采用填埋場襯墊，倉頂覆蓋物周邊與筒倉體襯墊層搭接密封。
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2.3 筒倉內(nèi)部裝置
2.3.1 集氣裝置
在垃圾進料過程中埋入集氣裝置，包括豎向集氣管和環(huán)形集氣籠（圖1、圖2）。豎向集氣管采用塑料盲溝或軟式透水管制作，環(huán)形集氣籠采用強度高且耐腐蝕好的玻璃鋼材料制作。所有豎向集氣管均與環(huán)形集氣籠連通，排氣支管接入環(huán)形集氣籠排出沼氣到筒倉外發(fā)電機組，既可以自然排放，也可以根據(jù)需要開啟引風(fēng)機強制抽取筒倉內(nèi)沼氣。
2.3.2 加筋材料
引入公路加筋土擋墻設(shè)計理念，在垃圾進料過程中設(shè)置加筋材料，如加筋環(huán)和加筋帶（圖5～圖7），這樣就可以大幅度減小垃圾對筒倉體的側(cè)壓力，使柔性筒倉體的結(jié)構(gòu)安全得到可靠保證，這在安徽省舒城縣新建垃圾處理場項目中已經(jīng)得到驗證。加筋材料可采用鋼筋網(wǎng)片制作，外涂防腐漆。
2.3.3 噴淋裝置
當(dāng)垃圾向筒倉內(nèi)持續(xù)進料達到設(shè)計高度后，在垃圾頂面上安裝噴淋管（圖1），噴淋管與上水支管連通，污水泵提升污水均勻噴淋在筒倉頂面的垃圾上。
2.4 垃圾厭氧腐熟
在垃圾密封儲存期間，為了多產(chǎn)沼氣和更多地消滅外引污水，需要經(jīng)常噴淋垃圾，使筒倉內(nèi)垃圾始終保持在高濕度狀態(tài)。噴淋入筒倉內(nèi)的污水一部分消耗在厭氧發(fā)酵生化反應(yīng)中，另一部分因發(fā)酵產(chǎn)生熱量化作水蒸氣隨沼氣排出筒倉外（水蒸氣不會造成污染），剩余的污水下滲流入筒倉底部污水池。在經(jīng)過長達一年的密封儲存后，累計消耗的外引污水量是非常可觀的。
連接各筒倉的所有支管（包括下水支管、上水支管和排氣支管）均經(jīng)由各支管閥門控制后再接入總管，只要控制各支管閥門的開或關(guān)，污水泵就可以任意抽取任一污水池（包括外引污水井）內(nèi)污水向任一筒倉頂部垃圾噴淋，同理安裝在排氣總管上的引風(fēng)機也可以強制抽取任一筒倉內(nèi)的沼氣。
筒倉內(nèi)垃圾徹底腐熟后可停止噴淋污水，轉(zhuǎn)而噴淋清水約一周以清洗垃圾中的殘余可溶有機物，再停止噴淋清水約一周以爽干垃圾中的水分，最后抽干污水池中污水，關(guān)閉該筒倉所有支管閥門后即可開倉出料。
2.5 開倉出料
拆除倉頂覆蓋及噴淋裝置后即可出料，出料方式可采用門吊或輸送帶輸送。
垃圾場在正常運營過程中，總是各有一座進料和出料筒倉，且出料筒倉的出料量須跟隨進料筒倉的進料量同步，這樣出料筒倉拆下倉體圓筒段可以轉(zhuǎn)移到進料筒倉上進行安裝。
3. 實施規(guī)模
根據(jù)當(dāng)?shù)厣罾债a(chǎn)量以及確定熟化周期后，就可以任取不同筒倉直徑計算筒倉容量，以及需要建造多少座筒倉。如下示例：
某小城市需要日處理生活垃圾500噸，按入倉自然壓實平均容重0.8(噸/m3)計約合625立方米。設(shè)定腐熟周期為一年，則剛?cè)峤M合筒倉設(shè)計要素如下：
擬建剛?cè)峤M合筒倉直徑20米，平均高度按直徑的1.1倍計為22米，則單個筒倉容積為6912立方米。按日進垃圾625立方米計，裝滿1個筒倉需要11.1天，則1年365天可裝滿33座筒倉。另外還有進料、出料出料筒倉各1座不能計入腐熟周期，故實際需要建造筒倉數(shù)為33+2=35座，見下表。表中大、中城市計算同理。
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僅從垃圾達到徹底腐熟而言或許并不需要1年，但從以污治污角度來看，密封在筒倉內(nèi)的垃圾并不單純是被腐熟的對象，還是幫助外引污水厭氧消化的介質(zhì)，被密封儲存的垃圾越多，意味著可被消耗的污水越多，或者說污水處理廠規(guī)模越大。
4. 總結(jié)
綜上所述，城市生活垃圾“分倉熟化”新技術(shù)的優(yōu)越性可總結(jié)為以下幾點：
4.1 原生垃圾不必分選直接提升入倉，降低運轉(zhuǎn)成本。
4.2垃圾儲存期間除自動定時噴淋外不必進行其它干預(yù)，運轉(zhuǎn)簡單又廉價。
4.3垃圾中有許多大小不一各種固體物料，徹底腐熟需要較長時間，建造足夠多個大型筒倉構(gòu)筑物可以使腐熟周期充分延長，而較長的腐熟周期可消耗污水越多，實現(xiàn)以污治污效果。
4.4因筒倉為密封構(gòu)筑物，筒倉內(nèi)污染物與外界環(huán)境完全隔絕，故可以實現(xiàn)環(huán)境效益零污染。
4.5 不僅是生活垃圾，包括所有可厭氧發(fā)酵的固體或液體廢物，如廚余物、泔腳水、市政污泥、秸桿、水葫蘆、動物尸體等。
4.6 經(jīng)濟效益分析：根據(jù)有關(guān)資料顯示[3]，每噸生活垃圾如若徹底厭氧分解可產(chǎn)生沼氣約160立方米。粗估每立方米生活垃圾（按容重0.8t/m3計）產(chǎn)生100立方米沼氣計，其發(fā)電后產(chǎn)生的效益約為100元。也就是說若日處理生活垃圾1000立方米，每天可獲得沼氣發(fā)電效益10萬元。
以上還未計入噴淋污水產(chǎn)生的沼氣效益，若污水濃度足夠高則產(chǎn)生的沼氣效益甚至有可能超過垃圾，即經(jīng)濟效益再翻一番。
此外還可以向污水來源處收取污水處理費，以及根據(jù)《京都議定書》規(guī)則獲得二氧化碳減排費等。
4.7 綜合利用：生活垃圾腐熟透徹后基本不會再產(chǎn)生污染，也非常有利于其后的多種綜合處理工藝，如機械分選、制作有機肥、焚燒、制磚，甚至填埋等。
5. 建議
垃圾可以不分類但污水建議分類，在民用建筑設(shè)計中應(yīng)考慮將低濃度污水和高濃度污水區(qū)分開來排放，低濃度污水包括廚房用水、盥洗室洗臉洗澡水和洗衣機水，高濃度污水則為人糞尿。低濃度污水可由管道輸送至污水廠處理，而高濃度污水則可先排放入化糞池，再由抽糞車輸送至垃圾場厭氧發(fā)酵。
另外建議大力推廣使用免沖洗廁所或節(jié)水型廁所。
參考文獻：
1. 交通部第二公路勘察設(shè)計院．路基（第二版）．公路設(shè)計手冊
2. 謝秦生．封面照片．公路．1997年第3期
3. 陳力生．垃圾填埋氣無害化處理．2003（第二屆）全國固體廢棄物處理及綜合利用技術(shù)與設(shè)備交流研討會論文集
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