城市垃圾資源化技術(shù)研究和亟待解決的問(wèn)題
摘 要：分析了垃圾成分及影響因素，著重介紹了垃圾資源化堆肥技術(shù)和其它資源化處理技術(shù)，提出了圾資源化亟待解決的幾個(gè)問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：城市垃圾；資源化；垃圾堆肥；亟待解決的問(wèn)題
一、城市垃圾成分與處理方法分類
1．城市垃圾的成分
城市垃圾的構(gòu)成主要受地理?xiàng)l件、生活習(xí)慣、居民生活水平和民用燃料結(jié)構(gòu)的影響。我國(guó)城市垃圾在產(chǎn)量迅速增加的同時(shí)，垃圾構(gòu)成也發(fā)生了很大的變化。表現(xiàn)為有機(jī)物增加，可燃物增多，可利用價(jià)值增大。
(1)民用燃料結(jié)構(gòu)對(duì)垃圾的影響
影響城市垃圾組分的一個(gè)重要因素是燃料消費(fèi)結(jié)構(gòu)。我國(guó)是以煤為主要燃料的國(guó)家，一次能源的75％是煤炭。煤炭不僅廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)也是家庭燃料的重要組成部分。近年來(lái)隨著城市集中供熱和煤氣化的普及，民用燃料的消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，同時(shí)也帶來(lái)了城市垃圾組分的變化。燃煤區(qū)垃圾中的無(wú)機(jī)組分明顯高于燃?xì)鈪^(qū)，而燃?xì)鈪^(qū)垃圾中的有機(jī)組分和可回收廢品的比例明顯高于燃煤區(qū)，變化最大的組分就是垃圾中的煤灰量。另一方面，燃煤區(qū)居民的生活水平往往也低于燃?xì)鈪^(qū)。在燃?xì)鈪^(qū)，由于垃圾中煤灰量的減少，廚余成為主要組分，因此，垃圾的含水量相對(duì)增加。
(2)居民生活水平和消費(fèi)結(jié)構(gòu)對(duì)垃圾的影響
居民生活水平和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變不僅影響城市垃圾的產(chǎn)生量，也是影響垃圾成分的重要因素。隨著生活水平的提高，生活垃圾中煤渣含量持續(xù)下降，易堆腐垃圾和廢品的含量持續(xù)增長(zhǎng)。這種影響也反映在同一城市不同地區(qū)：高級(jí)住宅區(qū)的垃圾中可回收廢物(塑料、紙類、金屬、織物和玻璃)的含量明顯高于普通住宅區(qū)；而普通居民生活水平不高，垃圾中廚余物含量較高，因而垃圾含水率較高、熱值較低。
(3)垃圾產(chǎn)生源對(duì)垃圾的影響
我國(guó)城市垃圾主要由居民生活垃圾、街道保潔垃圾、集團(tuán)垃圾三大類構(gòu)成。居民生活垃圾數(shù)量居首位且成分復(fù)雜，受時(shí)間季節(jié)影響較大；街道保潔垃圾主要含泥砂、落葉、包裝物等，有機(jī)物成分相對(duì)少，含水率較低；集團(tuán)垃圾成分隨發(fā)生源不同而變化，相對(duì)來(lái)講成分較為單一穩(wěn)定，平均含水量較低，易燃物、特別是高熱值的易燃物多。
(4)城市特征對(duì)垃圾構(gòu)成的影響
城市垃圾的產(chǎn)生量及其構(gòu)成，與城市的規(guī)模、性質(zhì)、功能和地理位置有很大關(guān)系，其特點(diǎn)是：
①大城市與中小城市垃圾構(gòu)成有十分明顯的區(qū)別。大城市的生活垃圾構(gòu)成中有機(jī)物成分占總量的31％～36％，無(wú)機(jī)成分約占60％，廢品約占4％-6％；中小城市的生活垃圾有機(jī)成分約占其總量的20％，無(wú)機(jī)成分約占65％，廢品的比重更低。大城市雖然地理環(huán)境等基礎(chǔ)條件不同，但是由于城市居民的消費(fèi)水平都比較高，所以城市垃圾的有機(jī)含量的差別相對(duì)較小。
②中小城市的居民消費(fèi)水平及生活能源氣化率都比較低，有機(jī)物成分約占生活垃圾總量的22．48％，無(wú)機(jī)物成分約占65％，其余為廢品。南方城市垃圾中的有機(jī)物高于北方城市。
③城市氣化率、集中供熱面積及人均煤購(gòu)買量對(duì)垃圾的產(chǎn)量和構(gòu)成具有明顯的影響。城市氣化率低和集中供熱面積小的城市或地區(qū)，其垃圾產(chǎn)量的絕對(duì)值和煤灰的含量相應(yīng)要高；反之則要低一些。
④由于產(chǎn)品的過(guò)量包裝和一次性用品的大量消費(fèi)，包裝廢物在城市垃圾中的比重增加，并對(duì)環(huán)境造成極大污染。
2．城市垃圾處理方法分類
目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的城市生活垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒等，這三種垃圾主要處理方式的比例，因地理環(huán)境、垃圾成份、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素不同而有所區(qū)別，很難有統(tǒng)一的模式。但最終都是以無(wú)害化、資源化、減量化為處理目標(biāo)。從應(yīng)用技術(shù)看，國(guó)外主要是填埋、焚燒、堆肥、綜合利用等方式，機(jī)械化程度較高，且形成系統(tǒng)及成套設(shè)備。從國(guó)外多種處理方式的情況看，有以下趨勢(shì)：(1)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家由于能源、土地資源日益緊張，焚燒處理比例逐漸增多；(2)填埋法作為垃圾的最終處置手段一直占有較大比例；(3)農(nóng)業(yè)型的發(fā)展中國(guó)家大多數(shù)以堆肥為主；(4)其它一些新技術(shù)，如熱解法、填海、堆山造景等技術(shù)，正不斷取得進(jìn)展。
二、城市垃圾堆肥技術(shù)
1．堆肥原理與工藝組成
好氧堆肥過(guò)程是有機(jī)物在有氧的條件下，利用好氧微生物所分泌的外酶將有機(jī)固體廢物分解為溶解性有機(jī)物質(zhì)，再滲入到細(xì)胞中。微生物通過(guò)代謝活動(dòng)，把其中一部分有機(jī)物氧化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，為生物生命活動(dòng)提供所需的能量，另一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物體所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，形成新的細(xì)胞體，使微生物不斷增殖。
堆肥反應(yīng)是利用微生物使有機(jī)物分解、穩(wěn)定化的過(guò)程，因此微生物在堆肥過(guò)程中起著十分重要的作用。堆肥微生物可以來(lái)自自然界，也可利用經(jīng)過(guò)人工篩選出的特殊菌種進(jìn)行接種，以提高堆肥反應(yīng)速度。堆肥微生物主要有細(xì)菌、真菌和放線菌等，而在堆肥過(guò)程中堆肥微生物的數(shù)量和種群不斷發(fā)生變化。
堆肥過(guò)程大致可分以下幾個(gè)階段。堆肥初期常溫細(xì)菌(或稱中溫菌)分解有機(jī)物中易分解的糖類、淀粉和蛋白質(zhì)等產(chǎn)生能量，使堆層溫度迅速上升，稱為升溫階段。但當(dāng)溫度超過(guò)50℃時(shí)，常溫菌受到抑制，活性逐漸降低，呈孢子狀態(tài)或死亡，此時(shí)嗜熱性微生物逐漸代替了常溫性微生物的活動(dòng)。有機(jī)物中易分解的有機(jī)質(zhì)除繼續(xù)被分解外，大分子的半纖維素、纖維素等也開(kāi)始分解，溫度可高達(dá)60~70攝氏度，稱為高溫階段。溫度超過(guò)70攝氏度時(shí)，大多數(shù)嗜熱性微生物已不適宜，微生物大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)，堆肥過(guò)程在高溫持續(xù)一段時(shí)間后，易分解的或較易分解的有機(jī)物已大部分分解，剩下的是難分解的有機(jī)物和新形成的腐殖質(zhì)。此時(shí)，微生物活動(dòng)減弱，產(chǎn)生的熱量減少，溫度逐漸下降，常溫微生物又成為優(yōu)勢(shì)菌種，殘余物質(zhì)進(jìn)一步分解，堆肥進(jìn)入降溫和腐熟階段。
現(xiàn)代化的堆肥過(guò)程一般是好氧堆肥過(guò)程。好氧堆肥工藝由前處理、一次發(fā)酵、二次發(fā)酵、后處理及貯存等工序組成。發(fā)酵過(guò)程主要有野積式和發(fā)酵倉(cāng)式兩大類。發(fā)酵倉(cāng)又可以有槽式、筒式、立式、臥式等許多形式。
2．國(guó)內(nèi)外城市垃圾堆月巴系統(tǒng)范例
(1)德國(guó)FLESBURG高速堆肥系統(tǒng)
FLESBURG高速堆肥廠位于德國(guó)FLESBURG，每天處理量350-400噸。堆肥原料是城市生活廢棄物及污泥，處理工藝流程如圖1所示。
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圖1 德國(guó)FLESBURG系統(tǒng)工藝流程
生活廢棄物載重車經(jīng)地磅稱重計(jì)量后，卸人廢料倉(cāng)。由起重機(jī)逐漸把廢棄物吊裝到給料裝置內(nèi)，經(jīng)鋼帶輸送機(jī)送往破碎機(jī)，壓縮破碎后的物料與污泥混合，由鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)經(jīng)磁選機(jī)，送往轉(zhuǎn)動(dòng)的消化滾筒。由磁選機(jī)分離出的鐵類物質(zhì)經(jīng)壓力機(jī)壓縮成型。在消化滾筒內(nèi)最佳的填料率為總?cè)莘e的70％。在物料表面用污泥泥漿噴霧以保持最佳的含水率，充分供氧并確保與物料的廣泛接觸；旌衔锪显诔掷m(xù)的回轉(zhuǎn)滾筒內(nèi)攪動(dòng)、跌落、破碎，經(jīng)過(guò)24-48小時(shí)的處置，通過(guò)高溫快速實(shí)現(xiàn)了微生物的分解，并可獲得較好的殺菌效果。在滾筒末端聯(lián)接一個(gè)同步轉(zhuǎn)動(dòng)篩，篩孔尺寸40-70mm。大的物料從末端排出，送去填埋；篩下的堆肥物經(jīng)過(guò)傳送帶進(jìn)入細(xì)顆粒的分選機(jī)，最終獲得較細(xì)的一次發(fā)酵堆肥。這種肥用于土壤改良是不行的，需要二次發(fā)酵處理，廠方一般把它出售給農(nóng)民，由農(nóng)民自己分散堆積，腐熟穩(wěn)定后再使用于農(nóng)田。消化滾筒內(nèi)的惡臭氣體，隨時(shí)由風(fēng)機(jī)抽吸壓人土壤除臭系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理。
(2)法國(guó)SILODA快速堆肥系統(tǒng)
SILODA‘陜速堆肥系統(tǒng)使用于法國(guó)貝魯特家庭廢物處理廠，建筑面積4500m2，日處理量700噸，原料為城市生活垃圾。堆肥廠處理系統(tǒng)可以分為三部分：
①預(yù)處理
該過(guò)程主要是物理處理過(guò)程。城市生活垃圾通過(guò)破碎、篩選、磁選可得到一定粒徑(約5cm)的可堆肥物。
②發(fā)酵處理
可堆肥物通過(guò)可逆式皮帶機(jī)進(jìn)入一次發(fā)酵倉(cāng)。倉(cāng)內(nèi)分為若干小池，在旋轉(zhuǎn)式攪拌機(jī)的作用下堆肥物在池內(nèi)翻動(dòng)、攪拌以及輸送。在充分供氧給水的條件下，經(jīng)過(guò)7 -10天的時(shí)間完成一次發(fā)酵？啥逊饰飶牡谝怀刂鸩睫D(zhuǎn)移到最后一池，直到轉(zhuǎn)送到倉(cāng)外的皮帶機(jī)上，送進(jìn)二次靜態(tài)發(fā)酵場(chǎng)，有機(jī)物經(jīng)過(guò)30-60天的消化，最終可制成完全腐熟無(wú)害穩(wěn)定的肥料。
③精致處理
腐熟的粗肥料經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩分，除掉異物，最終得后到一定粒徑的優(yōu)質(zhì)肥料。
(3)北京南宮垃圾堆肥廠
南宮堆肥廠是德國(guó)政府贈(zèng)款在北京市興建的五個(gè)垃圾處理項(xiàng)目之一，和馬家樓轉(zhuǎn)運(yùn)站、安定衛(wèi)生填埋場(chǎng)配套構(gòu)成北京西南線垃圾處理系統(tǒng)，現(xiàn)主要處理宣武區(qū)和豐臺(tái)區(qū)部分垃圾。堆肥廠占地面積63000m‘，南宮堆肥廠采用強(qiáng)制通風(fēng)隧道式耗氧發(fā)酵技術(shù)處理垃圾。日處理垃圾能力為400噸，每年可處理垃圾14萬(wàn)噸，垃圾主要來(lái)源于馬家樓垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，每天約300噸；小武基轉(zhuǎn)運(yùn)站的15~60毫米的堆肥垃圾，每天約100噸。
堆肥垃圾進(jìn)廠后進(jìn)行稱重計(jì)量，布料機(jī)把垃圾送入30個(gè)主發(fā)酵隧道，每個(gè)發(fā)酵隧道200立方米，垃圾經(jīng)過(guò)2個(gè)星期的高溫發(fā)酵后，垃圾體積可下降30％-40％，傳送系統(tǒng)把發(fā)酵的垃圾轉(zhuǎn)送到后熟化區(qū)，再進(jìn)行3個(gè)星期的熟化，經(jīng)過(guò)篩分分成垃圾肥和殘?jiān)，殘(jiān)\(yùn)到安定填埋場(chǎng)填埋，垃圾肥轉(zhuǎn)入最終熟化區(qū)再進(jìn)行3個(gè)星期的熟化后，經(jīng)過(guò)一系列篩分制成0-12毫米的成品垃圾肥。
在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)產(chǎn)生的氣體，如氨氣、硫化氫等有害氣體通過(guò)生物過(guò)濾加以控制；生產(chǎn)中產(chǎn)生的污水，在生產(chǎn)中循環(huán)使用；生產(chǎn)車間采用全封閉式作業(yè)，避免噪聲和粉塵對(duì)環(huán)境的污染；環(huán)境和垃圾肥定期進(jìn)行檢測(cè)，有關(guān)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
三、其它城市垃圾資源化技術(shù)
1．生活垃圾提取乙醇和氣體技術(shù)
烏克蘭、美國(guó)和英國(guó)進(jìn)行了利用生活垃圾提取工業(yè)乙醇的試驗(yàn)。主要用鹽酸作為催化劑，在高溫下將垃圾浮選后產(chǎn)生的輕質(zhì)成分(含有大量纖維素)進(jìn)行水解，同時(shí)提取糖，糖水發(fā)酵后還原成乙醇，在水解過(guò)程中還產(chǎn)生電能。試驗(yàn)室提取乙醇濃度為1.6％，經(jīng)蒸餾后其濃度可達(dá)95％。
2．垃圾制取紙漿技術(shù)
日本進(jìn)行過(guò)兩年的"資源再生利用技術(shù)裝置究實(shí)驗(yàn)，其工藝流程如圖2。
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圖2 日本垃圾制漿工藝流程
本工藝要求精制紙漿含紙率在80％以上才能供給工程應(yīng)用，因此預(yù)處理裝置提供符合要求的紙漿化原料成為實(shí)現(xiàn)工藝目的的關(guān)鍵。
3．蒸氧垃圾磚技術(shù)
蒸氧垃圾磚是一種水膠性硅酸鹽建筑材料，它與蒸氧煤渣磚、蒸氧粉煤灰磚等建筑材料的生產(chǎn)原理一樣，是利用無(wú)機(jī)垃圾中的活性Si02和A120，(主要在煤灰中)，在一定的溫度和濕度條件下，與石灰中的有效CaO作用，生成有膠結(jié)能力的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，因其水化生成物具有類似于普通硅酸鹽水化物的性質(zhì)，所以垃圾磚具有墻體材料所需要的強(qiáng)度和力學(xué)性能。西安曾在渭北煤田地區(qū)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，此方法可以根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用在燃煤為主的中小城市。
四、城市垃圾資源化亟待解決的技術(shù)問(wèn)題
1．垃圾成分指標(biāo)
城市垃圾成分十分復(fù)雜，在目前無(wú)法廣泛實(shí)現(xiàn)分類收集的情況下，應(yīng)加強(qiáng)城市垃圾研究力度，制定并不斷完善關(guān)于城市垃圾資源化的標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化垃圾成分指標(biāo)，為城市垃圾資源化技術(shù)的發(fā)展提供依據(jù)。
2．垃圾分選的細(xì)化
垃圾分選的細(xì)化直接影響到垃圾資源化工藝實(shí)現(xiàn) 的可行性，因此，加強(qiáng)垃圾分選技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)，對(duì)于 城市垃圾資源化技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
3．二次污染的預(yù)防措施
在垃圾資源化技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，應(yīng)該注意二次污染問(wèn)題，尤其應(yīng)針對(duì)所產(chǎn)生的廢水、廢氣的特點(diǎn)，改進(jìn)傳統(tǒng)處理方法，實(shí)現(xiàn)工藝目的的同時(shí)防止二次污染的產(chǎn)生。
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