北京市生活垃圾厭氧發(fā)酵技術應用潛力分析
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們環(huán)境意識的提高，人們對垃圾處理越來越重視，厭氧消化技術作為有機垃圾處理的一種方式，可以大大減少原生垃圾填埋量，節(jié)約了寶貴的土地資源，符合我國建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會發(fā)展需求。雖然目前我國垃圾厭氧發(fā)酵應用案例不多，但近幾年卻有逐漸發(fā)展的傾向，下面將厭氧發(fā)酵技術在北京市生活垃圾中的應用做以簡要分析。
1. 國內(nèi)外厭氧發(fā)酵技術研究進展
生物氣利用技術是指采用厭氧發(fā)酵法處理有機垃圾，并產(chǎn)生潔凈能源—沼氣，為人類提供了一種綠色生物能源，具有成本低、環(huán)境效率高及可持續(xù)發(fā)展等特點。同時沼液及沼渣可用來生產(chǎn)有機堆肥。根據(jù)不同的評價指標，厭氧發(fā)酵有很多不同的方法。在實際應用中，通常根據(jù)待處理廢物中有機固體含水量大小分為干法和濕法兩大類。
干法發(fā)酵要求垃圾的含固率一般為 24%～40% [2l，基本上保持了經(jīng)分選預處理后的生活垃圾的原始狀態(tài)因此對進料的預處理要求比濕法垃圾簡單，一般不需要再給垃圾加水，但干法為了滿足廢物高粘度需求，所需設備往往比濕法昂貴。另外，干法發(fā)酵產(chǎn)生的廢水量很少，廢水處理所需費用較少。
濕法發(fā)酵垃圾的含固率一般10%一15%，需要給垃圾加大量的水，所產(chǎn)生的廢水比較多。由于濕法中的漿液處于完全混合的狀態(tài)，因此更容易受到氨氮、鹽分等物質的抑制(3)。
我國城市生活垃圾經(jīng)分選后，需處理的垃圾中含有30%以上的干物質成分，因而更適于采用干法發(fā)酵工藝，而餐廚垃圾含水率較高，一般可達85%以上，故適于利用濕法發(fā)酵工藝進行處理。
厭氧消化技術在國外應用已相當廣泛，據(jù)統(tǒng)計，到目前為止，已有大約117個垃圾處理廠采用厭氧消化工藝，其中90個已在運行，27個還在建設過程中，這些廠的處理能力都在2 500 t/a以上。主要分布在澳大利亞、丹麥、德國等國家，采用此工藝的公司主要有澳大利亞的Entech公司，德國的BAT公司，瑞士的Kompogas公司、丹麥的Kruger公司等(1). 目前國內(nèi)正在建設的北京市董村分類垃圾綜合處理廠（650噸/日）和上海市普陀區(qū)生活垃圾處理廠（800噸/日）主要工藝采用厭氧發(fā)酵技術。
2. 近幾年北京市生活垃圾產(chǎn)生量及成分變化
北京不僅是我國的政治、教育和科學文化中心，也是重要的經(jīng)濟與工業(yè)中心。隨著城市規(guī)模的擴大和城市化進程的加快，北京市的垃圾產(chǎn)生量也在逐年增加。2007年北京市年產(chǎn)生活垃圾619萬噸，并以每年大約7～8%的速度增長；2007全市年生活垃圾清運量601萬噸，并以每年大約10%～12%的速度增長,這主要是因為隨著北京市垃圾密閉化管理覆蓋面的擴大，農(nóng)村垃圾也進入收運體系（表1）。垃圾清運量是垃圾進入處理設施時的實際稱重量。而垃圾產(chǎn)生量這個概念是2004年開始提出的，是理論估算數(shù)據(jù)。
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表1 近幾年北京市生活垃圾產(chǎn)生量及清運量
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同時生活垃圾組成也發(fā)生著較大的變化，主要表現(xiàn)有機物含量增加、無機組分下降、回收物含量增加、垃圾熱值增加等特點（表2）。2006年垃圾中有機成分已達到63.40%，無機物含量由1989年的 52.2%下降到2006年的6.57%，垃圾中可回收利用的物品由1989年的14.2%上升到2006年的28.3%。其中塑料廢棄物的含量變化最大，1989年垃圾中的塑料廢棄物為1.88%，2006年上升為12.7%。塑料廢棄物主要成分是商品包裝物垃圾。2005年垃圾低位熱值已達到 4627kJ/kg。
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表2 近幾年北京市垃圾成分變化
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目前這種高有機物含量的生活垃圾處理難度加大，具體表現(xiàn)在：如直接進行填埋，①占用大量寶貴土地；②產(chǎn)生大量滲瀝液，對地下水造成潛在污染威脅，同時增加滲瀝液收集、處理成本；③產(chǎn)生大量溫室氣體，增加沼氣收集、處理成本；④產(chǎn)生惡臭氣體，污染周圍環(huán)境。如直接進行焚燒，①垃級熱值低，焚燒工況不易控制；②垃圾發(fā)電效率低，焚燒成本高。如直接進行堆肥，①發(fā)酵周期較長，占用土地多；②堆肥過程臭氣控制難度大；③由于堆肥原料是混合垃圾，堆肥產(chǎn)品質量難以保證。而生物氣利用技術是近年來國內(nèi)外處理有機垃圾一種有效方法。
3. 北京市生活垃圾利用生物氣潛力分析
3.1居住小區(qū)的廚余垃圾
北京市2002年開始實行垃圾分類，截至2007年底已有2255個小區(qū)、大廈實行垃圾分類，垃圾分類人口覆蓋率已達到52％。目前北京市居民區(qū)垃圾分成三類：廚余垃圾，可回收物，其他垃圾；其中廚余垃圾是進行厭氧發(fā)酵的很好原料。以2007年為例，北京市生活垃圾產(chǎn)量為619萬噸，按廚余垃圾平均含量為40％，那么廚余垃圾量為248萬噸，折合6795噸/日，具有很高利用潛力。由于垃圾分類是一個系統(tǒng)工程，目前實際分類效果不理想。今后北京市垃圾分類工作將以廚余垃圾分類為突破口，重點將廚余垃圾從其它垃圾中分離處來單獨進行處理。北京市已有、在建綜合處理廠處理能力只有2100噸/日（表3），與每日6795噸的廚余垃圾產(chǎn)量相差甚遠，處理能力嚴重不足。2010年北京市規(guī)劃將新建綜合處理廠10座，處理能力達到8000噸/日（北京市環(huán)衛(wèi)十一五規(guī)劃）。這就為厭氧發(fā)酵技術的發(fā)展提供了廣闊空間。
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表3 北京市已有、在建生活垃圾綜合處理廠
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3.2餐廚垃圾
是指賓館、飯店、餐館和機關、部隊、院校、企業(yè)事業(yè)單位在食品加工、飲食服務、單位供餐等活動過程中產(chǎn)生的殘渣、殘葉和廢棄油脂等廢棄物。與普通垃圾相比，具有含水率高、有機物含量高、油脂和鹽分含量高的特點（表4），適合于濕法厭氧發(fā)酵技術。以剩菜和剩飯為主的垃圾進行高溫厭氧發(fā)酵，調節(jié)適當?shù)目偣腆w含量和pH，生沼氣量是比較可觀的，干垃圾產(chǎn)氣量達到155 L/kg（5）。
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表4 餐廚垃圾的理化性質（4）
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據(jù)初步調查統(tǒng)計，北京市城八區(qū)泔水日產(chǎn)生量約 850噸（4）。北京市餐廚垃圾采用集中處理和分散（就地）處理相結合的方式。鼓勵和支持高新技術在餐廚垃圾處理中的研究和使用，積極推廣先進的技術和設備，尤其是可實現(xiàn)資源化利用的新技術和設備。北京餐廚垃圾集中處理廠正在規(guī)劃建設中，南宮、董村、六里屯、高安屯等，待全部建成后全市泔水日總處理能力可達1200噸（表5）。
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表5 北京市在建、規(guī)劃餐廚垃圾集中處理廠
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3.3城市糞便
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表6 2006北京市糞便清運處理情況
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截至2006年底，北京市糞便處理廠共有13 座，總處理能力在5200噸/日，主要采用固液分離和絮凝脫水工藝，污水排入市政管網(wǎng)。目前只有3座處理廠將固液分離殘渣進行好氧堆肥處理，其余處理廠糞渣目前暫時進行衛(wèi)生填埋處理。另外目前只有1座處理廠絮凝出水實現(xiàn)厭氧生化沼氣利用技術。“十一五”期間北京市規(guī)劃新建糞便消納站9座，新增處理能力 3400噸/日（北京市“十一五”時期環(huán)衛(wèi)專業(yè)規(guī)劃）。目前利用厭氧發(fā)酵技術在處理畜禽糞便的研究應用較多，而應用于城市糞便處理方面研究較少，而且厭氧發(fā)酵技術相對于固液分離處理方式相比投資和運行成本偏高，所以制約其發(fā)展。但厭氧消化是實現(xiàn)有機固體無害化、資源化的一種有效方法，產(chǎn)生的社會和環(huán)境效益是無法。
3.4各種有機垃圾厭氧發(fā)酵技術適用性
針對我國目前混合收集的城市生活垃圾，經(jīng)分選預處理后的有機部分宜采用干法厭氧發(fā)酵工藝；對于餐廚垃圾、糞便垃圾等高含水率的垃圾，宜采用濕法發(fā)酵工藝（7），具有污染小，處理新鮮垃圾及時，資源化利用率高和產(chǎn)品適用性廣的特點（8）。另外可將生活垃圾、餐廚垃圾與糞便、污泥或者高濃度有機廢水混合，提高其可發(fā)酵性。
4.生物氣利用技術在垃圾處理領域有巨大應用潛力
4.1環(huán)保效益
厭氧消化技術能夠最大限度的循環(huán)和再利用垃圾的成分，在處理過程中避免了造成二次污染的有害有毒氣體和液體的排放，kuler(1999年)等報道，每噸城市固體有機垃圾用“分選十厭氧消化十填埋”方式處理比用“分選十堆肥十填埋”的方式處理產(chǎn)生的二氧化碳的量要少0.2 t（9）。因此. 運用厭氧消化技術處理城市生活垃圾可以獲得較好的環(huán)保效益。
4.2經(jīng)濟效益
厭氧消化技術處理生活垃圾對垃圾中的有用物質及能量加以回和利用，使其無用部分達到無害化、減量化，真正做到了物盡其用。以北京市2007年的垃圾量來估算，大約可以獲得12億立方米左右的沼氣，經(jīng)濟效益相當可觀。另外，城市生活垃圾進行厭氧消化處理的殘留物無論是作肥料還是作飼料，都可取得較好的經(jīng)濟效益。
4.3減少原生垃圾填埋量
以2007年為例，北京市生活垃圾產(chǎn)量為 619萬噸，按廚余垃圾平均含量為40％，那么廚余垃圾量為248萬噸，折合6795噸/日，這部分垃圾如果直接進行填埋，每年占地約53畝，按使用壽命 25年計算，總占地為1335畝，浪費了寶貴的土地資源。如果這部分垃圾進行厭氧發(fā)酵處理，每年可獲得沼氣12億立方米，同時節(jié)約了土地，這在土地資源日益緊張的今天顯得更為寶貴。
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