（环境工程专业论文）城市有机垃圾与污泥联合消化的试验研究.pdf

硕+ 学位论文 摘要 当前城市固体废弃物和城市污水处理厂的污泥的处理与处置分别代表两种 不同的废物处理原理。传统的城市固体废弃物管理以处理为主而很少重视前处 理和资源回收问题。随着越来越严格的环境法的采用，城市固体废弃物传统的 陆地填埋处理方式所需费用也越来越高，与传统的城市固体废弃物处理方式相 比，污泥处理涉及了更为广泛的处理方式( 污泥稳定化、污泥体积减少) 和最 终用途( 污泥堆肥、陆地应用) 。通过常规低的固体厌氧消化方法可使污泥稳定 化、污泥厌氧消化处理带来的益处包括：减少最终处理体积、提高脱水性能、 减少腐败性，产生可在厂内使用的甲烷气体、减少了病原有机物。不足的是， 由于污泥中水浓度过高，消化处理要求投入相当大的能量。因此，这种方法对 相对小的污泥处理厂而言，吸引力不大。 本文对污水污泥和城市有机垃圾联合消化技术进行探讨，寻求二者的最佳 比值以获得合适的碳氮比、温度和含水率。以及在最佳条件下考察并分析了痕 量金属离子尤其是f e “、c 0 2 + 、n i “对反应系统的影响，同时分析在最佳条件下 煤狄渣的含量对反应系统的影响。 根据城市有机垃圾与污水处理厂污泥联合消化的对比试验和单因素六水平 试验结果，综合考虑经济性和安全性，微量激活剂f e “、c o “、n i 2 + 最适添加量 分别为0 9 - 1 2 m g ，( l d ) 、0 0 9 0 1 2 r i i g ( l d ) 、o 1 8 - 0 2 4 m ( l - d ) ，这样能使消化 产气量提高3 0 以上、有机物转化率提高1 0 以上、沼气甲烷含量提高1 0 左 右、最大比产气速率提高5 0 以上，并有利于增强系统的稳定性、缩短消化时 间并有效的克服酸积累。研究还酷明f e “、c o “、n i 2 + 对水解酸化菌群没有激活 作用，只有在产甲烷阶段其激活作用方才表现出来。可见，在厌氧消化系统中 调节营养比例、添加微量金属元素是提高厌氧消化效率的有效途径。 煤狄渣不同含量( 5 2 5 ) 的单因素六水平试验结果表明。单位有机物产气 量、甲烷百分含量、最大产气速率等均随煤狄量的增加而适当增加，消化时间 也略有缩短。但是，消化系统所需的用水量增加，并使反应器容积负荷减少 1 0 1 5 。消化效率的提高是由于煤灰渣中含有多种微量元素，而且它含有的氧 化钙和碳酸钙对厌氧系统起到缓冲作用，同时煤灰渣疏松多孔，是微生物良好 的载体。 关键词：城市有机垃圾；污水污泥；联合厌氧消化；微量金属离子；碳氦比；煤 灰渣 城市有机垃圾与污泥联合消化的试验研究 a b s t r a c t t h em u n i c i p a ls o l i dw a s t ea n du r b a ns e w a g et r e a t m e n tp l a n ts l u d g eh a n d l i n g a n dd i s p o s a lo fw a s t ed i s p o s a lo nb e h a l fo ft w od i f f e r e n tp r i n c i p l e s t r a d i t i o n a l m u n i c i p a ls o l i dw a s t em a n a g e m e n t t od e a lw i t h a n dl i t t l ea t t e n t i o nb e f o r e p r o c e s s i n g a n d r e c y c l i n gi s s u e s w i t h t h ei n t r o d u c t i o no fi n c r e a s i n g l y s t r i n g e n t e n v i r o n m e n t a ll a w s ，m u n i c i p a ls o l i dw a s t el a n d f i l la p p r o a c ht r a d i t i o n a ll a n dc o s t s a r e i n c r e a s i n g l yh i g h ，w i t ht h et r a d i t i o n a la p p r o a c ht om u n i c i p a ls o l i dw a s t e ， c o m p a r e dw i t ht h es l u d g et r e a t m e n tb r o a d e ra p p r o a c h ( s l u d g es t a b i l i z a t i o n ，s l u d g e v o l u m er e d u c t i o n ) a n de n d u s e ( s l u d g e c o m p o s t i n g ，l a n da p p l i c a t i o n ) t h r o u g h c o n v e n t i o n a lm e t h o d sw o u l da l l o wl o w s o l i da n a e r o b i c d i g e s t i o ns l u d g e s t a b i l i z a t i o n ，s l u d g ea n a e r o b i cd i g e s t i o np r o c e s s i n gb e n e f i t si n c l u d e ：r e d u c t i o no f f i n a ld i s p o s a lv o l u m ea n di m p r o v ed e h y d r a t i o np e r f o r m a n c e ，a n dr e d u c ec o r r u p t i o n n a t u r e ，t h ep l a n tu s e dt op r o d u c em e t h a n eg a s ，r e d u c i n gt h eo r g a n i cc r o p l e s st h a n f h a t ，b e c a u s eo fe x c e s s i v ec o n c e n t r a t i o no fm u d ，w a t e r ，d i g e s tp r o c e s s i n gd e m a n d s c o n s i d e r a b l ee n e r g yi n p u t t h e r e f o r e ，t h i sm e t h o do fr e l a t i v e l ys m a l l s l u d g e j t r e a t m e n tp l a n t ，n o tv e r ya t t r a c t i v e a l lo ft h eo r g a n i cw a s t ea n du r b a ns e w a g es l u d g ed i g e s t i o nt e c h n o l o g yf o rj o i n t e x p l o r a t i o n ，t h es e a r c hf o rt h eb e s tv a l u et ob eb o t ha p p r o p r i a t ec nt h a n ，t h er a t eo f t e m p e r a t u r ea n dw e t a n di n t h eb e s tc o n d i t i o n so ft h es t u d ya n da n a l y s i so ft r a c e m e t a li o n si np a r t i c u l a rf e “，c o “，n i “i m p a c to nt h er e s p o n s es y s t e m ，a n da n a l y s i s o ft h eb e s tc o n d i t i o n si nt h ec o a la s hc o n t e n to ft h er e s p o n s es y s t e m c o n s i d e r i n go fe c o n o m i c a la n ds a f ea s p e c t sc o m p r e h e n s i v e l y ，t h eo p t i m a l a d d i t i o nq u a n t i t yo ft r a c em e t a li o n s f e “，c 0 2 + a n dn i “i s0 9 1 2m g ( l d ) ， o 0 9 0 1 2m g ( l d ) a n do 1 8 0 2 4m g ( l 。d ) c o r r e s p o n d i n g l y ，a c c o r d i n gt or e s u l t so f c o m p a r a t i v ee x p e n r i m e n t sa n ds i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t so fc o - d i g e s t i o nf o rm o r a n ds e w a g eb i o s o l i d s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eb i o g a sp r o d u c t i v i t y , t h ec o n v e r s i o n e f f i c i e n c yo fo r g a n i cf r a c t i o n ，t h em a x i m u ms p e c i f i cr a t eo fb i o g a sp r o d u c t i o na n d m e t h a n ec o n t e n ti nb i o g a si n c r e a s eb y3 0 ，10 ，5 0 a n d1o c o r r e s p o n d i n 9 1y ， i j 硕十学位论文 a n dt h es t a b i l i t yo fd i g e s t i o ns y s t e mi se n h a n c e d ，t h ed i g e s t i o np e r i o di ss h o r t e n e d a n dt h ep r o b l e mo ft h ev o l a t i l ef a t t ya c i da c c u m u l a t i o ni ss o l v e de f f e c t i v e l y i n a d d i t i o n ，f e 2 + ，c 0 2 + a n dn i “c a na c t i v a t eb a c t e r i ao n l yi nm e t h a n ep h a s e ，n o ti n h y d r o l i z a t i o n - a c i d i f i c a t i o np h a s e i t i sa ne f f i c i e n t p a t ht o e n h a n c ea n a e r o b i c d i g e s t i o nb ya d j u s t i n gn u t r i t i v ep r o p o r t i o na n da d d i n gt r a c em e t a li o n s t h es i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t sw i t ht h er e f u s ec o n t a i n i n gc o a la s hr e s i d u ew e r e c a r r i e do u t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eb i o g a sp r o d u c t i v i t y , t h em e t h a n ec o n t e n ti n b i o g a s ，t h em a x i m u ms p e c i f i cr a t eo fb i o g a sp r o d u c t i o ni n c r e a s e ，a n dd i g e s t i o n p e r i o di ss h o f t e n e dw i t ht h ei n c r e a s eo fc o a la s hr e s i d u ec o n t e n ti nr a wm a t e r i a l so f d i g e s t i o nf r o m5 t o2 5 ，h o w e v e r ，t h ew a t e rc o n s u m p t i o ni n c r e a s e st or e a c ht h e c e r t a i nw a t e rc o n t e n ta n dt h ev o l u m el o a dr a t ed e c r e a s e sb y1 0 t o1 5 t h et r a c e m e t a le l e m e n t si nc o a la s hr e s i d u e su t i l i z e db ym i c r o b e sc a ni m p r o v et h ea n a e r o b i c d i g e s t i o ne f f i c i e n c y ，a n dt h ec a l c i u mo x i d ea n dc a l c i u mc a r b o n a t ei nc o a la s h r e s i d u e sc a nb u f f e rt h es o l u t i o n ，i nt h em e a n w h i l e ，c o a la s hr e s i d u e si sag o o dc a r r i e r o fb a c t e r i a k e yw o r d s ：m u n i c i p a lo r g a n i cr e f u s e s ；s e w a g eb l o s o l l d s ；c o - d i g e s t i o n ；t r d c e m e t a li o n s ；c a r b o n - n i t r o g e nr a t i o ；c o a la s hr e s i d u e s 1 1 1 城市有机垃圾与污泥联合消化的试验研究 插图索引 图1 1 城市垃圾资源化综合处理简要工艺流程图8 图2 1厌氧消化两阶段示意图1 1 图2 2甲烷丝状菌和甲烷八叠球菌扫描电镜图1 8 图2 3adm 1 涉及的厌氧消化中的生化过程及微生物3 0 图2 4b t a 工艺3 1 图2 5b i o c e l 工艺3 2 图3 1a 型小试实验装嚣图3 4 图3 2b 型小试试验装置示意图3 4 图3 3 氮磷钙测定仪3 6 图4 1累积产气量与消化时间关系曲线4 2 图4 2各反应器的最大比产气速率4 3 图4 3 消化液v f a 浓度与消化时间关系曲线4 3 圈4 4 各因素影响程度比较4 5 图5 1反应器累积产甲烷量与消化时间关系曲线4 8 图5 2反应器消化液v f a 随时间变化曲线4 9 图5 31 6 群反应器日产气量曲线5 2 图5 41 6 撑反应器累积产气量与消化时间关系曲线5 2 图5 5 1 6 撑反应器总产气量7 - - 5 2 图5 6 1 6 静反应器内p h 值随时间变化曲线5 3 图5 71 6 撑反应器消化液v f a 随时间变化曲线：5 3 图5 81 6 带反应器消化液c o d c r 随时闯变化曲线5 3 图5 91 6 # 反应器最大比产气速率5 4 图5 1 01 6 样反应器单位可挥发性固体产气率5 4 图6 1某市垃圾中煤灰渣的年变化趋势5 8 图6 21 6 撑反应器同产气量曲线6 1 图6 31 6 弗反应器日累积产气量与消化时问关系曲线6 2 图6 41 6 聋反应器总产气量比较图6 2 图6 51 6 挣反应器最大日产气量比较图6 2 图6 6 1 6 撑反应器消化液p h 值随消化时间变化曲线6 3 图6 71 6 样反应器消化液v f a 浓度随时间变化曲线6 3 图6 81 6 撑反应器消化液c o d c r 随时问变化曲线6 3 图6 91 6 # 反应器最大比产气速率比较6 4 v 硕士学位论文 图6 1 01 - 6 群反应器单位v s 产气率比较6 4 v 城市有机垃圾与污泥联合消化的试验研究 表1 1 表1 2 表1 。3 表2 1 表2 2 表2 3 表2 4 表2 5 表2 6 表4 1 表4 2 表4 3 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表6 1 表6 2 表6 3 表6 4 附表索引 部分城市的垃圾物理组成2 我国南方城市2 0 0 0 年前后的垃圾性状估计3 生活垃圾几种处理技术的比较8 产酸菌和产甲烷菌的特性参数2 0 几种常见病菌与寄生虫的死亡温度2 3 各种废物的碳氮比2 4 对厌氧消化有抑制作用的物质2 6 城市垃圾成分分析2 6 城市污水处理厂脱水污泥的主要成分2 6 城市垃圾以及污泥的物理和化学特性4 1 因素水平表4 2 正交试验设计表4 4 微量激活剂添加量4 8 消化原料性质分析5 0 单因素六水平试验微量激活剂添加量表5 1 微量激活剂添加量实验降解效率分析5 4 煤灰渣中微量元素含量5 9 消化原料性质分析6 0 含煤灰渣生活垃圾高温消化实验配料表6 1 含煤灰生活垃圾高温消化实验1 6 撑反应器降解效率分析6 4 v l 硕士学位论文 第1 章绪论 城市垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产 生的固体废物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾的固体废物。城市有机 垃圾是指城市生活垃圾中有机质含量很高而含水量低的固态废物，一般具有可生 化降解性。 庞大的垃圾量废弃于环境中，既超过了环境自然消纳能力，严熏危害生态环 境和人民的健康，又造成了资源的极大浪费。中国目前6 6 8 座城市中有2 3 的城 市被垃圾所包围，且有1 4 的城市已无适合场所堆放垃圾。垃圾污染事故频出， 严重破坏了城市生态环境系统的平衡，已成为制约城市社会经济发展的主要因素 之一。在城市生活垃圾的处理已成为世界性的十大要害问题的今天，能否正确的 认识垃圾处理问题，并确实的采取合理的方法处理和处置垃圾问题已成为世界可 持续发展战略的重要内容之一，受到世界各国的普遍关注，对垃圾处理进行科学 的探索，更是引起各国的广泛重视【l - 2 j 。 1 1 我国城市生活垃圾的产量及其组成 1 1 1 城市生活垃圾的产生量 随着我国城市化进程的加快，人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量逐 年上升。据统计，我国城市生活垃圾产生量平均每年以近9 的速度增长，2 0 0 1 年垃圾年产生量达到1 5 0 亿t ，历年堆存量高达6 0 多亿t ，侵占6 亿平方米土地。 有资料表明，中国目前6 6 8 座城市中有2 3 的城市被垃圾所包围，且有1 4 的城 市已无适合场所堆放垃圾。垃圾污染事故频出，严重破坏了城市生态环境系统的 平衡，已成为制约城市社会经济发展的主要因素之一。我国城市人均年产生活垃 圾4 4 0k g ，是人均粮食占有量的1 1 6 倍，近1 0 年来我国城市生活垃圾年均增长 率为8 1 0 ，与日俱增的生活垃圾已成为困扰经济发展和环境治理的重大问 题。中国经济的高速增长，尤其是大规模的工业化推动了城市化的快速发展。 1 9 7 8 1 9 9 7 年1 9 年间增加的城市数量足改革开放前3 0 年的8 1 倍，t 9 9 7 年城市 数量是1 9 7 8 年的3 6 7 倍，平均每年新增加2 5 6 个城市。这段时间里，我国城镇 人口增长了1 9 7 4 4 万人，年均增长率达到4 。l 。根据目前我国城市化趋势预测的 结果，到2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年，我困城镇人口比重将分别达到4 3 、6 0 和7 6 左右。今后5 0 年是我国人口和城市化的高峰期。根据前述城市化水平推 算，2 0 1 0 年、2 0 3 0 年和2 0 5 0 年我国将分别有6 亿、9 3 亿和1 1 9 9 亿人口居住在 城市。按照目前我国城市人均年产4 4 0 k g 生活垃圾的水平推算，将分别产生生活 城市有机垃圾与污泥联合消化的试验研究 垃圾2 6 4 亿t 、4 0 9 亿t 和5 2 8 亿t 。城市生活垃圾若得不到妥善处理，“垃圾围 城”的局势将日趋严重p j 。 1 1 2 城市生活垃圾的组成 表1 1 是我国一些城市( 主要是长江流域，冬季无取暖要求的城市) 的垃圾组成 数据f 数据采集期1 9 8 8 1 9 9 2 年) 。据此看出我国城市垃圾的组成特点、影响因素 和变化趋势。 表1 1 部分城市的垃圾物理组成( ) 湖北的宜昌、沙市和四川的乐山、重庆四市”上海、苏州、常州和南京四市 产生量单位( k g , k a 1 组成特点：这些城市的垃圾中占最主要份额的是以煤灰为代表的无机灰渣和 以厨房垃圾为代表的动植物残余，二者之和占总量9 0 9 5 之n ( n n 除外1 ， 可回收废品在5 1 0 之问，废品以纸、塑料和玻璃较多，金属和纤维较少。( 2 ) 影响因素：城市居民的消费水平和燃料结构是影响我国城市垃圾组成的主要因 素。其中前者决定垃圾中可回收废品分率，从消费水平最高的深圳的2 5 以上， 到消费水平较高的江浙沪诸市为1 0 上下，至川鄂赣诸市降到5 左右。后者则 影响无机灰渣与动植物残余的分配关系，从燃煤区的2 5 1 降至燃气区的o 2 1 。 可以看出燃料结构似乎对废品比例也有一定的影响。气化区的废品率高于燃煤 区，这可能由二种原因引起，一是燃煤区垃圾人均发生量大于燃气区；二是气化 区居民的居住消费均可能好过燃煤区居民。( 3 ) 变化趋势：我国大中城市的民用燃 料主要向燃气化方向发展，至下世纪初，中等发达地区可达6 0 左右，较发达地 区可达8 0 以上的气化率，这样相应的扶渣与动植物残余之比为1 ：1 1 和1 ：3 。 居民消费水平的发展，较发达地区可与深圳取齐，中等发达地区可稍高于较发达 地区现状，则垃圾中废品分率分别为2 5 和1 5 。废品的组份分布，据“七五” 至“八五”期间，垃圾中纸、塑和会属含有量变化情况观察，其相应的年增长率 分别为1 0 1 5 、 2 0 、1 0 和5 。依此可予测我国南方城市下世纪初的 垃圾理化性状如表1 2 。 硕士学位论文 注：表中v s 和b v s 分别代表垃圾中的有机物和生物可降解性有机物，其值为干基百分比，热值为垃 圾低位发热量，单位为i 鲫k g ) ，此三项韵值均据物理l l l 成估算。所谓中等发达城市是指长江流域和南方 沿海的省会或部分计划单列市，较发达城市足指k 江和株江二三角洲的省会和计划单列市1 2 j 。 由此可以看出，我国城市垃圾中的有机物所占比重不断增加，可降解性不断 提高，为利用微生物处理提供的物质基础。而且，我国南方城市降雨量大，垃圾 含水率高，垃圾的热值降低，不利于焚烧，更利于利用微生物处理。 1 1 3 城市生活垃圾的危害 城市生活垃圾的恶性累积，已成为世界性的环境灾难。它的危害主要表现在 以下几个方面：侵占土地、污染水体和土壤、污染大气、传播疾病等。 据不完全统计，近年来中国城市固体废物堆放量已高达7 0 x 1 0 9 t ，侵占土地 面积约6 0 x 1 0 8 m 2 。城市生活垃圾大量堆放，侵占了大量的农田、滩涂、河道和 山沟，有的地区甚至在城乡交界处的道路两侧和自然风景区也随处可见大量自然 堆放的生活垃圾。全囡6 6 8 座城市中约有2 0 0 座城市处于垃圾污染重围之中1 4 5 j 。 城市生活垃圾中含有病原微生物，在堆放腐败过程中j 丕会产生大量的有机污 染物，并会将垃圾中的重金属溶解出来，从而形成有机物、重金属和病原微生物 三位一体的污染源。有机污染物会溶解在雨水和地表水中，这些渗滤液成分复杂， 从某些填埋场渗滤液中检出的主要有机污染物有7 7 种，其中芳烃2 9 种、烷烃烯 烃1 8 种、酸类8 种、脂类5 种、酚醇类6 种、酮醛类4 神、酰胺类2 种、其他5 种。渗滤液流入其周围的地面水体和地下水体，对水体造成很大的污染1 6 1 l ；渗滤 液渗入土壤，造成土壤污染，危害农业生态f 8 - l ”。 城市生活垃圾在适宜的温度和湿度下被微生物分解，能释放出有害气体，危 害周围大气环境，即使是垃圾填埋场也会产生大量的填埋气体造成大气污染。填 埋气体的主要成分是c h 4 和c 0 2 ，= 者均为温室气体。垃圾堆放场和垃圾填埋场 产生的c h 4 约占人类c h 4 排放总量的1 0 一2 0 ，c h 4 的密度为0 7 2 ，在正常情 况下会很快升空并造成臭氧层的耗损，其对臭氧层的破坏是c 0 2 的2 0 倍l l “。 垃圾堆放场是大量蚊蝇、老鼠、病原体的滋生传播源。另外，有些地方将， 活垃圾筛分后直接施于农田，由于寄生虫卵等未经杀灭，会通过作物、蔬菜返回 人体传播疾病。 另外，随着城市垃圾中有机物含量的提高和由露天分散堆放变为集中堆存， 3 城市有机垃圾与污跳联台消化的试验研究 只采用简单覆盖易造成产生甲烷气体的厌氧环境，使垃圾产生的沼气量增加，危 害r 益突出。例如，1 9 9 4 年1 月8 日，湖南省岳阳市羊角山垃圾填埋场就发生了 较大的垃圾大爆炸。其次，由于缺乏无害化处理处置设施，大量的城市垃圾只能 运往郊区农村直接堆放或进行简单填埋处理，对环境污染严重，引起周围居民的 强烈不满。这种“清洁了城市，污染了农村”的污染转嫁做法开始遇阻，郊区农 民拒收垃圾和反对在当地建垃圾填埋场引发事件已屡见不鲜，有时候甚至演化为 激烈的社会问题。一些城市已经很难找到处置城市垃圾的地方，造成清运成本上 升，对政府压力越来越大。 城市生活垃圾的处理方法目前，解决日益增长的城市生活垃圾问题的方法主 要有填埋、焚烧、堆肥和资源化综合治理等方法。我国城市生活垃圾处置的方式 目前主要是填埋、焚烧和堆肥。其中，填埋约占垃圾全部处理量的7 0 ，堆肥约 占2 0 。焚烧占少量。填埋法占地广、投资大，尤其是生物质能难以得到有效利 用。填埋场渗沥水多数未经必要的收集与净化处理，或者由于防渗层的破坏，稍 有不慎便会使分散污染变成集中污染，对土壤、地下水和大气造成直接影响。焚 烧法实现了能源化，节约了土地，但它投资高，以及高毒挂的二恶英类气体排放 是该法的致命弱点；好氧堆肥与厌氧消化能使有机垃圾处理达到无害化、资源化 和减量化的效果，已在国内外日益引起重视并得到迅速发展。 1 2 污泥的现状、特点和危害 对于城市污水，目前国家政策大力支持建设城市污水处理设施，以保护水环 境防止水污染，促进国民经济和环境保护可持续发展。城市污水污染问题会得到 逐步缓解，但城市污水污泥处理和处置是国内一直没有很好解决的，污泥处理、 处置不当会引起严重的二次污染，因而污泥的处理和处置是城市水污染治理必须 要解决的问题。 8 0 年代我国污水处理厂迅速发展，带来了大量的剩余污泥合理处黄问题。以 上海为例，1 9 8 9 年仅城市污泥水产生的污泥口，达2 2 0 0 t d ，相当于城市垃圾同排 量的3 2 ，再加上工业废水处理的污泥，其年总产生量超过百万t 。而目前上海 废水处理量只占排放量的2 0 3 0 ，因此可预计今后污泥的数量将更加巨大。剩 余污泥是由代谢的微生物尸体和吸附物组成，排放时含水率为9 9 以上，经机械 脱水后呈泥十状，含水率仍高达8 0 以上。现有的城市排水系统大多有工业废水 排入，致使污泥中含有较多的重金属，一些工业废水污泥中金属和有害物则更多， 这样，再加卜经济和其他一些原因，污泥农用r 趋困难。 污泥的焚烧处置能避免重金属在土壤中长期积累和防止病毒污染等一系列 的问题，在发达国家和地区不断的发展，而且已成为人口密集地区主要的污泥处 理方法。但是焚烧处理费用昂贵，上海菜厂拟建的一套年处理1 万装置，每吨 硕十学位论文 污泥( 含水8 0 多) 处理成本2 0 0 元，而国外的大型焚烧装置处理成本也在2 0 0 元左 右。从我困现状看，污泥焚烧处理经济上难以负担。据调查，随引进项目带入的 儿套焚烧装置都已停用目前数量庞大的污泥大多未经合理处置，重新排放到环 境中造成新的污染。污泥处置问题己成为发展污水处理的障碍之一。国家和不少 地方环保部门都把它列为重要的环保研究课题。 污泥是一种有效的生物资源，含有促进农作物生长的氮、磷、钾等营养物质， 含量离达5 0 以上的有机质是良好的土壤改良裁。但是若不对污泥进行任何处 理，直接做为普通有机肥，则不能完全满足作物生长的要求，还可能造成其它方 面的污染。同时，污水处理过程中产生的剩余污泥具有含水率高、易腐烂、有恶 臭、含有大量寄生虫卵与病原微生物等特点。如不加以妥善处理。任意排放将 会造成二次污染。据统计，我国城市污水处理厂每年排放干污泥约2 0 万吨，并 以每年2 0 的速度递增。北京市已建和拟建的污水处理厂处理能力将达到2 6 2 万 t d ，同时产出污泥约为2 5 0 0 m s d ( 含水率为8 0 ) 。所以对于污水污泥应该统筹 规划，采用先进技术无害化处理后傲为肥料。这样不但可以节省大量的污泥终端 处簧费用，更可以为肥力低下的北京地区农用增添有机质，提高肥力促进农业生 产发展，实现农业生态环境的良性循环。但现在大量未经处理的污泥没有正常出 路。许多城市仍采取购地露天堆放的方法。造成城市周围垃圾成山、蚊蝇孽生、 环境污染的状况。 1 3 城市垃圾常用处理方法及其比较 随着环境工程技术的发展，垃圾处理已由过去的耗资费时的单一收运堆存消 纳，转向垃圾减量化、无害化与资源化方向发展。在废弃物的综合利用及其资源 化研究中，最为突出的就是有机废物的能源回收技术。厌氧消化克服了好氧堆肥 占地大、处理时问长、管理复杂等问题，具有过程可控制、易操作、降解快、生 产过程全封闭，产物可计量和能量再利用等特点。欧洲近十年来积极开发这一新 的垃圾处理技术，并已取得生产实验成功【1 3 _ “ ，每年大约有一百力吨的垃墩通过 厌氧消化得到处理。尽管目前在欧洲垃圾厌氧消化的处理量只有好氧堆肥的5 。 但我们注意到有些国家正通过立法来限制填埋和好氧处理以减少温室气体的排 放。随着源分选垃圾的逐渐增加，分选出的有机垃圾量也越来越大，这部分有机 垃圾非常适合于厌氧消化处理，有机垃圾厌氧处理所占比例必将快速增加。乍活 垃圾厌氧消化的发展前景非常可观i 丌1 ”。针对城市垃圾的厌氧发酵技术我国还没 有应用，但我国近些年在城市有机垃圾厌氧消化实现生物质能利用方面也做了一 些初步研究1 1 9 埘l 。 城市有机垃圾与污泥联合消化的试验研究 1 3 1 填埋 填埋是一种垃圾终极处理方法。采用底层防渗，垃圾分层填埋，压实后顶层 覆盖土层，使垃圾在厌氧条件下发酵，以达到无害化处理。 填埋法的优点是投资较小，方法简单，处理量大；缺点是占地多，填埋1 吨 垃圾需占地3 立方米，如闩处理垃圾4 0 0 吨，一年占地约4 4 万立方米，造成渗 漏液污染水资源。哈佛大学研究人员的实验证明，填埋场周围地表水及附近水溪 沉积中c r 、c d 、a l 、c u 、z n 、p b 、c o 、h g 等含量明显升离，有的超标上百倍， 在填埋场区上空h g 含量是背景值的1 0 一1 5 倍；不能杀死有害细菌；处理周期长； 没有投资收益：产生的有害气体搜集j b 丰l b 困难，甚至有引发气体爆炸的危险等。 垃圾中有机质含量达2 0 时，1 吨垃圾约产生甲烷1 0 0 立方米。若处理不当，会 发生火灾、爆炸事故，我国北京、上海、重庆、广州等地几个垃圾场都发生过爆 炸，有的还造成人员伤亡。同时，甲烷气还是重要的温室气体，其影响甚至超过 c 0 2 。 我国目盼处理城市生活垃圾的方式以填埋为主，很多城市都建设了垃圾填埋 场，这些填埋场虽然在缓解垃圾污染方面起到了一定的作用，但也因填埋而占用 了大量宝贵的耕地。而且多数填埋场采用的是简易的填埋方式，没有很好地压实 ( 有的甚至未作任何处理，垃圾直接露天堆放) ，也没有彻底解决渗漏问题，造 成土地被占领后几乎是永远丧失了耕种的价值，并且对地下水造成了严重污染。 1 3 2 焚烧 焚烧法是一种高温热处理技术，即有机、无机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧 反应，垃圾中的有害、有毒物质在高温下被氧化热解。 垃圾燃烧法有很多优点：能使垃圾迅速、大比例减容，一般可使垃圾减容9 0 ； 无害化彻底，细菌、病源菌在高温下能较彻底的被杀死；余热可发电供热，占地 面积小等。所以垃圾焚烧处理可使垃圾达到无害化、减量化、资源化的目的。所 以法国、德国、同本等国已将焚烧垃圾发电作为开发新能源的一条途径。闩本目 前有垃圾焚烧发电厂1 3 1 个，发电功率在4 2 1 0 5 千瓦左右。美国从2 0 世纪8 0 年代起，政府投资7 亿美元，兴建9 0 座焚烧厂，年总处理量达四f 吨。但是， 焚烧过程中易产生大量的二恶英。二恶英为脂溶性物质，毒性很大，是目前发现 的最有毒的化学物质之一，易积累于生物体内的脂肪组织中，不易被降解和排出， 即使是微量，人类长期摄取也会引起癌症、胎儿畸形、导致遗传基因突变以及影 响生殖机能、机体免疫功能等危害。垃圾焚烧过程中还释放出几十种乃至上百种 的金属“飞灰”和酸性气体，影响人体健康。而且，焚烧法固定投资犬，运行费 用高。 在工业发达国家r i ，垃圾处理的= 三要方式是焚烧，一方面是由f 其产生的垃 硕士学位论文 圾中可燃物质含量高，致使垃圾的燃烧热大；另一方面是由于其经济发达，能够 提供足够的资金建立垃圾焚烧场和垃圾焚烧过程所需要的高额费用。据美国报纸 报道，2 0 0 1 年3 月2 6 曰，纽约市最后一个大型卫生填埋场关闭，美国生活垃圾 实现了全部焚烧综合处理。采用垃圾焚烧法的前提是垃圾的可燃成分含量要高， 即垃圾要有一定的低位热值，有资料要求焚烧垃圾的热值大于3 3 0 0 k j k g ，否则， 必须添加助燃烧剂，这将大大提高运行费用，一般城市难以接受。但有关研究表 明，采用焚烧法处理垃圾其热傻至少要达到5 0 0 0k 1 k g ，经济效益才显著。世界 发达国家城市生活垃圾的可燃有机物成分较高( 5 3 0 8 2 9 ) ，采用焚烧处理有 其良好的基础。日本、瑞士、丹麦、新加坡等国，焚烧量占垃圾总处理量的 7 0 8 5 。在中国就有一定的困难，特别是混装垃圾，其低位热值多在4 0 0 0k j k g 以下，可燃烧的有机物含量仅为1 7 6 5 6 2 。大多数发展中国家垃圾的主要处 理方式仍然是传统的填埋法，其主要原因是：( 1 ) 城市生活垃圾中低热值成分多、 水份高、难燃烧，需补充大量能源：( 2 ) 焚烧过程中产生大量的二恶英等有害气 体，严重污染大气，要想根除需加大投资和二次燃烧的运行费用。焚烧法将可再 生利用资源与其它垃圾一并焚烧掉，无法实现对资源的循环再利用。此外，焚烧 法虽可以用来发电，但其发电量有限、电压不稳，而且并网难度大。 1 3 3 堆肥 堆肥是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的人为 控制条件下，让垃圾中可降解的成分在微生物作用下转化为稳定的腐殖质，且在 发酵时的高温下杀死垃圾中的病菌、虫卵等。成为可施用作农田的土壤改良剂或 肥料的生物化学过程中。 堆肥是目前采用较多的方法。按堆肥过程中需氧量的不同，垃圾制肥工艺可 分为两种：厌氧堆肥和好氧堆肥。厌氧堆肥是依靠专性和兼性厌氧细菌的作用降 解有机物的生化过程，此法有机物的分解速度缓慢、发酵周期长、占地面积大： 好氧堆肥是依靠专性和兼性好氧细菌的作用降解有机物的生化过程，此法有机物 的分解速度快、堆肥所需天数短、臭气发生量少，因此采用较多。 堆肥的优点是投资成本小，操作简单；缺点是杂质、金属和重会属有害物不 能有效分离，长期施用堆肥产品，容易造成杂质在土壤表层沉积。而且堆肥过程 中发出难闻的气味，产品有机含量不稳定，堆肥过程中养分被大量释放降解，有 效成份低，对垃圾中的病原体杀灭不彻底。容易造成二次污染。丽且，堆肥受到 垃圾含水量高的限制，需要添加固形物。目前国内堆肥产品由于肥效不高，因此 销路不畅。这方面的技术还有待研究和t 程实践。 1 - 3 4 资源化综合处理 由于城市生活垃圾的成分很复杂，采用单。的方式处理垃圾，垃圾往往不能 城市有机垃圾与 _ 泥联台消化的试验研究 得到充分处理，易形成二次污染。垃圾的资源化综合处理则是针对垃圾内的不同 物质，分别采用不同的方法进行处理( 见图1 1 ) 。首先对垃圾进行充分分选，主 要可分成三类物质：一类是可回收利用的物质如废纸、废金属、废玻璃等；二是 厨余物等有机物；三是砂石、渣土等无机物。把分离出的有机物制成高效有机复 合肥，将废纸、废金属、废玻璃等可再生利用的物质分别回收，剩下的砂石、渣 土等无机物可用来作建筑用材或制砖等。该方法的缺点是对垃圾实现充分分选比 较困难。2 0 0 3 年1 0 月，国家出台了城市生活垃圾分类标志，有利于城市生活 垃圾的分选，为资源化综合处理提供的条件。 生活垃圾各种处理技术比较见表1 3 。从表1 3 可以看出，对城市生活垃圾进 行资源化综合处理，不仅费用较低，而且对垃圾的各类物质均实现了资源化的利 用或再生，达到了彻底治理垃圾污染，实现了减量化、无害化和资源化处理的目 的。所以，采用这种方法处理垃圾是目前较适合我国垃圾现状的种方法 2 2 i 。 图1 1城市垃圾资源化综合处理简要工艺流程图 表1 3 生活垃圾几种处理技术的比较 1 3 5 其他方法 8 硕士学位论文 城市，l 二活垃圾处理的方法还有垃圾热解、垃圾燃料法、垃圾投海法、垃圾 筑路法以及垃圾制砖法等。 1 4 污泥常用处理方法 在废水处理中产生的污泥是一种介于液体和固体之间的浓稠物质，它很难通 过沉降来进行固液分离。废水处理中对污泥的处理是一个重要环节。污泥处理处 置与其他固体废物的处理处置一样，都遵循减量化、稳定化、无害化的原则。为 达到此目的，通过各种装置的组合，构成了种种污泥处理处置的工艺。 1 4 1 污泥好氧堆肥 污泥中含有大量的有机质、氮、磷、钾等植物需要的养分，其含量高于常用 的牛羊猪粪等农家肥，可以与菜籽饼、棉籽饼等优质的有机农肥相媲美。但是污 泥中往往含有有害成分，因此在土地利用之前，必须对污泥进行稳定化和无害化 处理，如好氧、厌氧消化、堆肥化等，其中堆肥化处理是较多采用的一种方法。 堆肥化处理一般指好氧堆肥1 2 3 l 。 堆肥化是利用微生物的作用，将不稳定的有机物降解和转化成较为稳定的有 机质，并使挥发性物质含量降低，减少臭气；物理性状明显改善( 如含水量降低， 呈疏松、分散、粒状) ，便于储存、运输和使用；高温堆肥还可以杀灭堆料中的 病原菌、虫卵和草籽，使堆肥产品更适合作为改良剂和植物营养源。 我国农村利用杂草、秸秆等和禽畜粪便混合，制成有机肥料的做法已有很长 历史，但这种堆肥过程主要靠自然通风或表面扩散向堆科供氧，由于供氧不充分， 这种堆肥实际上是厌氧发酵过程，其堆肥时间长，卫生条件差，不能作为污泥大 规模处理的手段。而现代堆肥化大多指好氧快速堆肥过程，污泥堆肥过程的主要 技术措施比较复杂，主要包括：调整堆料的含水率和适当的碳氮比，选择填充料 改变污泥的物理性状，建立合适的通风系统，控制适当的温度和合适的酸碱度等。 污泥好氧堆肥的一般工艺流程主要分为前处理、一次发酵、二次发群和三个过程。 1 4 2 污泥厌氧堆肥 污泥厌氧消化p 叫一般是在密闭的消化槽内，主要是通过兼性厌氧细菌和厌 氧细菌的作用使有机物分解矿化，最终生成以甲烷为主的沼气。厌氧消化一般可 分为两个阶段，即酸性发酵和甲烷发酵阶段。酸性发酵阶段分为两个过程。第一 步是水