城生活垃圾处理工艺现状及其展望.doc

。城市生活垃圾处理工艺现状及其展望汪孝岚，梁峙*（徐州工程学院 环境工程学院，江苏 徐州 221000）摘要：城市生活垃圾是一个全球性环境问题，在污染大气、水、土壤的同时，也阻碍了人口、资源、环境的可持续发展。文章通过对我国四种主要的城市生活垃圾处理技术-填埋、堆肥、焚烧、热解气化技术的介绍，评述了四种处理技术的的优缺点，提出了对未来我国城市垃圾处理技术发展方向的展望。关键词：城市生活垃圾；处理技术；优劣；展望The Present Situation and Process of Treatment Technology for Urban Domestic WasteWANG Xiao-lan，LIANG-Zhi*（College of Environment Engineering，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou 221000，China）Abstract : Urban domestic waste has become a global problem . When it pollutes the atmosphere, water and soil, it also hinders sustainable development of population , resource and environment. By introducing the main four urban domestic waste treatment technologies including landfill, composting , incineration and catalytic pyrolysis gasification in China , this article comments on the advantages and disadvantages and proposes to the future urban waste treatment technologies of the prospects of the development direction.Key words: urban domestic waste; treatment technology; advantages and disadvantages ; looking ahead1引言据统计，早在1992年我国城市生活垃圾年人均产量已达到440kg，粮食年人均产量为378kg，生活垃圾年人均产量约为粮食产量的1.2倍，且随着城市规模的扩大，人们的物质需求不断增加，导致垃圾的产量每年以10%的速度增加，但城市生活垃圾的无害化处理程度仅为15%，其中按处理量统计填埋、堆肥和焚烧的处理比例如表1所示。垃圾的污染问题对人口、资源、环境已构成了严重的威胁，未经处理的垃圾不仅会影响城市美观，造成视觉污染，还会污染土壤、河流，也会通过食物链的累积作用，对高等生物体产生严重危害，最终影响人类健康，如长期吸入污染气体会诱发哮喘、气管炎等疾病，严重者将导致肺部功能降低。随着人类文明的进步，人们越来越意识到只有合理的处理利用垃圾，才能在保护环境、节约资源的同时，保护人类的健康，达到人与自然和谐相处的目的1-2。表1 我国城市生活垃圾主要处理方法所占比例年份 填理/% 堆肥/% 焚烧/% 其他%2006 81.21 11.54 7.04 0.212007 81.25 10.47 7.54 0.742008 79.53 9.78 8.15 2.542009 75.58 8.12 14.63 1.672010 75.01 8.1 15.28 1.612生活垃圾处理技术目前城市生活垃圾处理技术有填埋、堆肥、焚烧和热解气化技术四种。人口密度、经济发展水平以及垃圾成分等因素对城市生活垃圾处理技术的选择起着重要的决定性作用。2.1 卫生填埋技术垃圾填埋是我国主要的垃圾处置方法，主要分为简易填埋、受控填埋、卫生填埋。卫生填埋是利用物理化学、生物化学作用将垃圾中的有害物质分解的处理技术。其处理过程首先对填埋场进行防渗处理，在限定的区域内将40-80cm厚的垃圾压实，然后覆盖20-30cm无毒无害的粘土或沙土，这两层共同构成一个单元，多个相连接的单元在达到最终高度后构成一个填埋层，顶部再覆盖一层90-120cm厚的土壤和防水层，以防止雨水进入渗滤层并防止填埋层中气体的排出，压实后封场。这种将垃圾从填埋至稳定化的处理过程一共要经过5个阶段。第一初始调整阶段，此过程为好氧生物降解阶段，糖类物质与氧气反应生成水和二氧化碳，一般反应所需时间较长，而且渗滤液中含有高浓度的重金属、硫酸盐和硝酸盐，因此对底部防渗系统的渗透性能有很高的要求；第二过渡阶段，兼性厌氧菌发生兼性厌氧降解，硫酸盐和硝酸盐还原后浓度下降；第三酸化阶段，兼性和专性厌氧菌起到了降解作用，含氮和碳氢类的有机质在分解菌的作用下分解为酸和氢气，pH值下降，硫酸盐和硝酸盐浓度继续下降；第四甲烷发酵阶段，酸和氢气与二氧化碳反应产生甲烷，同时重金属与硫化物等发生沉淀反应，重金属浓度大大下降，但反应时间长，速率慢；第五稳定阶段，重金属离子、硫酸根、硝酸根离子浓度稳定在很低的水平，反应基本结束。卫生填埋的优点在于建场一次性投资低、处理量大、适应性广，可接受各种类型的城市生活垃圾而不需要对其进行分类收集，但由于大量的土地资源会被占用，所以对于人口密集，土地资源相对紧张的地区来说填埋技术并不适用，污水由土壤渗入地下，对于以地下水为水源地的居民健康存在重大隐患。2.2 堆肥技术在我国，堆肥技术的应用始于20世纪50、60年代3。堆肥处理是利用分布在大自然中的细菌、放线菌、真菌等微生物的新陈代谢作用，在特定的温度、湿度及通风条件下，将易腐烂、可生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质，成为可供施用的肥效物质，同时消除其环境污染，杀灭病原菌的生物代谢过程。该方法首先进行堆肥前处理，筛选出可降解的有机物，通过在主发酵过程中输入氧气，使好氧微生物发生有氧分解，生成二氧化碳和水，同时产生的热量使温度升高，至60时随着有机物的不断分解，垃圾中的病原微生物、寄生虫卵等会相继死亡，达到垃圾的无害化处理。接着进行二次厌氧发酵，目的是将有机物完全分解，变成稳定的腐殖质、氨基酸等，提高堆肥的质量，并通过后期处理将腐熟后的垃圾加工成成品。随着近年来垃圾堆肥技术的迅速发展，北京、上海、天津、杭州、无锡等地相继建立了间歇式动态好氧发酵工艺。该工艺将生活垃圾从仓顶连续进料，在主发酵仓中通风发酵，发酵后的肥料从仓底下面的螺旋出料机出料，形成了顶部进料，中层高温通风发酵，成熟后底层物料出仓的良好堆肥过程。这项技术机械化程度高，工程规模相对较大，堆肥周期比自然堆肥法缩短了三分之二4。堆肥技术是减轻城市生活垃圾对环境污染影响的有效手段之一，同时也是对垃圾进一步加工利用的有效途径。堆肥成品能够显著改良土壤性质，提高土壤空隙率和持水量，增进微生物的活性，促进植物的成长，代替了以传统的化肥作为植物生长的肥料，从而减轻了环境污染。但由于堆肥原料来源不同，使得产品不稳定，个别由于重金属含量超标，造成产品应用受到限制。且间歇式动态好氧发酵工艺的机械化处理成本高，堆肥工艺处理后仍有残渣需要卫生填埋处置，使得堆肥技术的应用前景不容乐观。2.3 焚烧技术焚烧处理是一项对城市垃圾进行高温热处理的工艺技术，它是由垃圾接收输送、焚烧、燃烧空气、灰渣输送与处理、余热利用、烟气处理等设备组成，要求焚烧垃圾的热值3360kJ/kg，水份50%，灰分16%，可燃物含量22%5。截止到2011年我国拥有城市生活垃圾焚烧厂67座，处理能力4.58104td-1,处理量1466104t6。根据可燃物质种类的不同，燃烧可分为蒸发燃烧，将可燃物受热液化再蒸发成气体与空气混合后燃烧；分解燃烧，将可燃物受热分解成轻分子量的成分与空气混合后燃烧；表面燃烧，在固体垃圾的表面直接与空气接触后进行燃烧反应。城市生活垃圾的焚烧处理是这三种燃烧的综合过程，依次为可燃物表面至内部的水分蒸发，挥发性物质的燃烧，固体表面燃烧和完全燃烧，包括吊车将垃圾从垃圾贮坑吊入焚烧炉、燃烧、出渣、燃烧气体的完全燃烧、助燃和空气供应等工艺7。如图1所示。焚烧技术可以有效地减少垃圾占地面积，燃烧产生的热量可用于发电和供热，但容易产生二噁英等有害物质，造成环境二次污染，且需要投入大量资金用于焚烧工厂的建设和维持设备运行。所以目前我国仅有东部经济发达，人口密集，土地资源稀缺地区应用这项技术。2.4 热解气化技术热解气化是一种垃圾处理的新技术，首先利用还原反应将生活垃圾在无氧或缺氧条件下送入第一燃烧室加热，供风量控制在60-80%，温度控制在600-800，使其成分发生化合键断裂、异构化和小分子聚合等反应，由大分子有机物转化为小分子燃料气。再进入温度高达1000-1200的第二燃室，发生完全燃烧分解，反应后几乎不产生二噁英等有害气体。同时还可以获得化工原料焦油，其余以碳为主的残渣可作为农业生产中所需的肥料、填坑物燃料等物质。燃料油也可以在低温的条件下通过有机物的反应获得。目前热解气化技术方兴未艾，世界各国都致力于此项技术的研究。气化过程主要发生以下化学反应8：C+O2CO2+393.1kJ/mol2C+O22CO2+ 220.8kJ/mol2CO+O22CO2+172.3kJ/molC+O22CO+171.5kJ/molC+ 2H2OCO2+2H2+75.1kJ/molC+2H2CH4-74.0kJ/molCH4+H2OCO+3H2+206.3kJ/mol。热解气化技术从资源化角度看，热解比焚烧有利，热解得到的焦油、燃油料等都可以作为能源原料加以利用，同时降低了二噁英、重金属等二次污染物的排放量，提高了锅炉的使用效率和发电效率9。该工艺技术不仅可以对垃圾进行稳定化无害化处理，反应得到的产物也得到了资源化利用，有着广阔的发展前景。如图2所示。3未来方向展望生活垃圾处理技术未来的发展方向取决于垃圾成分、经济发展水平、地质水文条件等因素。但无论选择任何一种技术，总的目标是减少垃圾占地面积，减轻垃圾对环境有毒有害作用，并对处理后的产物进行综合利用。针对填埋技术，随着垃圾产量的增加，垃圾场的占地面积必将扩大，因此研究重点应该放在运行机理、影响因素和设计参数等方面，提高垃圾的处理容量，发展填埋气体如沼气的综合利用，来提高经济效益。堆肥技术的未来研究重点应放在如何提高堆肥技术的机械化水平，通过对主发酵过程各参数的控制，研制质量好、经济价值高的堆肥产品。焚烧技术的研究重点应放在城市垃圾处理关键设备的研制方面，使焚烧技术不断完善，同时加强焚烧后产生污染气体的控制，以及余热回收利用，着力发展发电、供热、附带娱乐设施等功能。城市生活垃圾的热解气化是一项新型的垃圾处理技术，在无氧或绝氧环境条件下对垃圾进行的高温处理过程，与焚烧技术相比不会产生二噁英等污染气体，且可获得具有高热值的可燃气体，使其具有高效的能源利用效率和良好的环保特性。热解气化技术目前正在逐步兴起，有着广阔的应用前景，今后应加强建材工业化生产性试验研究，加快推广应用，并对熔融后的灰渣进行玻璃化处理，加以综合利用。总之，只有各项技术不断发展进步，切合我国国情，才能在提高经济效益的同时，改善我国城市生活环境，达到可持续发展。参考文献：1赵静,王乙. 中国城市生活垃圾的处理方法J. 现代商贸工业,2011,(22):3062杜娟. 我国的城市生活垃圾处理技术J.广州化工,2011,39(16):31-323刘宁宁,简晓斌.国内外城市生活垃圾收集与处理现状分析J.国土与自然资源研究,2008,4:67-684 张辉,曹凤中. 生活垃圾处理技术发展的进程J.中国环境管理,2011,3:53-555 张和.城市生活垃圾处理现状及其对策J.科技资