广州城市生活垃圾堆肥处理设计规划方案

广州城市生活垃圾堆肥处理一前言固体废弃物是人类生产和生活过程中产生的副产品。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,固体废弃物的排放量猛增。固体废弃物排放量的增长给城市环境带来了极大的威胁。固体废弃物已成为限制城市发展的重要环境问题。堆肥化处理是固体废弃物资源化利用的一种方式,已逐渐被国内外所重视。堆肥化是将要堆腐的有机物料与填充料按一定的比例混合,在合适的水份、通气条件下,使微生物繁殖并降解有机质,从而产生高温,杀死其中的病原菌及杂草种子,使有机物达到稳定化。二绪论广州是广东省的省会,是中国南方最大的海滨城市，广州位于东经 113。17，北纬23。8，地处中国大陆南部，广东省南部，珠江三角洲北缘。广州临南海，邻近香港特别行政区，是中国通往世界的南大门，广州属丘陵地带。中国的第三大河-珠江从广州市中心穿流而过。濒临南中国海，珠江入海口，地理位置优越。广州市全市面积 7434.4 平方公里，市区面积达 3843.43 平方公里，人口为 1018.2 万。随着社会经济的快速发展，城市人口的不断增加以及市民消费水平的提高，广州市环境压力越来越大，固体废物的大量产生和不安全处置，正在污染水体、大气环境和生态系统；同时，也在浪费资源；随着污水处理规模的扩大和处理程度的提高，部分水污染物正在转化为固体废物；随着大气污染控制规模的扩大，固体废物也越来越多地产生，这些固体废物的安全处置实际上是废水和废气控制的继续。因此，固体废物的污染控制非常重要。 随着城市建成区范围的不断扩大、城市人口的增加和社会经济的持续快速发展，广州市固体废物产生量持续增长，年增长率达到 6%以上。从 2006 年至 2010 年，重点工程累计建设投资为 72.19 亿元，规划期生活垃圾处理能力达到 18400 吨/日左右，或者 670 万吨/年左右。广州市生活垃圾处理处置重点建设工程项目名称 处置方式 厂址位置 处置规模 (吨/日) 建成时 间 总投资 (亿元) 征地面积(亩) 备注李坑生活垃圾综合处理厂堆肥、沼气发电白云区龙归镇永兴村1000 -2008 3.18 73 在建广州市餐厨垃圾资源化处理厂堆肥、沼气发电 待定 500 -2008 3.8 150立项阶段李坑生活垃圾 焚烧 白云区龙 2000 -2008 10.27 150 已立项项目名称 处置方式 厂址位置 处置规模 (吨/日) 建成时 间 总投资 (亿元) 征地面积 (亩 ) 备注焚烧发电二厂 发电 归镇永兴村第三座生活垃圾焚烧发电厂 焚烧发电 待定 3000 -2009 14.87 150立项阶段兴丰生活垃圾卫生填埋场扩容填埋 白云区兴 丰镇 4000 -2010 5.3 970 筹建焚烧发电一期 1000 -2008 5.97番禺生活垃圾综合处理厂 焚烧发电二期大石镇会江 1000 -2011 5.0 300 已立项焚烧发电一期 600 -2006 4.0南沙生活垃圾综合处理厂 焚烧发电二期潭洲镇南顺 1400 -2011 7.0 300一期招标阶段花都生活垃圾焚烧厂 焚烧发电 花都狮山 600 -2012 3.9 150 待建花都生活垃圾填埋场 填埋 花都狮山 500 -2007 0.96 400 改造荔城生活垃圾填埋场 填埋 增城荔城 500 -2007 0.76 600 待建增城生活垃圾焚烧厂 焚烧 增城荔城 900 -2012 3.6 100 待建潭口生活垃圾填埋场 填埋 从化潭口 400 -2007 0.58 改造从化生活垃圾制肥场 堆肥 从化潭口 500 -2012 3.0530待建广州市生活垃圾量预测综合分析结果 (单位：吨/ 日)2005 年 2010 年 2015 年中心城区 7100 8961 10789 番禺区 1901 2415 3143 南沙区 556 707 920 花都区 653 889 1045 增城市 862 1149 1377 从化市 537 717 833 合 计 11609 14837 18106 垃圾处理设施规划方案服务区域 项目名称目前状态建成时间(年份) 各设施规模 各片区规模兴丰生活垃圾卫生填埋场 在用 2002 1970 万立方米兴丰生活垃圾卫生填埋场扩容 筹建 20102500 万立方米(4000 吨/日)李坑生活垃圾焚烧发电厂 在用 2005 1000 吨/日李坑生活垃圾焚烧发电二厂 已立项 2008 2000 吨/日李坑生活垃圾综合处理厂 在建 2008 1000 吨/日第三座生活垃圾焚烧发电厂 筹建 2009 3000 吨/日餐厨垃圾资源化处理厂 筹建 2008 500 吨/日中心城区金坑生活垃圾卫生填埋场 规划 2015 7100 万立方米11000 吨/日番禺片区 番禺生活垃圾综合处理厂 已立项 2011 2000 吨/日 2000 吨/日南沙片区 南沙生活垃圾综合处理厂 已立项 2011 2000 吨/日 2000 吨/日狮岭生活垃圾填埋场 在用,待改造 2007500 万立方米,(500 吨/日)花都片区花都生活垃圾焚烧厂 待建 2012 600 吨/日1100 吨/日荔城生活垃圾填埋场 在用,待改造 2007400 万立方米,(500 吨/日)增城片区增城生活垃圾焚烧厂 待建 2012 900 吨/日1400 吨/日潭口生活垃圾填埋场 在用,待改造 2007300 万立方米,(400 吨/日)从化片区从化生活垃圾制肥场 待建 2012 500 吨/日900 吨/日规划期原生垃圾处理规模合计：(不含餐厨垃圾处理厂、回收中心) 18400 吨/日本次课程设计则按照 40 万人口每日的生活垃圾产生量来进行堆肥化处理设计，按照人均垃圾产量为 1.6kg/(人.d)来计算，则每天产生垃圾量为 640 吨。而目前，广东正在大力利用荒地和山区地带发展果树种植，非常需要有机肥。这就为设计城市生活垃圾堆肥化处理带来意义。(百度百科广东概况、实用环境工程手册-固体废弃物污染控制与资源化)三概述生活垃圾特点由于广州市开放程度较内陆相比，开放程度较高，经济比较发达，因此其生活垃圾的组成较复杂，但总体而言，还是有机物成分多，无机物成分少。目前该市采用混合收集方式，生活垃圾仍以居民中的厨余垃圾为主。其主要组成有食品垃圾、纸张、塑料、橡胶、织物、生物、灰土砖石、玻璃、金属、废木料、其他。 （张衍国，吕俊复 国内外城市垃圾能源化焚烧技术发展现状及前景。综合利用，1998， （7）：38-41）（一）城市生活垃圾的性质主要包括物理、化学、生物化学及感官性能。1、物理性质垃圾的物理性质与垃圾的组成密切相关。组成不同，物理性质也不同。就广州市城市生活垃圾而言，主要从垃圾组成、含水率和容重三个方面来讨论。1.1 垃圾含水率单位质量垃圾的含水量，其值随垃圾成分、季节、气候等条件变化，变化幅度一般为 1153。表 1-1 所示为广州生活垃圾中主要成分的含水率的基本数值。表 1-1 城市生活垃圾主要成分的含水率含水率 含水率成分 范围 典型值 成分 范围 典型值食品废品 5080 70 灰土砖石 212 8纸张 410 6 玻璃 14 2塑料 14 2 金属 24 2橡胶 14 2 废木料 1040 20织物 615 10 混合垃圾 1540 30而目前广州市生活垃圾总的含水率为 32，还达不到好氧堆肥处理原料的标准。1.2 垃圾容重在自然堆放状态下单位体积垃圾的质量。垃圾容重随成分和压实程度不同而有所不同。表 1-2 所示为城市垃圾单一成分与混合物的容中数据。表 1-2 城市垃圾主要成分的容重容重/(kg/m) 容重/(kg/m)成分 范围 典型值 成分 范围 典型值食品废品 120480 290 灰土砖石 360960 480纸张 30130 85 玻璃 160480 195塑料 30130 65 金属 1201200 320橡胶 90200 130 废木料 210320 240织物 30100 65 混合垃圾 90180 1301.3 孔隙率孔隙率是垃圾中物料之间孔隙的容积占垃圾堆容积的比例。被广泛用于堆肥供氧通风及焚烧炉内垃圾强制通风的阻力计算和通风机参数的选取。容重小的垃圾，其孔隙率一般比较大，孔隙率越大，物料之间的空隙越大，物料的通风断面积也越大，空气的流动阻力相应就越小。1.4 内摩擦力混合垃圾中，由于不同形状物料之间的嵌合，不同大小物料间的填充、大量物料的缠绕和牵连以及垃圾降解液和其他液态物质的黏合等综合作用，使混合垃圾物料之间和垃圾与外接触表面存在着较大的摩擦力。利用垃圾的摩擦力来增大皮带的最大输送倾角，以减少设备之间的距离，节约场地。2、化学性质2.1 挥发分挥发分的主要成分是由气态碳氢化合物、氢、一氧化碳、硫化氢等组成的可燃混合气体。它近似反应垃圾中有机物含量多少的参数。2.2 灰分灰分是指垃圾中既不能燃烧也不挥发的物质，反映的是垃圾中无机物的含量。2.3 元素组成城市生活垃圾中化学元素组成是很重要的特征参数，用于垃圾堆肥化处理中生化需氧量的估算。本次课程设计的有机物的主要成分是 C36H51NO28,其含量为 48。2.4 发热值单位质量的垃圾完全燃烧时所放出的热量，分析垃圾所具有的热值。3、生物特性3、1 有害性城市生活垃圾本身含有机生物体很复杂，其中不少生物性污染物。城市生活垃圾中腐化的有机物含有各种有害的病原微生物，还含有植物虫害，草籽、昆虫和昆虫卵，造成生物污染。能够在人体中引起疾病。粪便对人体的最危险地污染就是生物性污染，未经处理的粪便污染可进入水体，造成水体的生物性污染，有可能引起传染病的爆发流行并能传播多种疾病。3、2 可生化性城市生活垃圾中含有大量的有机物，它能提供生物体碳源和能源，是进行生物处理的基础。（二）堆肥工艺的比较城市垃圾处理应以无害化、减量化和资源化为目标，主要有卫生填埋、生化堆肥、垃圾焚烧、资源化利用四大技术对城市垃圾进行处理5。5 黄瑢,周晓丽. 城市垃圾治理措施新探J. 郑州市环境保护监测中心站,河南郑州 450007,2009,(8）:59601、国外堆肥工艺的优缺点国外大学研究最多、应用最广的是桶式堆肥系统。它是一个快速、无臭味的高温堆肥系统，由堆肥器和生物滤膜组成。美国自1998 年起采用反应器式堆肥系统，该法主要优点为反应器堆肥系统占地小，操作简单12；进料和搅拌所需时间较少且搅拌均匀，处理速度很快，效率高；容器封闭，适用于寒冷地区；清洁卫生且无气味。缺点是需要较多的维护，仍然要进行后发酵。2、国内堆肥存在的问题与解决办法我国城市生活垃圾堆肥经历了一个摸索阶段，已经陷入滞销困境多年，究其原因主要在于堆肥品质低下。摆脱这一困境的技术途径就是显著提高堆肥品质。要实现这一目标，首先必须引进先进的堆肥翻堆技术，缩短腐熟时间，提高腐熟度；其次是应用气流密度分选系统对粗堆肥进行精分选。随着我国市政环境压力不断增大，循环经济政策深入到市政决策理念中，城市生活垃圾综合处理 BOT 工程数量猛增。其中有数量可观的生物堆肥工程。但是，堆肥的出路依然是横在业主面前的一道难题。我国城市垃圾堆肥处理技术还存在其它一些问题主要表现在以下几方面：第一，堆肥原料的分类收集与分选问题，由于我国尚未实施城市垃圾的分类收集，垃圾中杂质含量较高，除玻璃、金属、纸张等外，还包括多种有毒有害化学物质，直接影响堆肥产品质量7；第二，堆肥处理设备技术水平低，特别是机械化操作方面存在技术问题较多，难以保证堆肥设施的长期、连续、稳定运行，从而影响堆肥效率；第三，堆肥产品受市场制约较大，产品的经济服务半径较小，销售存在困难。质量较差的粗堆肥产品一般只能就近销售；利用粗堆肥产品制造的复混肥，其销售也面临化肥和复合肥的竞争，提高垃圾堆肥的肥效成为垃圾堆肥研究的重点之一，另外一个重要原因是缺少政府的政策支持。7马洪儒,林聪 ,张运真. 城市垃圾处理技术应用探讨J. 中国沼气,2006,24(3) :363912谷岩. 浅议城市生活垃圾循环处理J . 城市环境问题及a我国堆肥工程的经验教训早在上个世纪 90 年代，我国政府国债支持过大量的城市生活垃圾堆肥工程。这些工程大多数只有 25 年的寿命。能够持续运行的堆肥工厂屈指可数。这些项目归结起来有以下几个特点。1) 工艺技术绝大多数来源于科研院所自主开发探索。2) 设备多是国内自主应时开发，技术含量比较低,系统性及其集成比较差。3) 对设备运行工况理解不充分，设备腐蚀极其严重，使用寿命很短。4) 堆肥品质很差。腐熟度低，依然发臭，富含沙子、玻璃、塑料片，有机质含量多低于 20%，远低于有机质含量45%的有机肥标准，重金属超标。5) 系统能耗过大。比如，有的配置了干燥技术造粒技术。刚刚开始几年，农民在田间大量接受这些粗堆肥产品。但是，随着时间延续，粗堆肥中玻璃、塑料、沙子对耕作、土壤产生的负面效应日益明显，肥效反而大打折扣；加上绿色农业概念深入人心，农民逐渐拒绝堆肥进入农田，导致堆肥销路多年来严重受阻，大批堆肥工程停运。b. 堆肥的出路粗堆肥重金属超标，不适宜于田间地头，进入人的食物链。它的出路只有园林、绿化、植被恢复、土地复垦、沙漠化土地治理等。堆肥的另外一个问题是运输距离限制。距离超过一定限度，加上运输成本后堆肥的价格就超出了堆肥的价值，用户不能接受。尽管堆肥工程花费了很大力气，生产工艺不对头，终端产品一直定位在粗堆肥，部分仅仅是营养土。本身就失去了长距离运输的价值。所以说，要把堆肥销售到足够远的有需求的地方，关键在于粗堆肥向精制肥发展，必须大幅度提高堆肥的品质。C、翻堆技术提高堆肥的腐熟度，关键之一在于机械翻堆技术。国内一直没有高级的翻堆机械。最近几年，有几种德国的先进翻堆机械技术与工艺被引入国内堆肥工程。比如斗轮翻堆机，翻堆高度达到 3.5m；侧翻堆车，翻堆高度达到 3m；滚筒翻堆机，翻堆高度达到 2.7m。这些均是先进的堆肥生产机械，足以充分保障堆肥均匀腐熟度。d、通风技术提高堆肥的腐熟度，关键之二在于堆肥通风供氧技术。没有强制通风和堆肥不同腐熟阶段的供氧量调配，腐熟时间就延长，同时腐熟度还提不上去。堆肥的臭味达不到人们普遍能够接受的程度。E、精制堆肥核心技术解决熟化堆肥的品质就是要从粗堆肥中去掉砂石、塑料，最大限度地增加腐殖质含量，要加强分选。以粮食机械为基础开发出来的粗堆肥气流密度分选技术或称比重分选技术，就是精制肥的核心技术。F 密度分选技术的核心原理砂石、塑料、有机肥三种物料具有显著的比重差。混合物料均匀分布在一倾斜筛网上以后，通过鼓风配风，使料层发生流化。沙石、玻璃比重大，倾向于下沉，有机质居中上层，完成分层。直线振动力直接作用到重质物料上，使其获得爬坡力上移，轻质物则下移，形成分离。塑料以及硬塑料箔片上浮，随风飘起，抽排出分选室后另外收集。影响密度分选效率的因素有：物料含水量，物料颗粒大小，腐熟度，布料的均匀度，布风与风速。粗堆肥的含水量在 3050%，颗粒大小也在 080mm 之间。输送过程中由于振动，含水量较高的物料容易结块。风吹流化的效果就差多了。腐熟度高，塑料上的粘连物就少。物料分散的厚度不均匀，不利于风吹流化。颗粒大小不均，差别过大，也不利于风吹流化。总之，必须配套筛分机、输送机、布料机、收料机等，与密度风选机组成一个完整系统，并且在初步腐熟后的阶段使用，才能很好产出精制肥。G 气流密度分选技术的先进性图 德国气流密度分选机关于堆肥精分选有很多选项。比如，有的借助弹跳筛、圆盘筛对硬物质分离，有的用振动筛加风吹。国外气流密度分选技术是一个小型系统，由双螺旋喂料机、链板输送机、滚筒筛、布料机、密度分选机(见图)、风选机、旋风分离器、皮带机、布袋除尘器等单元设备组成。其先进性表现在以下几个方面：1) 能够处理湿度很大的堆肥。目前国内引进的德国气流密度风选技术能够处理含水量高达 40%的粗堆肥。相比以往人们探讨走粗堆肥干燥后风选的工艺路线，无疑这种途径在能耗上十分划算。2) 多级分选处理。有机质回流。3) 等量物料输送。通过一定的双螺旋喂料、链式输送机实现。4) 防止板结成团。用特殊链板输送机实现。5) 均匀布料。通过布料机实现。6) 风载物料回收效率高，不造成新污染。H 气流密度分选技术的应用与效果国内仅在北京阿苏卫堆肥工程、上海青浦堆肥工程上引进了两条德国气流密度分选线，尚在安装之中。该技术在欧美等发达国外应用比较多，而且都有可以依据的精制肥行业标准。设备去石效率可以达到 95%以上。应用气流密度分选系统生产的精制肥，其中有机质的含量可以达到 45%以上，精制肥通常在国内传统粗堆肥中闪闪发光的玻璃片看不到了，砂子、砾石也被分选出来了，不易分选的包装塑料也分选出来了，进入回收环节，堆肥品质远远高出国内传统粗堆肥，见表。表. 气流密度分选精制堆肥的品质比较堆肥种类 腐熟度 有机质含量 /%5 mm 颗粒中碎石、玻璃含量/%塑料片含量/% 重金属国内传统粗堆肥 1015 1020 12 超标国外精制堆肥 3060 5 0.5 超标3、本次课程设计所采用的堆肥工艺的介绍表 4-1 典型好氧堆肥工艺比较名称 特点 优点 缺点好氧静态堆肥工艺常采用静态强制通风垛形式，或在密闭的发酵池、静态发酵仓内进行。其后不再添加新物料发酵较完全，堆肥腐熟度高。工艺简单，成本低，对有机物含量高于 50的物料，静态强制通风较困难，易造成厌氧状态，使发酵周期延长，此为其局限性间歇式好氧动态堆肥工艺采用分层均匀进出料方式，原料一批批的发酵，一般采用间歇翻堆的强制通风垛或间歇进出料的发酵仓发酵仓温度控制在一定的范围内，菌种在最佳条件下繁殖，使发酵周期大大缩短物料组分混合不是很均与，空隙较难形成。发酵时间较连续式而言较长连续式好氧动态堆肥工艺采取连续进料和连续出料的方式，物料处于一种连续翻动的动态下，物料组分混合均匀，易于形成空隙，水分易于蒸发。由于物料处于连续翻动的动态下，物料组分混合均匀，易于形成空隙，水分易于蒸发。因而使发酵周期更短，可有效地杀灭病原微生物，并能防止异味的产生由于连续进出料，可能会使发酵时间不够，而造成处理效果不好鉴于以上几种工艺的比较分析，故本次课程设计采用连续式好氧动态堆肥工艺。四工程基础资料1、 气象资料：广州地处低纬, 属南亚热带季风气候区。地表接受太阳辐射量较多，同时受季风的影响,夏季海洋暖气流形成高温、高湿、多雨的气候；冬季北方大陆冷风形成低温、干燥、少雨的气候。年平均温度为 22，最热月（七月）平均气温28.5，最冷月（一月）平均气温 13.3。年平均降雨量为 1982.7，平均相对湿度为 68，全年 4