生活垃圾分仓熟化新技术及其以污治污功效
摘要：采用多个大容量刚柔组合筒仓对城市生活垃圾实施分仓熟化，每天若干次外引污水喷淋垃圾，使其始终保持在高湿度状态以利产生沼气，经一年后被密封储存垃圾达到彻底腐熟，并在此过程中生产了大量沼气和消耗了大量生活污水，因此可以获得以污治污的功效。
关键词：生活垃圾 分仓熟化 以污治污 刚柔组合筒仓 外引污水
0 引言
在农村建造沼气池产生了很好的经济效益和社会效益。不仅改善了环境卫生，提供优质肥料，又为农户厨房炉灶、照明等提供了廉价能源，可谓变污染物为宝一举多得。试想如果能够使所有城市生活垃圾和生活污水也都能够经过充分厌氧发酵产生沼气，那将会是具有何等重大意义：不仅根治了环境污染，而且还能获得巨大再生能源。
若要实现这一目标，那么首先要解决的问题就是储存容器，这样一个容器必须满足以下三个条件：其一是应具有超大容量；其二是必须结构安全且密封可靠；其三是必须廉价。本文介绍的刚柔组合筒仓经在安徽省舒城县垃圾处理场实践证明可以满足上述条件。
1. 背景技术
1.1 垃圾厌氧发酵技术
目前生活垃圾通过厌氧发酵获得沼气的现有技术主要有以下两种：
其一是从垃圾填埋场获得沼气。这种方法的优点是获取成本低，待填埋场填埋垃圾足够多，通常是在即将封场之际，直接插管入被填埋垃圾深处抽取即可。此方法的缺点是厌氧产沼效率差，并污染大气。这是因为垃圾填埋场是一直处在完全开放的环境中，垃圾中的可腐有机物绝大部分是在好氧状态（或者是半好氧状态）腐熟，只有等数年甚至十年以上使先前被填埋垃圾上方有足够厚的垃圾覆盖层（一般在10米左右）时，才能真正使先前被填埋垃圾处于厌氧状态，但此时垃圾中的可腐有机物已经很少了。不过我们有时仍会感觉填埋场沼气量很大，那仅仅是因为被填埋的垃圾量实在是太大了的缘故。故此方法虽然廉价，但垃圾厌氧产沼效率很差，不能获得高效益。
其二是将垃圾储存在密封容器中经厌氧发酵获得沼气。这种方法的优点是获得沼气效率高，因为垃圾中的可腐有机物是基本完全处在厌氧环境中腐熟稳定的，所以厌氧产沼效率很高。然而不足之处是耗费成本太高，具体表现在：①密封容器制造昂贵故容量有限；②运营费用高：包括垃圾分选（将有机垃圾分选出来）、有机垃圾粉碎、强制搅拌、加温和循环通气等。所有这些成本花费都是为了加速有机垃圾尽快腐熟，缩短发酵周期，一般可以控制在30天以内。其结果是尽管产沼效率很高，但仍不足以抵消成本开支，若无政府足够补贴将难以维持运转。故此方案虽然厌氧产沼效率高，但因成本太高，也不能获得高效益。
1.2 大型筒仓构筑物
现有储存散装物料的大型筒仓一般采用钢结构或者钢筋混凝土结构，一旦建造完成，其仓体高度都是固定不变的。仓体材料除应满足强度要求外，还必须有足够厚度以形成整个筒仓体具有抵抗变形的刚度，这样才能确保筒仓内无论是满仓还是空仓，整个筒仓体都是稳定的，这种筒仓我们称之为“刚性筒仓”，现有筒仓基本属于刚性筒仓。
因刚性筒仓的仓体厚度是随筒仓容量增加而增厚，所以如若建造大容量刚性筒仓，造价会非常昂贵。
1.3加筋土挡墙
加筋土挡墙是由法国工程师亨利•维达尔（Henri Vidal）在1963年发明[1]。加筋土挡墙不同于一般圬工挡墙的主要特征在于：通过在填料中设置加筋材料使得原本作为外荷载的墙后填料转变为挡墙墙体的一部分。正是由于这种创造性的突破，加筋土挡墙的外墙面可以做得很薄，故造价较一般圬工挡墙低，而且适用于建造高挡墙，据有关资料记载[2]，我国陕西省境内某一特高型加筋土挡墙的挡土高度已达84米。
2. 分仓熟化新技术
2.1 新观点
采用密封容器厌氧腐熟生活垃圾无疑是高效率获得沼气的最好途径，需要解决的问题是必须把制造密封容器的成本，以及垃圾厌氧产沼的运营费用大幅度降下来，只有这样才能真正获得高效益。另外还需要一些观念上的转变：认为耗费高额运营费用来强制缩短垃圾厌氧发酵周期其实完全没有必要，相反恰恰认为可以利用垃圾自然厌氧发酵周期长的特性来消灭外来污水，并同时进一步增加沼气效益。
分仓熟化新技术是采用多个大容量刚柔组合筒仓对城市生活垃圾进行长时间厌氧熟化，因在此过程中需要消耗大量外引污水，故而同时还是一座污水处理厂，更确切地说是污水消灭厂，因为污水处理的最终结果是零排放。
2.2 刚柔组合筒仓构造
刚柔组合筒仓的底座是一圆形钢筋混凝土污水池（图1），污水池内均匀分布众多支墩，支墩上架设格栅板，格栅板上部储存生活垃圾，垃圾渗沥液经格栅板缝隙流入污水池。
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筒仓体安放在污水池壁上，筒仓体是由多个相同的仓体圆筒段竖向拼装而成，单个仓体圆筒段是由钢筋网片内附着铅丝网以及衬垫裙制作而成（图3、图4），衬垫裙可采用垃圾填埋场衬垫材料。因制作简单且耗费材料不多故造价低廉。
因筒仓体很薄，所以整座筒仓的稳定是必须依靠筒仓内填充物料来支撑的，如果筒仓内物料增加，则筒仓体应该随之升高，反之若筒仓内物料的减少则筒仓体必须随之下降。如果很薄的筒仓体在较大竖向空间没有物料的填充支撑，将难以维持稳定，或许一阵风即可将其吹倒，故此筒仓体具有“柔性仓体”特征。
当入仓垃圾到达设计满仓容量后进行仓顶覆盖密封。覆盖物也可采用填埋场衬垫，仓顶覆盖物周边与筒仓体衬垫层搭接密封。
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2.3 筒仓内部装置
2.3.1 集气装置
在垃圾进料过程中埋入集气装置，包括竖向集气管和环形集气笼（图1、图2）。竖向集气管采用塑料盲沟或软式透水管制作，环形集气笼采用强度高且耐腐蚀好的玻璃钢材料制作。所有竖向集气管均与环形集气笼连通，排气支管接入环形集气笼排出沼气到筒仓外发电机组，既可以自然排放，也可以根据需要开启引风机强制抽取筒仓内沼气。
2.3.2 加筋材料
引入公路加筋土挡墙设计理念，在垃圾进料过程中设置加筋材料，如加筋环和加筋带（图5～图7），这样就可以大幅度减小垃圾对筒仓体的侧压力，使柔性筒仓体的结构安全得到可靠保证，这在安徽省舒城县新建垃圾处理场项目中已经得到验证。加筋材料可采用钢筋网片制作，外涂防腐漆。
2.3.3 喷淋装置
当垃圾向筒仓内持续进料达到设计高度后，在垃圾顶面上安装喷淋管（图1），喷淋管与上水支管连通，污水泵提升污水均匀喷淋在筒仓顶面的垃圾上。
2.4 垃圾厌氧腐熟
在垃圾密封储存期间，为了多产沼气和更多地消灭外引污水，需要经常喷淋垃圾，使筒仓内垃圾始终保持在高湿度状态。喷淋入筒仓内的污水一部分消耗在厌氧发酵生化反应中，另一部分因发酵产生热量化作水蒸气随沼气排出筒仓外（水蒸气不会造成污染），剩余的污水下渗流入筒仓底部污水池。在经过长达一年的密封储存后，累计消耗的外引污水量是非常可观的。
连接各筒仓的所有支管（包括下水支管、上水支管和排气支管）均经由各支管阀门控制后再接入总管，只要控制各支管阀门的开或关，污水泵就可以任意抽取任一污水池（包括外引污水井）内污水向任一筒仓顶部垃圾喷淋，同理安装在排气总管上的引风机也可以强制抽取任一筒仓内的沼气。
筒仓内垃圾彻底腐熟后可停止喷淋污水，转而喷淋清水约一周以清洗垃圾中的残余可溶有机物，再停止喷淋清水约一周以爽干垃圾中的水分，最后抽干污水池中污水，关闭该筒仓所有支管阀门后即可开仓出料。
2.5 开仓出料
拆除仓顶覆盖及喷淋装置后即可出料，出料方式可采用门吊或输送带输送。
垃圾场在正常运营过程中，总是各有一座进料和出料筒仓，且出料筒仓的出料量须跟随进料筒仓的进料量同步，这样出料筒仓拆下仓体圆筒段可以转移到进料筒仓上进行安装。
3. 实施规模
根据当地生活垃圾日产量以及确定熟化周期后，就可以任取不同筒仓直径计算筒仓容量，以及需要建造多少座筒仓。如下示例：
某小城市需要日处理生活垃圾500吨，按入仓自然压实平均容重0.8(吨/m3)计约合625立方米。设定腐熟周期为一年，则刚柔组合筒仓设计要素如下：
拟建刚柔组合筒仓直径20米，平均高度按直径的1.1倍计为22米，则单个筒仓容积为6912立方米。按日进垃圾625立方米计，装满1个筒仓需要11.1天，则1年365天可装满33座筒仓。另外还有进料、出料出料筒仓各1座不能计入腐熟周期，故实际需要建造筒仓数为33+2=35座，见下表。表中大、中城市计算同理。
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仅从垃圾达到彻底腐熟而言或许并不需要1年，但从以污治污角度来看，密封在筒仓内的垃圾并不单纯是被腐熟的对象，还是帮助外引污水厌氧消化的介质，被密封储存的垃圾越多，意味着可被消耗的污水越多，或者说污水处理厂规模越大。
4. 总结
综上所述，城市生活垃圾“分仓熟化”新技术的优越性可总结为以下几点：
4.1 原生垃圾不必分选直接提升入仓，降低运转成本。
4.2垃圾储存期间除自动定时喷淋外不必进行其它干预，运转简单又廉价。
4.3垃圾中有许多大小不一各种固体物料，彻底腐熟需要较长时间，建造足够多个大型筒仓构筑物可以使腐熟周期充分延长，而较长的腐熟周期可消耗污水越多，实现以污治污效果。
4.4因筒仓为密封构筑物，筒仓内污染物与外界环境完全隔绝，故可以实现环境效益零污染。
4.5 不仅是生活垃圾，包括所有可厌氧发酵的固体或液体废物，如厨余物、泔脚水、市政污泥、秸杆、水葫芦、动物尸体等。
4.6 经济效益分析：根据有关资料显示[3]，每吨生活垃圾如若彻底厌氧分解可产生沼气约160立方米。粗估每立方米生活垃圾（按容重0.8t/m3计）产生100立方米沼气计，其发电后产生的效益约为100元。也就是说若日处理生活垃圾1000立方米，每天可获得沼气发电效益10万元。
以上还未计入喷淋污水产生的沼气效益，若污水浓度足够高则产生的沼气效益甚至有可能超过垃圾，即经济效益再翻一番。
此外还可以向污水来源处收取污水处理费，以及根据《京都议定书》规则获得二氧化碳减排费等。
4.7 综合利用：生活垃圾腐熟透彻后基本不会再产生污染，也非常有利于其后的多种综合处理工艺，如机械分选、制作有机肥、焚烧、制砖，甚至填埋等。
5. 建议
垃圾可以不分类但污水建议分类，在民用建筑设计中应考虑将低浓度污水和高浓度污水区分开来排放，低浓度污水包括厨房用水、盥洗室洗脸洗澡水和洗衣机水，高浓度污水则为人粪尿。低浓度污水可由管道输送至污水厂处理，而高浓度污水则可先排放入化粪池，再由抽粪车输送至垃圾场厌氧发酵。
另外建议大力推广使用免冲洗厕所或节水型厕所。
参考文献：
1. 交通部第二公路勘察设计院．路基（第二版）．公路设计手册
2. 谢秦生．封面照片．公路．1997年第3期
3. 陈力生．垃圾填埋气无害化处理．2003（第二届）全国固体废弃物处理及综合利用技术与设备交流研讨会论文集
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