城市垃圾资源化技术研究和亟待解决的问题
摘 要：分析了垃圾成分及影响因素，着重介绍了垃圾资源化堆肥技术和其它资源化处理技术，提出了圾资源化亟待解决的几个问题。
关键词：城市垃圾；资源化；垃圾堆肥；亟待解决的问题
一、城市垃圾成分与处理方法分类
1．城市垃圾的成分
城市垃圾的构成主要受地理条件、生活习惯、居民生活水平和民用燃料结构的影响。我国城市垃圾在产量迅速增加的同时，垃圾构成也发生了很大的变化。表现为有机物增加，可燃物增多，可利用价值增大。
(1)民用燃料结构对垃圾的影响
影响城市垃圾组分的一个重要因素是燃料消费结构。我国是以煤为主要燃料的国家，一次能源的75％是煤炭。煤炭不仅广泛用于工业生产，同时也是家庭燃料的重要组成部分。近年来随着城市集中供热和煤气化的普及，民用燃料的消费结构发生了重大变化，同时也带来了城市垃圾组分的变化。燃煤区垃圾中的无机组分明显高于燃气区，而燃气区垃圾中的有机组分和可回收废品的比例明显高于燃煤区，变化最大的组分就是垃圾中的煤灰量。另一方面，燃煤区居民的生活水平往往也低于燃气区。在燃气区，由于垃圾中煤灰量的减少，厨余成为主要组分，因此，垃圾的含水量相对增加。
(2)居民生活水平和消费结构对垃圾的影响
居民生活水平和消费结构的改变不仅影响城市垃圾的产生量，也是影响垃圾成分的重要因素。随着生活水平的提高，生活垃圾中煤渣含量持续下降，易堆腐垃圾和废品的含量持续增长。这种影响也反映在同一城市不同地区：高级住宅区的垃圾中可回收废物(塑料、纸类、金属、织物和玻璃)的含量明显高于普通住宅区；而普通居民生活水平不高，垃圾中厨余物含量较高，因而垃圾含水率较高、热值较低。
(3)垃圾产生源对垃圾的影响
我国城市垃圾主要由居民生活垃圾、街道保洁垃圾、集团垃圾三大类构成。居民生活垃圾数量居首位且成分复杂，受时间季节影响较大；街道保洁垃圾主要含泥砂、落叶、包装物等，有机物成分相对少，含水率较低；集团垃圾成分随发生源不同而变化，相对来讲成分较为单一稳定，平均含水量较低，易燃物、特别是高热值的易燃物多。
(4)城市特征对垃圾构成的影响
城市垃圾的产生量及其构成，与城市的规模、性质、功能和地理位置有很大关系，其特点是：
①大城市与中小城市垃圾构成有十分明显的区别。大城市的生活垃圾构成中有机物成分占总量的31％～36％，无机成分约占60％，废品约占4％-6％；中小城市的生活垃圾有机成分约占其总量的20％，无机成分约占65％，废品的比重更低。大城市虽然地理环境等基础条件不同，但是由于城市居民的消费水平都比较高，所以城市垃圾的有机含量的差别相对较小。
②中小城市的居民消费水平及生活能源气化率都比较低，有机物成分约占生活垃圾总量的22．48％，无机物成分约占65％，其余为废品。南方城市垃圾中的有机物高于北方城市。
③城市气化率、集中供热面积及人均煤购买量对垃圾的产量和构成具有明显的影响。城市气化率低和集中供热面积小的城市或地区，其垃圾产量的绝对值和煤灰的含量相应要高；反之则要低一些。
④由于产品的过量包装和一次性用品的大量消费，包装废物在城市垃圾中的比重增加，并对环境造成极大污染。
2．城市垃圾处理方法分类
目前国内外广泛采用的城市生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧等，这三种垃圾主要处理方式的比例，因地理环境、垃圾成份、经济发展水平等因素不同而有所区别，很难有统一的模式。但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理目标。从应用技术看，国外主要是填埋、焚烧、堆肥、综合利用等方式，机械化程度较高，且形成系统及成套设备。从国外多种处理方式的情况看，有以下趋势：(1)工业发达国家由于能源、土地资源日益紧张，焚烧处理比例逐渐增多；(2)填埋法作为垃圾的最终处置手段一直占有较大比例；(3)农业型的发展中国家大多数以堆肥为主；(4)其它一些新技术，如热解法、填海、堆山造景等技术，正不断取得进展。
二、城市垃圾堆肥技术
1．堆肥原理与工艺组成
好氧堆肥过程是有机物在有氧的条件下，利用好氧微生物所分泌的外酶将有机固体废物分解为溶解性有机物质，再渗入到细胞中。微生物通过代谢活动，把其中一部分有机物氧化成简单的无机物，为生物生命活动提供所需的能量，另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，形成新的细胞体，使微生物不断增殖。
堆肥反应是利用微生物使有机物分解、稳定化的过程，因此微生物在堆肥过程中起着十分重要的作用。堆肥微生物可以来自自然界，也可利用经过人工筛选出的特殊菌种进行接种，以提高堆肥反应速度。堆肥微生物主要有细菌、真菌和放线菌等，而在堆肥过程中堆肥微生物的数量和种群不断发生变化。
堆肥过程大致可分以下几个阶段。堆肥初期常温细菌(或称中温菌)分解有机物中易分解的糖类、淀粉和蛋白质等产生能量，使堆层温度迅速上升，称为升温阶段。但当温度超过50℃时，常温菌受到抑制，活性逐渐降低，呈孢子状态或死亡，此时嗜热性微生物逐渐代替了常温性微生物的活动。有机物中易分解的有机质除继续被分解外，大分子的半纤维素、纤维素等也开始分解，温度可高达60~70摄氏度，称为高温阶段。温度超过70摄氏度时，大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态，堆肥过程在高温持续一段时间后，易分解的或较易分解的有机物已大部分分解，剩下的是难分解的有机物和新形成的腐殖质。此时，微生物活动减弱，产生的热量减少，温度逐渐下降，常温微生物又成为优势菌种，残余物质进一步分解，堆肥进入降温和腐熟阶段。
现代化的堆肥过程一般是好氧堆肥过程。好氧堆肥工艺由前处理、一次发酵、二次发酵、后处理及贮存等工序组成。发酵过程主要有野积式和发酵仓式两大类。发酵仓又可以有槽式、筒式、立式、卧式等许多形式。
2．国内外城市垃圾堆月巴系统范例
(1)德国FLESBURG高速堆肥系统
FLESBURG高速堆肥厂位于德国FLESBURG，每天处理量350-400吨。堆肥原料是城市生活废弃物及污泥，处理工艺流程如图1所示。
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图1 德国FLESBURG系统工艺流程
生活废弃物载重车经地磅称重计量后，卸人废料仓。由起重机逐渐把废弃物吊装到给料装置内，经钢带输送机送往破碎机，压缩破碎后的物料与污泥混合，由链式输送机经磁选机，送往转动的消化滚筒。由磁选机分离出的铁类物质经压力机压缩成型。在消化滚筒内最佳的填料率为总容积的70％。在物料表面用污泥泥浆喷雾以保持最佳的含水率，充分供氧并确保与物料的广泛接触。混合物料在持续的回转滚筒内搅动、跌落、破碎，经过24-48小时的处置，通过高温快速实现了微生物的分解，并可获得较好的杀菌效果。在滚筒末端联接一个同步转动筛，筛孔尺寸40-70mm。大的物料从末端排出，送去填埋；筛下的堆肥物经过传送带进入细颗粒的分选机，最终获得较细的一次发酵堆肥。这种肥用于土壤改良是不行的，需要二次发酵处理，厂方一般把它出售给农民，由农民自己分散堆积，腐熟稳定后再使用于农田。消化滚筒内的恶臭气体，随时由风机抽吸压人土壤除臭系统进行净化处理。
(2)法国SILODA快速堆肥系统
SILODA‘陕速堆肥系统使用于法国贝鲁特家庭废物处理厂，建筑面积4500m2，日处理量700吨，原料为城市生活垃圾。堆肥厂处理系统可以分为三部分：
①预处理
该过程主要是物理处理过程。城市生活垃圾通过破碎、筛选、磁选可得到一定粒径(约5cm)的可堆肥物。
②发酵处理
可堆肥物通过可逆式皮带机进入一次发酵仓。仓内分为若干小池，在旋转式搅拌机的作用下堆肥物在池内翻动、搅拌以及输送。在充分供氧给水的条件下，经过7 -10天的时间完成一次发酵。可堆肥物从第一池逐步转移到最后一池，直到转送到仓外的皮带机上，送进二次静态发酵场，有机物经过30-60天的消化，最终可制成完全腐熟无害稳定的肥料。
③精致处理
腐熟的粗肥料经过振动筛分，除掉异物，最终得后到一定粒径的优质肥料。
(3)北京南宫垃圾堆肥厂
南宫堆肥厂是德国政府赠款在北京市兴建的五个垃圾处理项目之一，和马家楼转运站、安定卫生填埋场配套构成北京西南线垃圾处理系统，现主要处理宣武区和丰台区部分垃圾。堆肥厂占地面积63000m‘，南宫堆肥厂采用强制通风隧道式耗氧发酵技术处理垃圾。日处理垃圾能力为400吨，每年可处理垃圾14万吨，垃圾主要来源于马家楼垃圾转运站，每天约300吨；小武基转运站的15~60毫米的堆肥垃圾，每天约100吨。
堆肥垃圾进厂后进行称重计量，布料机把垃圾送入30个主发酵隧道，每个发酵隧道200立方米，垃圾经过2个星期的高温发酵后，垃圾体积可下降30％-40％，传送系统把发酵的垃圾转送到后熟化区，再进行3个星期的熟化，经过筛分分成垃圾肥和残渣，残渣运到安定填埋场填埋，垃圾肥转入最终熟化区再进行3个星期的熟化后，经过一系列筛分制成0-12毫米的成品垃圾肥。
在生产过程中对产生的气体，如氨气、硫化氢等有害气体通过生物过滤加以控制；生产中产生的污水，在生产中循环使用；生产车间采用全封闭式作业，避免噪声和粉尘对环境的污染；环境和垃圾肥定期进行检测，有关指标符合国家标准。
三、其它城市垃圾资源化技术
1．生活垃圾提取乙醇和气体技术
乌克兰、美国和英国进行了利用生活垃圾提取工业乙醇的试验。主要用盐酸作为催化剂，在高温下将垃圾浮选后产生的轻质成分(含有大量纤维素)进行水解，同时提取糖，糖水发酵后还原成乙醇，在水解过程中还产生电能。试验室提取乙醇浓度为1.6％，经蒸馏后其浓度可达95％。
2．垃圾制取纸浆技术
日本进行过两年的"资源再生利用技术装置究实验，其工艺流程如图2。
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图2 日本垃圾制浆工艺流程
本工艺要求精制纸浆含纸率在80％以上才能供给工程应用，因此预处理装置提供符合要求的纸浆化原料成为实现工艺目的的关键。
3．蒸氧垃圾砖技术
蒸氧垃圾砖是一种水胶性硅酸盐建筑材料，它与蒸氧煤渣砖、蒸氧粉煤灰砖等建筑材料的生产原理一样，是利用无机垃圾中的活性Si02和A120，(主要在煤灰中)，在一定的温度和湿度条件下，与石灰中的有效CaO作用，生成有胶结能力的水化硅酸钙和水化铝酸钙，因其水化生成物具有类似于普通硅酸盐水化物的性质，所以垃圾砖具有墙体材料所需要的强度和力学性能。西安曾在渭北煤田地区进行过试验，此方法可以根据实际情况应用在燃煤为主的中小城市。
四、城市垃圾资源化亟待解决的技术问题
1．垃圾成分指标
城市垃圾成分十分复杂，在目前无法广泛实现分类收集的情况下，应加强城市垃圾研究力度，制定并不断完善关于城市垃圾资源化的标准，细化垃圾成分指标，为城市垃圾资源化技术的发展提供依据。
2．垃圾分选的细化
垃圾分选的细化直接影响到垃圾资源化工艺实现 的可行性，因此，加强垃圾分选技术和设备的研发，对于 城市垃圾资源化技术的发展具有重要意义。
3．二次污染的预防措施
在垃圾资源化技术发展的同时，应该注意二次污染问题，尤其应针对所产生的废水、废气的特点，改进传统处理方法，实现工艺目的的同时防止二次污染的产生。
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