北京市生活垃圾厭氧消化技術(shù)應(yīng)用潛力分析

李玉春，潘 琦，王 艷，張躍升

（北京市垃圾渣土管理處，北京 100067）

北京市生活垃圾厭氧消化技術(shù)應(yīng)用潛力分析

李玉春，潘 琦，王 艷，張躍升

（北京市垃圾渣土管理處，北京 100067）

在分析國內(nèi)外厭氧消化技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合北京市近年來生活垃圾產(chǎn)生量和成分變化，對其中小區(qū)廚余垃圾、賓館飯店餐飲垃圾以及城市糞便等有機垃圾的產(chǎn)生量及處理現(xiàn)狀進行了分析，結(jié)果表明厭氧消化技術(shù)在生活垃圾處理領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。

生活垃圾；厭氧消化；有機垃圾

1 國內(nèi)外厭氧消化技術(shù)研究進展

厭氧消化技術(shù)處理有機垃圾，是指生活垃圾中的有機物質(zhì)在特定的厭氧條件下，微生物將有機物進行分解產(chǎn)生潔凈能源——沼氣，同時沼液及沼渣可用來生產(chǎn)有機堆肥，具有工藝穩(wěn)定、環(huán)境效率高及可持續(xù)發(fā)展等特點。根據(jù)不同的評價指標(biāo)，厭氧消化有很多不同的方法。在實際應(yīng)用中，通常根據(jù)待處理廢物中有機固體含水率大小分為干法和濕法2大類。

干法發(fā)酵要求垃圾的含固率一般為24%～40%［1］，基本上保持了經(jīng)分選預(yù)處理后的生活垃圾的原始狀態(tài)，因此對進料的預(yù)處理要求比濕法簡單，一般不需要再給垃圾加水，所以干法發(fā)酵產(chǎn)生的廢水量很少，廢水處理所需費用較少。但干法為了滿足廢物高黏度需求，所需設(shè)備往往比濕法昂貴。

濕法發(fā)酵垃圾的含固率一般10%～15%，需要往垃圾中加大量的水，所產(chǎn)生的廢水比較多。由于濕法中的漿液處于完全混合的狀態(tài)，因此更容易受到氨氮、鹽分等物質(zhì)的抑制［2］。

我國城市生活垃圾經(jīng)分選后，需處理的垃圾中含有30%以上的干物質(zhì)成分，因而更適于采用干法發(fā)酵工藝，而餐廚垃圾含水率較高，一般可達85%以上，故適于采用濕法發(fā)酵工藝。

厭氧消化技術(shù)在國外應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，截至目前，已有大約117個垃圾處理廠采用厭氧消化工藝，其中90個已運行，27個在建，這些廠的處理能力都在2 500 t/a以上。主要分布在澳大利亞、丹麥、德國等，采用此工藝的公司主要有澳大利亞的Entech公司、德國的BAT公司、瑞士的Kompogas公司、丹麥的Kruger公司等［3］。歐洲固體垃圾厭氧處理的總量在2000年已經(jīng)達到100萬t/a，占處理總量的1/4［4］，且有逐年增加的趨勢。目前國內(nèi)正在建設(shè)的北京市董村分類垃圾綜合處理廠（650 t/d） 和上海市普陀區(qū)生活垃圾處理廠（800 t/d）主要工藝采用厭氧消化技術(shù)。

2 北京市生活垃圾產(chǎn)生量及成分變化

2008年北京市年產(chǎn)生生活垃圾673萬t，并以每年7%～8%的速度增長。2004～2008年北京市生活垃圾產(chǎn)生量見表1。

表1 2004～2008年北京市生活垃圾產(chǎn)生量

生活垃圾組成也發(fā)生著較大的變化，主要表現(xiàn)有機物含量增加、無機組分下降、可回收物含量增加、垃圾熱值增加等，見表2［5］。2008年廚余垃圾已達到66.2%，灰土含量由1989年的52.2%下降到2008年的3.5%，垃圾中可回收物由1989年的14.2%上升到2008年的26.6%。其中塑料廢物的含量變化最大，1989年垃圾中的塑料廢物為1.88%，2008年上升為13.1%。塑料廢物主要成分是商品包裝物。2008年垃圾低位熱值已達到5 083 kJ/kg。

表2 北京市垃圾成分變化

目前這種高有機物含量的生活垃圾處理難度加大，如直接進行填埋，具體表現(xiàn)在：①占用大量寶貴土地；②產(chǎn)生大量滲瀝液，對地下水造成潛在污染威脅，同時增加滲瀝液收集、處理成本；③產(chǎn)生大量溫室氣體，增加沼氣收集、處理成本；④產(chǎn)生惡臭氣體，污染周圍環(huán)境。如直接進行焚燒，具體表現(xiàn)在：①垃圾熱值低，焚燒工況不易控制；②垃圾發(fā)電效率低，焚燒成本高。如直接進行堆肥，具體表現(xiàn)在：①發(fā)酵周期較長，占用土地多；②堆肥過程臭氣控制難度大；③由于堆肥原料是混合垃圾，堆肥產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

3 北京市生活垃圾厭氧消化技術(shù)潛力分析

3.1 居住小區(qū)的廚余垃圾

北京市2002年開始實行垃圾分類，截至2007年底已有2 255個小區(qū)、大廈實行垃圾分類，垃圾分類人口覆蓋率已達到52%。目前北京市居民區(qū)垃圾分成3類：廚余垃圾、可回收物、其他垃圾；其中廚余垃圾是進行厭氧消化的很好原料。以2008年為例，北京市生活垃圾產(chǎn)生量為673萬t，按廚余垃圾平均含量40%計，那么廚余垃圾量為269萬t，折合7 370 t/d，具有很高利用潛力。北京市目前已有、在建綜合處理廠處理能力只有2 100 t/d，見表3。僅與廚余垃圾產(chǎn)生量一項就相差甚遠，處理能力嚴重不足。2015年北京市規(guī)劃將新建綜合處理廠8座，處理能力達到8 000 t/d［6］。北京市垃圾分類將以廚余垃圾分類為突破口，重點將廚余垃圾從其它垃圾中分離出來單獨處理，這就為厭氧消化技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊空間。

3.2 餐廚垃圾

與普通垃圾相比，餐廚垃圾具有含水率高、有機物含量高、油脂和鹽分含量高的特點，見表4。餐廚垃圾適合濕法厭氧消化技術(shù)。以剩菜和剩飯為主的垃圾進行高溫厭氧消化，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)目偣腆w含量和pH，產(chǎn)生沼氣量比較可觀，干垃圾產(chǎn)氣量達到 155 L/kg［7］。

表3 北京市已有、在建生活垃圾綜合處理廠

表4 餐廚垃圾的理化性質(zhì)及成分

據(jù)初步調(diào)查統(tǒng)計，北京市目前餐廚垃圾產(chǎn)生量約1 050 t［8］，采用集中處理和分散（就地） 處理相結(jié)合的方式。鼓勵和支持高新技術(shù)在餐廚垃圾處理中的研究和使用，積極推廣可實現(xiàn)資源化利用的、先進的技術(shù)和設(shè)備。北京市正在規(guī)劃建設(shè)中的餐廚垃圾集中處理廠有南宮、董村、六里屯、高安屯等，待全部建成后北京市餐廚垃圾總處理能力可達1 200 t/d，見表5。

表5 北京市在建、規(guī)劃餐廚垃圾集中處理廠

3.3 城市糞便

截至2008年底，北京市糞便處理廠共有13座，總處理能力5 200 t/d，主要采用固液分離和絮凝脫水工藝，污水排入市政管網(wǎng)。2008年糞便清運處理現(xiàn)狀見表6。目前只有3座處理廠將絮凝脫水殘渣進行好氧堆肥處理，其余處理廠糞渣暫時進行衛(wèi)生填埋。另外只有1座處理廠絮凝出水實現(xiàn)厭氧生化沼氣利用技術(shù)?！笆晃濉逼陂g北京市規(guī)劃新建糞便消納站9座，新增處理能力3 400 t/d［6］。目前利用厭氧消化技術(shù)處理畜禽糞便的研究應(yīng)用較多，而應(yīng)用于城市糞便處理方面研究較少，而且厭氧消化技術(shù)相對于固液分離處理方式投資和運行成本偏高，所以制約其發(fā)展。

表6 2008年北京市糞便清運處理現(xiàn)狀

3.4 各種有機垃圾厭氧消化技術(shù)適用性

針對混合收集的城市生活垃圾，經(jīng)分選預(yù)處理后的有機部分宜采用干法厭氧消化工藝；對于餐廚垃圾、糞便垃圾等高含水率的垃圾，宜采用濕法發(fā)酵工藝［9］，具有污染小，處理新鮮垃圾及時，資源化利用率高和產(chǎn)品適用性廣的特點［10］。另外可將生活垃圾、餐廚垃圾與糞便、污泥或高濃度有機廢水混合，提高其可發(fā)酵性。

4 厭氧消化技術(shù)在垃圾處理領(lǐng)域應(yīng)用

4.1 環(huán)保效益

厭氧消化技術(shù)能夠最大限度實現(xiàn)垃圾的循環(huán)和再利用，在處理過程中避免有害有毒氣體和液體的排放。Kuler等報道，每噸城市固體有機垃圾用“分選+厭氧消化+填埋”方式處理比用“分選+堆肥+填埋”的方式處理產(chǎn)生的二氧化碳的量要少0.2 t［11］。因此，運用厭氧消化技術(shù)處理城市生活垃圾可以獲得較好的環(huán)保效益。

4.2 經(jīng)濟效益

厭氧消化技術(shù)處理生活垃圾對垃圾中的有用物質(zhì)及能量加以回收和利用，使其無用部分達到無害化、減量化，真正做到了物盡其用。在厭氧生物處理中，每噸有機垃圾產(chǎn)生100～150 m3沼氣［11］。以北京市2008年的生活垃圾及餐廚垃圾量估算，可以獲得4.6億m3左右的沼氣，約8億kW·h的電，經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。另外，城市生活垃圾進行厭氧消化處理的殘留物無論是作肥料還是作飼料，都可取得較好的經(jīng)濟效益。

4.3 減少原生垃圾填埋量

以2008年為例，北京市生活垃圾產(chǎn)生量為673萬t，按廚余垃圾平均含量40%計，廚余垃圾量為269萬t，這部分垃圾如果直接進行填埋，每年占地約24 hm2，浪費了寶貴的土地資源。如果這部分垃圾進行厭氧消化處理，每年可獲得沼氣4.6億m3，同時節(jié)約了土地。

5 結(jié)論

目前厭氧消化技術(shù)在世界各地應(yīng)用廣泛，而我國目前還缺乏應(yīng)用于規(guī)?；某鞘欣幚淼膶嵗?。一方面我國還沒有健全垃圾分類制度，這給垃圾厭氧消化處理帶來了技術(shù)上的困難；另一方面對于厭氧消化技術(shù)在垃圾處理中的應(yīng)用研究還落后于歐洲等西方國家。我國是人口大國也是能源需求大國，從垃圾中回收甲烷，作為資源再利用具有巨大的市場潛力和應(yīng)用前景。雖然厭氧消化的投資成本比好氧堆肥高，一般高1.2～1.5倍［12］。但考慮到厭氧消化技術(shù)良好的環(huán)境效益，與好氧堆肥相比占地少，大大減少了溫室氣體（CH4、CO2）和臭氣的排放，以及可觀的經(jīng)濟效益，生物氣用來發(fā)電或供熱以及生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)衛(wèi)生的肥料，厭氧消化處理技術(shù)比其他有機垃圾處理方法更可行。因此，厭氧消化技術(shù)在生活垃圾處理工程中應(yīng)用會越來越廣泛。

［1］盛金良，操春華.城市生活垃圾收運模式設(shè)計［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2000，8 （2）：85-87.

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［5］北京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)計科學(xué)研究所.2000-2008年北京市生活垃圾理化特性調(diào)查與檢測［R］.2009.

［6］北京市市政管理委員會.北京市“十一五”時期環(huán)衛(wèi)專業(yè)規(guī)劃［R］.2007.

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［8］邢汝明，吳文偉，王建民，等.北京市餐廚垃圾管理對策探討［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2006，14（6）：58-60.

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［12］陳慶今，劉煥彬.固體有機垃圾厭氧消化處理的研究進展［J］.中國沼氣，2001，19（3）：3-7.

Potential for Applying Anaerobic Digestion Technology of Domestic Waste in Beijing

Li Yuchun,Pan Qi,Wang Yan,Zhang Yuesheng
（Beijing Solid Waste Administration Department,Beijing 100067）

Based on analysis of anaerobic digestion technology at home and abroad,combining changes in quantity and compositions of domestic waste in the past few years in Beijing，the quantity and treatment of organic waste,such as kitchen waste from residential areas,food residue from hotels and restaurants,and urban nightsoil were analyzed.The results showed that anaerobic digestion technology had great potentials for applying in the field of domestic waste treatment.

domestic waste；anaerobic digestion；organic waste

X799.3

A

1005-8206（2010）01-0037-03

2009-08-28

李玉春（1975—），碩士，高級工程師，2002年畢業(yè)于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，主要從事固體廢物處理研究、北京市垃圾糞便處理設(shè)施的綜合管理與運行監(jiān)管。參加工作期間發(fā)表12篇有關(guān)堆肥、焚燒處理技術(shù)方面論文，其中中文核心期刊5篇。

E-mail：liyuchun421@163.com。