我國典型廢物協(xié)同處理技術(shù)及發(fā)展研究

章夏夏++解建波++劉昕++臧冰++祝金星++張璇州

【摘要】：闡述了現(xiàn)階段我國廢物協(xié)同處理的主要技術(shù)模式、特點及其適用條件，通過機理和技術(shù)應(yīng)用差異的深入解析，提出了廢物協(xié)同處理的發(fā)展對策。

【關(guān)鍵詞】：廢物協(xié)同；現(xiàn)狀；特點；應(yīng)用；技術(shù)

1、研究背景與意義

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，城市固體廢物的產(chǎn)量逐年增長的同時，其組分、性質(zhì)及種類也發(fā)生了較大變化。單一的處理技術(shù)很難解決整個城市的所有廢棄物，且單一的傳統(tǒng)處理工藝往往占地大、成本高、處理周期較長，而且在能源利用方面也只能走傳統(tǒng)處理方式的老路。因此，有必要結(jié)合幾種主要廢棄物的特性，利用現(xiàn)有資源，探索出一條新的固廢資源化利用方式。處理技術(shù)發(fā)展的趨勢是多種廢物的協(xié)同處置和多種技術(shù)的綜合處理。

協(xié)同處置和綜合處理系統(tǒng)不單指各種廢物的混合處理和各種處理技術(shù)簡單的拼合，而是指在某一特定區(qū)域或集中場所內(nèi)，將垃圾看作能源與資源的載體，運用創(chuàng)新的技術(shù)思想將各技術(shù)集成為一個循環(huán)體系，實現(xiàn)能量與資源的綜合利用，以達到社會、經(jīng)濟和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2、我國現(xiàn)有的廢物協(xié)同處理技術(shù)

2.1建筑垃圾、焚燒爐渣、礦化垃圾無機物制備建材

建筑垃圾是指在對建筑物、構(gòu)筑物的建設(shè)、維修、拆除和裝修的活動中產(chǎn)生的對建筑物本身無用或不需要的排出物料，可分離分選為粗

骨料、細骨料、粉土；焚燒爐渣是生活垃圾焚

*基金項目：北京環(huán)衛(wèi)集團技術(shù)服務(wù)項目（2016-JS-B10）

作者簡介：章夏夏（1983—），中級工程師，主要從事城鎮(zhèn)固廢綜合處理與資源化工程技術(shù)工作。

Email：zhangxiaxia@besgrd.com

燒的副產(chǎn)物，包括爐排上的殘留物和從爐排間掉落的顆粒物，其中爐渣約占垃圾總重量的20%-30%[1]，可分離分選為陶瓷和磚石碎片、石頭、玻璃、熔渣、鐵和其他金屬及可燃物；礦化垃圾是指在填埋場中填埋多年，基本達到穩(wěn)定化，已可進行開采利用的垃圾，可分離分選為塑料、營養(yǎng)土、殘渣三種組分。

其中，礦化垃圾中的塑料組分可與建筑垃圾的細骨料采用冷壓技術(shù)聯(lián)合制磚，塑料組分的黏粘性使其與細骨料粘合，從而達到建材標準。范宇杰[2]等研究表明，生活垃圾焚燒爐渣的物理化學(xué)和工程性質(zhì)與輕質(zhì)的天然骨料相似，可浸出重金屬和溶解鹽的濃度在各種灰渣中基本上是最低的，且爐渣殘余有機物含量少，堅固性好，作為土木工程材料進行資源化利用具有可行性。焚燒爐渣經(jīng)磁選、重選分離出廢鋼鐵等金屬后，可用作鋪路的墊層、填埋場覆蓋層的材料和制作免燒磚等，也可與建筑垃圾的粗骨料聯(lián)合制路基或回填土。

2.2聯(lián)合厭氧消化

2.2.1 污泥與廚余垃圾聯(lián)合厭氧消化

一般地，厭氧消化的適宜碳氮比為10-20，污泥的碳氮比為5-9，廚余垃圾的碳氮比在10-25 之間，污泥和廚余垃圾的互補性決定了兩者協(xié)同處理的可行性和經(jīng)濟性。污泥與廚余垃圾按照（0.5-2）：1，混合厭氧消化不僅可以避免污泥或廚余垃圾單獨厭氧消化時存在的揮發(fā)性有機酸（VFAs）積累、氨抑制等問題，而且在合適條件下可以提高VS去除率和甲烷產(chǎn)量，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行并達到較好的處理效果[3]。

Fu[4]等研究了初沉污泥和廚余垃圾混合中溫厭氧消化效果，進料中初沉污泥和垃圾按VS之比分別為3：1和1：1，水力停留時間（HRT）分別采用10 d、13 d、16 d、20 d，結(jié)果表明各反應(yīng)器系統(tǒng)中均未出現(xiàn)如pH降低、堿度不足、氨抑制和VFAs積累等現(xiàn)象。付勝濤[5]等在對剩余活性污泥和廚余垃圾進行混合中溫厭氧消化研究中，按75%：25%和50%：50%等不同進料比例進行混合運行，之后檢測系統(tǒng)中混合物的pH值始終保持在7.18-7.52之間，堿度也始終在3125-4533 mg/l之間，并且完全沒有出現(xiàn)VFAs積累以及氨抑制情況，其運行還相當(dāng)穩(wěn)定。Rintala[6]等對污泥和廚余垃圾在中溫中高環(huán)境中進行厭氧消化時所產(chǎn)生的甲烷特性研究表明，污泥和廚余垃圾混合厭氧消化，其甲烷潛力產(chǎn)出量可高達90%，甲烷活性和產(chǎn)速率都可以隨著進料方式和進料量的變化而變化，在消化過程中，也并沒有發(fā)生丙酸和丁酸抑制乙酸甲烷化的問題，其混合處理的消化池中污泥的甲烷化活性要高于單獨處理的消化池中污泥活性，故污水廠污泥和廚余垃圾聯(lián)合消化是可行的。

2.2.2 糞便與餐廚垃圾聯(lián)合厭氧消化

糞便和餐廚垃圾進行聯(lián)合厭氧發(fā)酵可充分利用高含水率的糞便廢水作為餐廚垃圾厭氧發(fā)酵補水，節(jié)約了新水消耗量，在前期餐廚垃圾處理量不足的時候可以用糞便或其它有機垃圾進行添補，保證工藝的穩(wěn)定進行。糞便較高的碳氮比對于維持整個發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要作用。此外，經(jīng)厭氧發(fā)酵處理后的沼液，其有機物大部分轉(zhuǎn)化為甲烷，能夠進行資源化利用，同時降低了后續(xù)污水處理的成本。該技術(shù)能最大限度地將餐廚垃圾、糞便中可利用的資源全部回收與轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生具有一定經(jīng)濟效益的油脂、沼氣和有機肥料。油脂可以加工成生物柴油，沼氣可直接用來發(fā)電或生產(chǎn)天然氣，是緩解目前能源需求與供給矛盾的有效途徑，處理后的殘渣經(jīng)過穩(wěn)定化處理后，還可加工成有機肥料，廣泛應(yīng)用于園林綠化、果蔬種植等農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域。

以福建省龍巖市餐廚垃圾處理項目為例，餐廚垃圾進廠經(jīng)預(yù)處理后，進行中溫兩相濕式厭氧消化；糞便經(jīng)過固液分離預(yù)處理后，部分進入?yún)捬跸到y(tǒng)，另一部分進入后段絮凝脫水，脫水后的污水進入園區(qū)污水處理廠處理。75 t/d 餐廚垃圾的處理規(guī)模，可產(chǎn)出約1 t/d 的工業(yè)粗油脂，產(chǎn)沼氣達3600 m3/d；150 t/d餐廚垃圾的處理規(guī)模，可產(chǎn)約2 t/d 的工業(yè)粗油脂，產(chǎn)沼氣達7200 m3/d。沼氣主要用于提供燃氣鍋爐燃燒，或供餐廚垃圾處理工藝需要及廠區(qū)生活熱水使用，剩余部分遠期預(yù)留沼氣發(fā)電[7]。朱洪艷[8]等通過進行餐廚垃圾和牛糞厭氧發(fā)酵試驗表明，餐廚垃圾和牛糞比例為3：1時反應(yīng)效果最好，累積產(chǎn)氣量為3750.5 ml，是餐廚垃圾單獨厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣量的3倍，且沒有發(fā)生酸化現(xiàn)象，而餐廚垃圾單獨厭氧發(fā)酵時發(fā)生酸化效應(yīng)，反應(yīng)運行失敗。由以上結(jié)果可知，混合發(fā)酵有利于厭氧發(fā)酵的進行，可提高餐廚垃圾厭氧發(fā)酵的效率。endprint

2.3聯(lián)合厭氧干發(fā)酵

厭氧干發(fā)酵又稱為固體厭氧發(fā)酵，總固體含量為20%-30%[9]，厭氧干發(fā)酵要求底物的C/N為20-30，C/N過高或過低均會影響產(chǎn)氣量或產(chǎn)氣率[10]。農(nóng)業(yè)廢棄物如秸稈、雜草、樹葉等，農(nóng)業(yè)剩余物如畜禽糞便、農(nóng)產(chǎn)品的廢水廢物等，及城市污水處理廠的剩余污泥、餐廚垃圾等均可作為發(fā)酵原料。

2.3.1 餐廚垃圾和污泥聯(lián)合厭氧干發(fā)酵

由于餐廚垃圾有機質(zhì)含量高且易降解，具有高產(chǎn)甲烷潛能，但由于水解酸化階段快，容易造成有機酸積累，導(dǎo)致系統(tǒng)值下降，抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，系統(tǒng)的穩(wěn)定性能差。而脫水污泥有機質(zhì)多為難降解性物質(zhì)，水解酸化階段是限速階段，進入產(chǎn)甲烷階段慢，又因為C/N較低，易形成氨抑制作用，所以脫水污泥厭氧消化時甲烷產(chǎn)率較低。兩者聯(lián)合厭氧消化，可為系統(tǒng)內(nèi)微生物提供了更為均衡的營養(yǎng)條件，因而更有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和產(chǎn)氣性能[11]。

2.3.2 畜禽糞便和秸稈聯(lián)合厭氧干發(fā)酵

通常秸稈的C/N比較高，畜禽糞便和污泥的C/N較低，Weiland[12]在分析了德國厭氧發(fā)酵技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢后指出，將糞肥和秸稈進行聯(lián)合厭氧發(fā)酵并將其反應(yīng)配比進行優(yōu)化將是今后重要的發(fā)展方向。小麥秸稈與牛糞聯(lián)合厭氧消化產(chǎn)氣量顯著高于秸稈、牛糞單獨發(fā)酵處理，牛糞與秸稈的配比是1：1時產(chǎn)氣量比秸稈、牛糞單獨消化提高了208.7%和11.5%[13]。稻草或雞糞單獨厭氧消化相比，混合厭氧消化能夠顯著提高原料產(chǎn)氣率[14]。污泥和餐廚垃圾混合消化可降低潛在抑制性物質(zhì)的濃度，顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性[15]。添加混合基質(zhì)提高了系統(tǒng)緩沖能力，進而提高產(chǎn)氣量。

2.4聯(lián)合堆肥

廢棄物處理中，由于單種物質(zhì)成分有限或質(zhì)變，不易處理或增加處理難度，例如果蔬垃圾及秸稈中碳含量相對較高，木質(zhì)素、纖維素和半纖維素含量較高，氮和磷相對缺乏，單獨采用微生物處理時，效果極差；餐廚垃圾在存放中極易酸化，pH可以降到4以下，進行厭氧處理時，需要添加大量的堿性物質(zhì)中和后才能進行生物處理；畜禽糞便的有機質(zhì)、氮素含量較高。聯(lián)合堆肥可使C/N比、水分相互協(xié)調(diào)平衡，有利于提高堆肥的腐熟度。

2.4.1 廚余垃圾和玉米秸稈聯(lián)合堆肥

張紅玉[16]等研究表明，廚余垃圾單獨堆肥會產(chǎn)生大量滲濾液及臭氣物質(zhì)，嚴重影響環(huán)境質(zhì)量，且廚余垃圾含鹽量高很大程度上制約了堆肥技術(shù)的應(yīng)用。以玉米秸稈作為添加材料與廚余垃圾聯(lián)合堆肥，其腐熟度明顯優(yōu)于廚余垃圾單獨堆肥處理，且添加秸稈后，可有效稀釋廚余垃圾堆肥產(chǎn)品的鹽分含量；與廚余垃圾單獨堆肥相比，添加秸稈的廚余堆肥處理的甲硫醚、硫化氫和甲硫醇的平均排放濃度分別降低了62.3%，67.9%和49.6%；廚余垃圾單獨堆肥過程中滲濾液的產(chǎn)生量占堆肥原料質(zhì)量的32.6%（濕基），添加秸稈的處理在堆肥過程中不產(chǎn)生滲濾液。因此，玉米秸稈在提高廚余垃圾堆肥腐熟度、控制滲濾液和臭氣物質(zhì)排放方面具有顯著的促進作用。

2.4.2廚余垃圾、畜禽糞便和玉米秸稈聯(lián)合堆肥

張紅玉[17]將廚余垃圾、豬糞和玉米秸稈作為堆肥原料，采用好氧堆肥的方法，探討了廚余垃圾和豬糞、秸稈聯(lián)合堆肥對腐熟度的影響。設(shè)置四個處理，以廚余垃圾單獨堆肥作為對照，豬糞和秸稈聯(lián)合堆肥，添加50%和60%廚余垃圾的處理。結(jié)果表明：從溫度、pH、電導(dǎo)率、腐植酸光學(xué)特性（E4/E6）、固相C/N和發(fā)芽率來看，只有廚余垃圾單獨堆肥的處理沒有達到腐熟要求，其余3個處理均達到腐熟。所以廚余垃圾、豬糞和秸稈聯(lián)合堆肥可以更好地實現(xiàn)廢棄物的無害化，促進堆肥腐熟。

2.4.3 生活垃圾與污泥聯(lián)合堆肥

城市垃圾結(jié)構(gòu)疏松，C/N較高，而污泥結(jié)構(gòu)密實，C/N較低，可將兩者混合堆肥，不僅可以改善堆肥物料的物理結(jié)構(gòu)，而且起到調(diào)節(jié)碳氮比的作用，還可增加氮素含量。吳雷祥[18]等研究高含水率城市生活垃圾（含水率≥65%）和脫水污泥好氧堆肥工藝處理時發(fā)現(xiàn)，預(yù)處理垃圾和污泥在質(zhì)量比1-3時，堆肥可以達到衛(wèi)生化和穩(wěn)定化要求。周美紅[19]在100 T中試規(guī)模下，用生活垃圾和污泥堆肥生產(chǎn)生物有機肥，此工藝能縮短堆肥時間，減輕堆肥過程中臭氣排放，提高堆肥產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品有益菌活菌數(shù)，產(chǎn)品腐熟度良好。

2.4.4 生活垃圾與糞便

生活垃圾和糞便聯(lián)合堆肥的研究主要為生活垃圾和禽畜糞便、人的糞渣等進行聯(lián)合堆肥。與單獨生活垃圾堆肥相比，將生活垃圾與畜禽糞便聯(lián)合好氧堆肥有利于堆肥化進行和堆肥產(chǎn)品品質(zhì)的提高。付美云[20]等研究認為生活垃圾與豬糞好氧堆肥滿足腐熟要求，滿足植物生長需求。楊天學(xué)[21]等采用固體廢物好氧堆肥成套技術(shù)時，在生活垃圾中添加牛糞后，會改善物料性質(zhì)，升溫速率快、滅菌效果好、腐熟度較高、堆肥產(chǎn)品品質(zhì)高、市場前景好。

2.5 生活垃圾與醫(yī)療垃圾聯(lián)合焚燒

兩者的協(xié)同性在于醫(yī)療廢物往往具有傳染性，利用生活垃圾焚燒爐850 ℃的高溫可達到滅菌消毒的目的。但醫(yī)療垃圾不能與生活垃圾混合投料，需要與其他廢物隔離裝卸、貯存和投加，避免導(dǎo)致傳染性疾病。生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)和醫(yī)療垃圾焚燒技術(shù)都是成熟的工藝，并且得到了廣泛的應(yīng)用，但目前在市場上很少有生活垃圾和醫(yī)療垃圾混合焚燒發(fā)電的工藝，如果生活垃圾和醫(yī)療垃圾可以混合焚燒發(fā)電，將會節(jié)約很多廠用占地，提高經(jīng)濟收益，可以更好地實現(xiàn)垃圾無害化、減量化、資源化的要求[22]。

在《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ90-2009）中明確指出：對于不同行業(yè)的特殊垃圾的結(jié)構(gòu)成分、理化指標、收運規(guī)律及焚燒處理要求、二次污染等都有很大差異，這種垃圾在一般條件下不允許與生活垃圾混合處理。在《醫(yī)療廢物化學(xué)消毒集中處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ/T228-2005）中明確闡述：不能采用化學(xué)消毒處理技術(shù)處理的醫(yī)療廢物，必須采用其他方法進行管理和處置，禁止將沒有消毒的醫(yī)療廢物混入生活垃圾或其它廢物進行填埋。從上述兩標準中可以看出，目前我國規(guī)范不允許將醫(yī)療垃圾和生活垃圾進行混燒，即使要做混燒，醫(yī)療垃圾也要經(jīng)過滅菌和消毒的過程，才有可能進入生活垃圾焚燒爐進行混燒。endprint

3、發(fā)展趨勢

一方面，隨著固廢設(shè)施環(huán)保標準的逐步趨嚴，高污染固廢處理技術(shù)必然被低污染技術(shù)所替代；另一方面，國家對固廢處理投資的高速增長，必將使高效率、低污染固廢處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)。有條件的企業(yè)，還要承擔(dān)城市固體廢物協(xié)同處理任務(wù)，建設(shè)區(qū)域性固體廢物綜合利用和協(xié)同處置基地，為地方政府提供環(huán)境服務(wù)綜合解決方案，實現(xiàn)社會、環(huán)保和經(jīng)濟效益的有效統(tǒng)一。

發(fā)展固體廢物的處理處置不能僅靠單一技術(shù)手段來解決問題，而是需要多種技術(shù)有機組合進行綜合治理，包括前端分類收集等手段。同時，固體廢物處理處置也絕不是單純的技術(shù)問題，而是需要全社會多方面參與的綜合社會管理問題。固體廢物處理處置的目的也不是單純“銷納”廢物，而是涉及可持續(xù)性發(fā)展的資源保護及再生，今后固體廢物處理處置技術(shù)的發(fā)展方向?qū)浞煮w現(xiàn)這一原則。

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