生活垃圾機械-生物處理技術研究

羅家強

（成都市興蓉環(huán)境股份有限公司，成都 610000）

我國生活垃圾具有高有機質(zhì)、低熱值的特點，在填埋或焚燒之前沒有經(jīng)過分揀等預處理。未經(jīng)分揀的垃圾直接進入填埋場或焚燒廠造成了極大的資源浪費和經(jīng)濟損失。

國際上，隨著各國新的垃圾管理標準頒布，機械-生物處理技術（Mechanical and Biological Treatment，MBT）得以廣泛的應用。通過該技術，生活垃圾可針對性地實現(xiàn)有價值物質(zhì)分離回收和高熱量物質(zhì)的最大熱能利用。在歐洲，機械-生物處理技術已成為生活垃圾處理中的重要組成部分，處于垃圾循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈的物質(zhì)流和能量流的中心樞紐地位。

機械-生物處理是一種新發(fā)展的生活垃圾綜合處理技術。原理是利用機械的分選設備，將高熱值的物質(zhì)、金屬和玻璃等有價值的可回收物質(zhì)分離利用，有機質(zhì)部分經(jīng)生物好氧或厭氧處理后填埋處理。垃圾中可再生材料可以循環(huán)利用，高熱質(zhì)的物質(zhì)和生物處理產(chǎn)生的甲烷可用于焚燒發(fā)電和供暖。

1 處理工藝

MBT工藝如圖1所示，主要包括機械和生物處理兩個環(huán)節(jié)。首先，對生活垃圾進行機械破碎、篩分，在這一過程中，垃圾中的可回收物質(zhì)（金屬、玻璃、塑料等）通過分選得以回收，惰性物質(zhì)可填埋處理。剩下以有機組分為主的垃圾進行下一步生物降解，此過程中產(chǎn)生的甲烷氣體可作為能源回用。處理后的垃圾可再次篩分進行填埋、焚燒或資源化利用[1]。

1.1 機械處理

機械處理主要對垃圾進行破碎和篩分。目的是從垃圾中分離惰性物質(zhì)，回收金屬、玻璃以及高熱值物質(zhì)等，并集中和勻質(zhì)化有機質(zhì)組分。

圖1 MBT技術工藝流程

垃圾通常按照250 mm和60 mm的大小進行組分篩分。破碎后垃圾組分在250 mm以上的，再進行破碎。60 mm以下組分富集大量有機物，在通過磁選分離金屬后進行生物處理。60 mm和250 mm的組分首先通過沖擊式分離機或風選彈跳篩進一步分離較大粒徑物質(zhì)和密度較大物質(zhì)，如金屬、建筑垃圾、塑料等，再通過磁選器分離金屬后送入資源回收利用系統(tǒng)或填埋處理，剩下組分進入下一步生物處理。

1.2 生物處理

生物處理衍生出好氧處理技術和厭氧消化降解技術兩種截然不同的技術路線。較為成熟和應用廣泛的工藝路線為好氧處理技術。厭氧消化降解技術為新興發(fā)展的技術，作為好氧處理的補充，單獨運用較少。

1.2.1 生物好氧處理

生物好氧處理技術主要是利用好氧生物降解作用處理垃圾中的有機可降解的物質(zhì)，以堆肥的原理來處理生物垃圾。目前，該技術在歐洲運用較多。

生物好氧處理分兩個階段。第一個階段是強化處理階段，即將垃圾置入密封容器內(nèi)，向內(nèi)強制通風，促進微生物快速生長，并通過它們的新陳代謝作用，快速降解垃圾中的有機物。在第二個階段，垃圾將堆放在一個露天或室內(nèi)進行后腐。后腐過程將補充適量的水分（約1 m3/t垃圾），以保持濕度。后腐過程中可以采用自然或間歇式通氣的方式，使得垃圾中的可降解成分得到充分的降解。完成處理后的垃圾將在壓縮后填埋處理。

在好氧降解處理和垃圾壓縮過程中將產(chǎn)生富含有機物的工藝水，該水將被引入?yún)捬醢l(fā)酵罐中用于生成沼氣（含65%～75%甲烷，25%～35%二氧化碳），可用于熱能利用。硝化水引入水處理設施處理。如將剩余垃圾完全利用作為處理的最終目標，需結合生物干燥穩(wěn)定化工藝。垃圾在微生物降解過程中產(chǎn)生的熱量可配合通風用于垃圾干燥。經(jīng)過10～15 d通風干燥，垃圾中的絕大部分水分被去除，生活垃圾得以干燥，有利于垃圾的下一步機械分離。

1.2.2 生物厭氧消化

生物厭氧消化技術在實例中運用較少。這是在現(xiàn)在的新能源政策的背景下，以降解城市生活垃圾中的可降解有機物質(zhì)、減少垃圾填埋量為目的而探索和研究的處理技術，適用于含水率較高和資源回收價值較低的生活垃圾。垃圾中的有機物首先通過厭氧處理產(chǎn)生沼氣，該沼氣可以發(fā)電或其他能量利用。消化處理后的垃圾剩余物再輔以4～6周的好氧熟化，最終可填埋處理。試驗研究表明，厭氧消化降解技術可將垃圾的有機物降解50%～75%，過程中產(chǎn)生的沼氣量不受具體的處理工藝（物料的干濕、發(fā)酵等）影響較小，但受垃圾的進料質(zhì)量影響較大。雖然該技術中有能量產(chǎn)生，但相比好氧處理技術路線在資源化利用方面處于劣勢。

1.3 機械再篩分

生物干燥后的垃圾首先將按照粒徑大小進行再篩分（一般以80 mm為臨界值），然后經(jīng)過振動篩和風選彈跳篩將垃圾按照低比重和高比重篩分。經(jīng)粒徑和比重篩選后，大于80 mm和低比重組分可作為輔助燃燒使用；其余組分為玻璃、陶瓷、石塊等礦物質(zhì)，可填埋處理或資源化回收利用。

1.4 物質(zhì)流和能量流分析

相關研究表明，采用好氧處理的MBT技術，可平均回收2%金屬，產(chǎn)生38%高熱值可燃物、38%水、5%氣體損耗、5%沼氣、10%礦物質(zhì)和2%的殘留物。其中2%的殘留物為生活垃圾堆積時挖掘機或者人工檢出的大塊異物。

利用MBT技術，生活垃圾中可焚燒物質(zhì)的熱值可從8 MJ/kg上升到20 MJ/kg。每噸生活垃圾可平均產(chǎn)生310 kW·h熱量或蒸汽，發(fā)電406 kW·h并減少二氧化碳排放280 kg[2]。產(chǎn)生的電量遠遠多于MBT設備運行所需用電。

2 MBT在國外的應用

MBT機械-生物處理技術在歐洲，特別是德國和奧地利已發(fā)展成熟并得到了廣泛的應用，在意大利處于新興階段。根據(jù)德國相關法規(guī)，自2005年6月1日起，生活垃圾禁止直接填埋，填埋垃圾的熱值和有機物含量等也設定了上限。到2025年，所有的生活垃圾將不再允許填埋，取而代之的是資源化利用。據(jù)德國環(huán)保部統(tǒng)計，截至目前，德國已建成運行46家MBT處理廠預處理生活垃圾，處理量為500萬t/a，約占未單獨分類垃圾總量的1/3。同時，繼續(xù)發(fā)展創(chuàng)新MBT技術，以實現(xiàn)10a后生活垃圾全部資源化利用。

奧地利有16家MBT垃圾處理廠，每年可處理量近50萬t生活垃圾、5萬t城鎮(zhèn)污泥和3萬t危廢[3]。在技術路線的選擇上，德國大部分采用機械處理或者機械處理+好氧處理技術，奧地利無一在生物處理環(huán)節(jié)采用厭氧消化降解技術。

3 MBT在國內(nèi)的應用

MBT機械-生物處理技術在我國鮮有應用。2013年，成都城市環(huán)境管理科學研究院模擬MBT機械-生物處理工藝對成都市生活垃圾進行試驗研究。該研究以成都市長安垃圾填埋場進場的新鮮垃圾為對象，以消減最終填埋處置量為目的。根據(jù)采用技術手段的不同，可回收金屬和玻璃6.95%，干物質(zhì)的質(zhì)量削減百分比在26.17%～52.05%，揮發(fā)性有機質(zhì)含量下降48.10%，含水率下降40.06%。最終填埋處置量可消減達50%[4]。但該研究未涉及垃圾熱能利用范疇。

4 結論

機械-生物處理技術是國外發(fā)展較為成熟的生活垃圾綜合處理技術，可有效提高垃圾中可回收材料的分類回收利用率、提高垃圾的生物穩(wěn)定性、減少垃圾的最終處置量、減少溫室氣體排放量和極大提高垃圾熱值。借鑒德國和奧地利的發(fā)展經(jīng)驗，該技術可以獨立地用于生活垃圾處理，可以作為預處理技術，與其他的垃圾處理技術（如焚燒、填埋等）相結合，形成完整的垃圾處理、循環(huán)利用鏈。