固體廢棄物綜合處理技術(shù)工藝概述及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

＊呼斯冷

（1.鄂爾多斯市城市礦產(chǎn)研究開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 017000 2.鄂爾多斯市東勝區(qū)固體廢棄物資源化工程技術(shù)研究所 內(nèi)蒙古 017000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的加快發(fā)展，導(dǎo)致城市生活垃圾及其有機(jī)固體廢棄物的產(chǎn)生量迅速增加。城市生活垃圾及其他有機(jī)固體廢棄物含水分較高、組分復(fù)雜并且容易產(chǎn)生易生物質(zhì)降解等特點(diǎn)，因而有機(jī)固體廢棄物是造成污染環(huán)境的主要污染源。城市生活垃圾產(chǎn)生量巨增加，“垃圾圍城”現(xiàn)象日益嚴(yán)重，垃圾處理難度復(fù)雜。傳統(tǒng)的生活垃圾處理技術(shù)—焚燒、堆肥、填埋已不能滿(mǎn)足垃圾資源化處理的要求，具有減量化、無(wú)害化和資源化的綜合處理技術(shù)逐步受到人們的重視，并中小城鎮(zhèn)已經(jīng)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。由于中小城市的有機(jī)廢棄物產(chǎn)生量比較大，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境也產(chǎn)生較大的危害，所以城市生活垃圾及其有機(jī)固體廢棄物的處理已引起當(dāng)代社會(huì)的廣泛關(guān)注，是全世界研究的課題，甚至是當(dāng)前環(huán)保行業(yè)迅速發(fā)展的主要原因。

對(duì)于城市生活垃圾以及其他有機(jī)固體廢棄物而言，以往的處理和處置方法主要有焚燒處理方式、填埋處理方式、堆肥處理方式和綜合處理技術(shù)方式等四種有效方式。但是由于城市生活垃圾及其他有機(jī)固體廢棄物中含著大量生物質(zhì)菌種，其含水率比較高的特性又為生活垃圾及其他有機(jī)固體廢棄物的生物菌種轉(zhuǎn)化提供了有利條件，很好的利用這類(lèi)生物質(zhì)菌種，處理城市生活垃圾及其他有機(jī)固體廢棄物，對(duì)實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境保護(hù)和當(dāng)代經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展具有重大意義。所以針對(duì)城市生活垃圾及其有機(jī)固體廢棄物的厭氧發(fā)酵綜合處理技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)代環(huán)?？茖W(xué)工作中迫在眉急的事情，也是攻關(guān)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)工作，并且中國(guó)環(huán)保行業(yè)迅速成長(zhǎng)發(fā)展。以往有機(jī)固體廢棄物厭氧發(fā)酵綜合處理技術(shù)方面的研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面的研究?jī)H僅只局限于餐廚垃圾、有機(jī)垃圾、糞便和生活污泥的各單一物料，對(duì)于混合物料聯(lián)合厭氧發(fā)酵的綜合處理技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的研究目前較少。然而，混合物料綜合處理技術(shù)與單一物料的厭氧發(fā)酵技術(shù)相比，混合物料聯(lián)合厭氧發(fā)酵綜合處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是拓寬了發(fā)酵原料來(lái)源，解決了單一物料對(duì)厭氧消化過(guò)程的抑制作用，同時(shí)可最大限度地處理生物質(zhì)菌種有機(jī)質(zhì)，降低污染物，聯(lián)合厭氧發(fā)酵綜合處理技術(shù)還可以有效利用多種物料之間的互補(bǔ)性，解決了單一物料碳素與氮素的比例（C/N）、空隙率和含水率不合適等多項(xiàng)弊端，良好地實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾及其有機(jī)固體廢棄物的無(wú)害化處理和減量化的目的。真正實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾及其他有機(jī)固體廢棄物的減量化、無(wú)害化和資源化。

1.綜合處理技術(shù)工藝概況

綜合處理技術(shù)工藝主要是采用“有機(jī)固體廢棄聯(lián)合厭氧發(fā)酵工藝”為核心的綜合處理技術(shù)，整個(gè)綜合處理技術(shù)主要分為四部分，即前分選預(yù)處理系統(tǒng)、聯(lián)合厭氧發(fā)酵系統(tǒng)、資源化利用系統(tǒng)、無(wú)害化處置系統(tǒng)。其中，生活污泥、糞便及農(nóng)業(yè)廢棄物的前分選預(yù)處理系統(tǒng)，餐廚垃圾前分選預(yù)處理系統(tǒng)主要包括固液分離系統(tǒng)和油水分離系統(tǒng)，生活垃圾預(yù)處理系統(tǒng)，主要包括前分選（又包括行車(chē)抓斗-均料機(jī)-板式給料機(jī)-破袋滾筒篩-人工分揀-磁選機(jī)-臥式風(fēng)選機(jī)-彈跳篩等）和制漿（又包括調(diào)解和破碎制漿）等。厭氧發(fā)酵系統(tǒng)有機(jī)物厭氧發(fā)酵后產(chǎn)出物包括沼渣、沼液、沼氣。資源化利用系統(tǒng)沼渣進(jìn)入有機(jī)肥系統(tǒng)，制作有機(jī)肥。無(wú)害化處理系統(tǒng)主要包括水處理系統(tǒng)和焚燒系統(tǒng)，其中沼液進(jìn)入水處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)水處理系統(tǒng)處理后廠區(qū)回用，無(wú)廢水排放。沼氣和生產(chǎn)線分選的輕質(zhì)物料及塑料、可燃物進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒，再通過(guò)換熱器提供廠區(qū)供暖。整個(gè)工藝的組成如圖1。

圖1 工藝圖

2.預(yù)處理系統(tǒng)

生活垃圾、餐廚垃圾、生活污泥和糞便等有機(jī)固體廢棄物的前分選預(yù)處理工藝是為整個(gè)綜合處理工藝的核心，由于混合垃圾在多種物料進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)之前，需要分別進(jìn)行不同的前分選預(yù)處理，去掉雜質(zhì)、將分選出的有機(jī)質(zhì)進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)前的關(guān)鍵部分，以保證聯(lián)合厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行的前提。

(1)生活垃圾前分選工藝

城市生活垃圾組分復(fù)雜，混合物料較多，尤其是北方地區(qū)生活垃圾中混雜的雜質(zhì)較多，在進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵系統(tǒng)之前，必須進(jìn)行人工分揀和機(jī)械分選相結(jié)合的預(yù)處理方式，去取雜質(zhì)選出有機(jī)物。城市生活垃圾前分選工藝主要采用：行車(chē)抓斗-均料機(jī)-板式給料機(jī)-破袋滾筒篩-人工分揀等方式，對(duì)城市生活垃圾中的大件干擾物分揀出，再通過(guò)磁選機(jī)選出金屬部分-利用臥式風(fēng)選機(jī)選出輕物質(zhì)塑料選出-利用彈跳篩等方式細(xì)篩分并篩出砂土-水洗等技術(shù)選出比較純的有機(jī)物，對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行綜合處理，最終可形成城市生活垃圾有機(jī)固體廢棄物厭氧發(fā)酵有機(jī)物料、可回收物料和填埋物料三大類(lèi)。其中可有機(jī)固體廢棄物厭氧發(fā)酵物料再經(jīng)過(guò)破碎機(jī)進(jìn)一步破碎、水洗處理后沉沙等方式選出有機(jī)物，有機(jī)物即可進(jìn)入聯(lián)合厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵處理。其中可回收物主要為骨頭、金屬、紡織物、電器電子產(chǎn)品、玻璃和紙漿類(lèi)等物料，這些可回收物都可以直接銷(xiāo)售給再生資源回收企業(yè)進(jìn)行回收和處理。另外填埋物主要包括砂土、瓦礫、石頭等無(wú)機(jī)物，同時(shí)無(wú)機(jī)物都可直接進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行衛(wèi)生填埋處置。塑料及可燃物等輕物質(zhì)類(lèi)物料直接進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行高溫焚燒處理。前分選預(yù)處理工藝選出的金屬分選率大概88%以上，選出的玻璃主要人工分選，分選率大概95%以上，選出的塑料等輕物質(zhì)大概92%以上，起到有效減量作用。

(2)餐廚垃圾預(yù)處理工藝

餐廚垃圾中雜質(zhì)比較多，另外有含水率較高、油脂高、黏度高和鹽分高等特點(diǎn)。餐廚垃圾前分選預(yù)處理工藝主要通過(guò)人工分選選出玻璃瓶以及大件干擾物等雜質(zhì)，再通過(guò)固液分離機(jī)和油水分離機(jī)，把餐廚垃圾中的油脂和固液分離，再通過(guò)破碎分選、離心機(jī)等工藝達(dá)到勻漿狀態(tài)進(jìn)入調(diào)節(jié)罐，與其他物料一定的比率進(jìn)行調(diào)節(jié)，再進(jìn)入聯(lián)合厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵處理。其中選出的雜物進(jìn)行分選后可回收進(jìn)行回收處理。經(jīng)過(guò)前分選預(yù)處理將餐廚垃圾中的有機(jī)物分選率達(dá)96%以上，有機(jī)物粒徑均勻，經(jīng)過(guò)這樣的處理非常適于后續(xù)的厭氧發(fā)酵處理，并且發(fā)酵效果比較好。

(3)生活污泥和糞便預(yù)處理工藝

該工藝主要通過(guò)設(shè)置固液分離設(shè)備將生活污泥和糞便中摻雜的織物、塑料、石頭和瓦礫等大粒徑干擾物分離出，得到粒徑均勻、再進(jìn)入調(diào)節(jié)罐進(jìn)行一定的比率調(diào)節(jié)后進(jìn)入聯(lián)合厭氧發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵處理，也是聯(lián)合厭氧發(fā)酵物料之一。

3.厭氧發(fā)酵系統(tǒng)

城市生活垃圾、餐廚垃圾、生活污泥及糞便等多種垃圾經(jīng)過(guò)很多前分選工藝分別預(yù)處理后，選出的生活垃圾中的有機(jī)物、餐廚垃圾、生活污泥和糞便等有機(jī)質(zhì)物料，形成粒徑小于8mm的厭氧發(fā)酵混合物料，混合物料在調(diào)節(jié)罐中進(jìn)行充分的調(diào)解和攪拌后方可進(jìn)入聯(lián)合厭氧發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合厭氧發(fā)酵處理。整個(gè)有機(jī)固體廢棄聯(lián)合厭氧發(fā)酵系統(tǒng)主要由厭氧發(fā)酵罐主體、攪拌系統(tǒng)（厭氧發(fā)酵罐內(nèi)設(shè)機(jī)械攪拌功能，主要各種物料更好的攪拌作用）、加熱系統(tǒng)（主要北方地區(qū)冬季加熱保溫）、沼液收集設(shè)備和物料輸送單元、沼氣收集儲(chǔ)存柜等部分組成。采用中溫（35±2℃）發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間為18～25d。厭氧發(fā)酵罐采用半連續(xù)進(jìn)料方式，進(jìn)料含固率為8%～12%，發(fā)酵系統(tǒng)的容積負(fù)荷大于3.8kg/(m3·d)，通過(guò)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)出沼渣、沼液、沼氣等物料，進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)資源化利用系統(tǒng)。

4.資源化利用系統(tǒng)

(1)再生資源回收利用

生活垃圾、餐廚預(yù)處理過(guò)程中分選出的塑料瓶、金屬、玻璃等有價(jià)可回收物，直接作為成品出售給再生資源綜合利用公司。

(2)沼渣利用

聯(lián)合厭氧發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)生的沼渣通過(guò)烘干和制肥機(jī)制作顆粒有機(jī)肥。沼渣經(jīng)過(guò)壓濾板塊機(jī)脫去水分，之后將泥餅輸送至沼氣烘干爐進(jìn)一步烘干操作，然后再調(diào)節(jié)氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，由造粒機(jī)制作顆粒有機(jī)肥。通過(guò)造粒機(jī)制作的顆粒有機(jī)肥具有良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和保水性能，經(jīng)過(guò)肥料檢測(cè)部門(mén)的檢測(cè)，顆粒肥中有機(jī)質(zhì)含量為30%～46%，腐植酸含量為18%～42%，粗蛋白含量為5.6%～14%，全氮含量為0.9%～2.3%，全磷含量為0.8%～1.24%，全鉀含量為0.6%～1.2%，營(yíng)養(yǎng)成分含量較高。

Translator's note（譯者注釋?zhuān)?“Han Xin, a native of Huaiyin, was so poor in his early days that he asked a washerwoman to share her meal with him. He later helped Liu Bang defeat Xiang Yu and was entitled Prince of Qi, but then he was killed for plotting against Liu Bang.”

(3)沼氣利用

北方地區(qū)冬季氣候寒冷，延長(zhǎng)發(fā)酵周期、降低產(chǎn)氣效率，對(duì)厭氧發(fā)酵極為不利。本項(xiàng)目擬采用厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣凈化后用于供熱，原生沼氣組分復(fù)雜、熱值低，還含有水、二氧化碳、硫化氫和其它不助燃的雜質(zhì)氣體，無(wú)法直接使用，通過(guò)沼氣提純技術(shù)路線及相應(yīng)成套化設(shè)備，研制具有復(fù)合功能的高效吸附/吸收分離介質(zhì)，優(yōu)化相關(guān)工藝參數(shù)，去除沼氣中CO2、H2S、水蒸氣和其它雜質(zhì)氣體，將沼氣用于厭氧系統(tǒng)加熱和廠區(qū)供暖，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。另外使用沼氣制作有機(jī)肥時(shí)點(diǎn)燃沼氣造粒機(jī)。

5.無(wú)害化處理系統(tǒng)

(1)沼液無(wú)害化處理

厭氧發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)生的沼液，沼液經(jīng)過(guò)水處理系統(tǒng)處理后無(wú)害化處置，并部分水回用于本工藝循環(huán)使用，部分水用于園林綠化。

(2)廢氣無(wú)害化處理

厭氧發(fā)酵系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣綜合利用后產(chǎn)生的其他氣體和生產(chǎn)線收集的廢氣，直接進(jìn)入焚燒爐進(jìn)行焚燒，進(jìn)入焚燒爐后更加促進(jìn)該焚燒效果。

(3)可燃物無(wú)害化處理

6.該工藝的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況

目前該工藝已在鄂爾多斯市東勝區(qū)、準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)、沙圪堵鎮(zhèn)、伊金霍洛旗、烏審旗、烏海市海勃灣區(qū)、江西都昌等7座生活垃圾綜合處理廠得到成功應(yīng)用。其中“準(zhǔn)格爾旗沙圪堵鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化綜合處理項(xiàng)目”是鄂爾多斯市城市礦產(chǎn)研究開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司建設(shè)的“升級(jí)版”和“樣板”工程，同時(shí)也是中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心產(chǎn)業(yè)化示范基地。

圖2 內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗沙圪堵鎮(zhèn)固體廢棄物綜合處理廠

圖3 有機(jī)固體廢棄聯(lián)合厭氧發(fā)酵工藝示范工程

準(zhǔn)格爾旗沙圪堵鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化綜合處理項(xiàng)目，2012年開(kāi)始建設(shè)，2014年年底試運(yùn)行，2015年1月1日正式投產(chǎn)。日處理設(shè)計(jì)能力生活垃圾及其他廢棄物總量350噸，其中生活垃圾150噸，糞便150噸，餐廚垃圾20噸，污泥30噸。日產(chǎn)沼氣4600立方米，顆粒有機(jī)肥20噸，液態(tài)有機(jī)肥20噸，制作垃圾衍生燃料（RDF）20噸，回收玻璃4噸、金屬3噸、塑料10噸。

圖4 生產(chǎn)線車(chē)間內(nèi)部照片

圖5 肥料生產(chǎn)線

7.綜合處理技術(shù)存在問(wèn)題及分析

從目前產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐看，生活垃圾綜合處理技術(shù)是雖然比填埋處理和焚燒處理相比一定的先進(jìn)性和有效處理方式，但是還存在以下不足之處：（1）對(duì)于整個(gè)垃圾綜合處理工程來(lái)說(shuō)，不同地域?qū)τ诶幚淼馁Y源化利用效率不夠穩(wěn)定，所以經(jīng)濟(jì)收入不是很高，導(dǎo)致投入和產(chǎn)出不是正比。（2）由于垃圾分選后的可回收物以及厭氧發(fā)酵后所得的資源化利用產(chǎn)品，難以在市場(chǎng)上產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益。

基于以上分析，今后研究方向主要有以下幾點(diǎn)：（1）制定行業(yè)或者企業(yè)內(nèi)部垃圾前分選預(yù)處理技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)加強(qiáng)和加大垃圾分類(lèi)方面的宣傳教育。（2）因地制宜，根據(jù)南北地區(qū)不同區(qū)域垃圾的資源化方法和產(chǎn)品，以此提高經(jīng)濟(jì)效益。（3）通過(guò)研究提高垃圾資源化產(chǎn)品，加強(qiáng)垃圾資源化的產(chǎn)品推廣力度，產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益。

8.結(jié)論

采用以“有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵工藝”為核心的綜合處理工藝，分別將生活垃圾、生活污泥和糞便前分選預(yù)處理后，可用的無(wú)機(jī)物回收利用，選出的有機(jī)物進(jìn)行多種物料聯(lián)合厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼渣制成固態(tài)有機(jī)肥、沼液進(jìn)行水處理回用、沼氣用于焚燒或提純后資源化利用和無(wú)害化處置。“有機(jī)固體廢棄物聯(lián)合厭氧發(fā)酵工藝”能夠有效地實(shí)現(xiàn)城市有機(jī)固體廢棄物的減量化、無(wú)害化和資源化的目的?？傊?，綜合利用技術(shù)，在中小城市生活垃圾及其其他固體廢棄物綜合處理過(guò)程中，垃圾資源化利用效果明顯，達(dá)到無(wú)害化和減量化目的，工藝運(yùn)行比較穩(wěn)定，具有推廣價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。