城市生活垃圾科學(xué)化處理研究和應(yīng)用

張 霞，黃 樂

（1.重慶市市政環(huán)衛(wèi)監(jiān)測(cè)中心，重慶 401121；2.重慶臨空開發(fā)投資集團(tuán)有限公司，重慶 401100）

黨的十八大以來，黨中央高度重視環(huán)境保護(hù)、和諧發(fā)展，倡導(dǎo)“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念。在這種背景下，隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，需重點(diǎn)做好城市生活垃圾的科學(xué)化處理。當(dāng)前，填埋法、堆肥法、焚燒法被廣泛應(yīng)用于城市生活垃圾處理。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要考慮實(shí)際情況，選擇適合城市現(xiàn)狀和發(fā)展階段的處理方式。堅(jiān)持“以人為本”的城市居住理念，梳理城市生活垃圾科學(xué)化處理的流程，做好收集、運(yùn)輸、處置等環(huán)節(jié)，提高城市生活垃圾處理的效率。要從我國(guó)國(guó)情出發(fā)，根據(jù)城市規(guī)模、功能及發(fā)展階段，開展城市生活垃圾科學(xué)化處理，建設(shè)美好宜居城市，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

1 城市生活垃圾科學(xué)化處理現(xiàn)狀

全球人口迅速增長(zhǎng)和工業(yè)化程度提高，使城市生活垃圾持續(xù)增多[1-2]。其中，食品廢物（food waste，F(xiàn)W）占了很大的比重。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織的報(bào)告，全球每年產(chǎn)生約16億噸食品廢物，占全球年度糧食生產(chǎn)的三分之一。2005至2025年，F(xiàn)W將增長(zhǎng)44%[3-4]。FW及其直接有益重用（direct beneficial reuse，DBR）的常規(guī)處理技術(shù)，包括填埋、焚燒、堆肥、動(dòng)物喂養(yǎng)和厭氧消化[4-5]已經(jīng)在全球普遍應(yīng)用。垃圾填埋對(duì)環(huán)境有極其不利的影響，如浸漏到地下水源和產(chǎn)生異常氣味[6]。焚燒涉及在過量的氧氣供應(yīng)中完全氧化廢物產(chǎn)生二氧化碳、水和灰分，以及金屬、碳?xì)浠衔?、酸性氣體等其他一些產(chǎn)品[7]。堆肥的優(yōu)點(diǎn)是利用可能被填埋的食物廢物，通過低成本的處理提供營(yíng)養(yǎng)平衡的農(nóng)業(yè)肥料[8]。堆肥的主要制約因素是大空間要求和長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程[9]；同時(shí)，與揮發(fā)性有機(jī)化合物排放問題相關(guān)的環(huán)境挑戰(zhàn)也是對(duì)堆肥的另一個(gè)巨大制約因素[10]。動(dòng)物喂養(yǎng)存在著FW與城市其他生活垃圾分離問題[11]。厭氧消化是一種很有前途的技術(shù)，干濕厭氧消化在廢物的生物轉(zhuǎn)化過程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)[12-14]。影響厭氧消化處理的重要參數(shù)包括pH、溫度、底物類型和組成以及操作參數(shù)，如有機(jī)裝載率等[15]。熱解是一種新型的熱化學(xué)處理工藝，在處理塑料廢料和難生物降解的生物質(zhì)方面可以取得更好的效果[16-17]。熱解可以產(chǎn)生液態(tài)生物油、固體生物焦炭和不可凝結(jié)的氣體產(chǎn)品[18]。研究表明，將熱解生物焦炭引入?yún)捬跸骺梢蕴岣呱锬ぎa(chǎn)量，將生物甲烷產(chǎn)量提高5%～31%[19-21]。液體通過兩階段熱解分解為合成氣，可以完善厭氧消化的利用途徑，從而避免直接利用可能對(duì)厭氧發(fā)酵（anaerobic digestion，AD）微生物構(gòu)成毒性的物質(zhì)[22-28]。

城市生活垃圾處理技術(shù)在國(guó)外得到了快速的發(fā)展。在這方面，日本無論是數(shù)量還是質(zhì)量都領(lǐng)先于其他國(guó)家[29]。日本生活垃圾處理的指導(dǎo)思想是：減少焚燒，控制填埋，循環(huán)利用，創(chuàng)新生態(tài)設(shè)計(jì)[30]。德國(guó)的主要經(jīng)驗(yàn)和做法是：建立垃圾治理產(chǎn)業(yè)鏈，完善垃圾治理制度體系，合理利用利益驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)新生態(tài)設(shè)計(jì)[31]。

我國(guó)應(yīng)對(duì)城市生活垃圾的主要思路基本是將生活垃圾通過一定的手段進(jìn)行無害化、減量化、資源化處理，創(chuàng)造美好城市生活環(huán)境。“無害化”指生活垃圾處理后，對(duì)人體健康無影響，對(duì)周邊環(huán)境無影響?！皽p量化”指通過適宜的工程措施減小垃圾容積，對(duì)垃圾中可再利用的部分回收，減少垃圾量?！百Y源化”指盡量回收生活垃圾中有用的部分，嘗試進(jìn)行二次利用，變成有用的資源。針對(duì)不同城市發(fā)展相應(yīng)的處理技術(shù)，使垃圾從“城市的負(fù)擔(dān)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺鞘械亩钨Y源”[32-37]，實(shí)現(xiàn)“三化”目標(biāo)。

但是，我國(guó)現(xiàn)階段城市生活垃圾處理離“三化”目標(biāo)尚有差距。城市生活垃圾處理設(shè)施消納能力不足，回收利用相對(duì)滯后，資金不足，資源利用意識(shí)薄弱[38]。垃圾分類工作推進(jìn)較為緩慢，管理體制不夠完善，居民環(huán)境意識(shí)有待提升，對(duì)二次污染控制不足[39-40]。

城市生活垃圾的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化處理，可以控制城市污染，改善人民生活質(zhì)量和城市環(huán)境，實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)這一需求，本文分析城市生活垃圾科學(xué)化處理的方法和技術(shù)流程，為節(jié)約基建投資和減少運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾無害化、減量化、資源化處理，提供依據(jù)和參考。

2 城市生活垃圾科學(xué)化處理的方法

城市生活垃圾處理方法主要有衛(wèi)生填埋法、堆肥法、焚燒法。三種垃圾處理方法各有優(yōu)勢(shì)與不足，適用條件不同，處理效果也不同（表1）。各個(gè)城市的具體情況不同，經(jīng)濟(jì)實(shí)力也不同，要根據(jù)客觀實(shí)際進(jìn)行城市生活垃圾的科學(xué)化處理。

表1 城市生活垃圾科學(xué)化處理方法對(duì)比Table 1 Comparison of scientific treatment methods of municipal domestic waste

2.1 填埋法

填埋法指利用山澗溝谷、洼地等場(chǎng)地，采用一定的手段，按照填埋標(biāo)準(zhǔn)將垃圾進(jìn)行處理的方法。采用填埋處理，滲濾液必須經(jīng)過處理并達(dá)到相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排入水體，避免產(chǎn)生二次污染。防滲處理工程措施必須保證填埋場(chǎng)與外界水環(huán)境的隔離，以防止對(duì)地下水的污染。在填埋作業(yè)過程中，要注意分層并壓實(shí)，提高垃圾填埋場(chǎng)的利用率。對(duì)填埋體要進(jìn)行科學(xué)處置，減少臭氣及蚊蠅的孳生，防止沼氣的無序遷移。地下水一旦發(fā)生污染，修復(fù)和補(bǔ)救起來將十分困難。填埋法操作簡(jiǎn)單，垃圾消納量大，運(yùn)行費(fèi)用低，因此適應(yīng)性比較廣。填埋法是城市生活垃圾無害化處理的主要辦法，常常與其他處理方法同時(shí)使用，因此在城市生活垃圾處理中必不可少。

江西省宜春市奉新縣生活垃圾無害化處理場(chǎng)總填埋庫(kù)容約1.28×106m3，填埋垃圾總量8.87×105t，服務(wù)年限內(nèi)平均處理量125 t/d。主要處理奉新縣城關(guān)和馮田工業(yè)園區(qū)、干洲鎮(zhèn)及干墾場(chǎng)等集鎮(zhèn)區(qū)的生活垃圾，服務(wù)年限20年。垃圾處理場(chǎng)服務(wù)范圍內(nèi)的垃圾通過收集、轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)輸?shù)奖纠幚韴?chǎng)內(nèi)，通過填埋現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)?shù)奶盥袂胺謷?，回收部分有價(jià)值的廢品，如金屬、玻璃、塑料橡膠等，然后將剩下的垃圾在填埋場(chǎng)直接填埋（圖1）。減輕垃圾對(duì)城市環(huán)境的污染，改善人民的生活質(zhì)量，改善奉新縣的投資環(huán)境。選擇填埋法要重視選址，綜合考慮地形、地貌、水文、工程地質(zhì)條件、對(duì)居民及周圍環(huán)境的影響、交通運(yùn)輸、覆蓋土源等。

圖1 填埋法處理流程圖Fig.1 Flow chart of landfill treatment

2.2 堆肥法

堆肥法指利用自然界廣泛存在的微生物，將垃圾中可生物降解的有機(jī)部分進(jìn)行分解。堆肥法具有無害化、穩(wěn)定等特點(diǎn)，可安全使用于土地。堆肥法可以分為好氧堆肥、厭氧堆肥，主要基于微生物對(duì)氧氣的不同需求。一般情況下，現(xiàn)階段堆肥法主要采用好氧堆肥。好氧堆肥就是在有氧的情況下，通過好氧微生物的作用進(jìn)行生物分解處理（圖2）。微生物可以吸收有機(jī)廢物中的可溶性有機(jī)物質(zhì)，同時(shí)還可以將不溶性膠體有機(jī)物分解為可溶性有機(jī)物。通過分解代謝和合成代謝作用，微生物利用產(chǎn)生的能量可以合成新的細(xì)胞物質(zhì)，不斷進(jìn)行繁衍。在有氧的條件下，城市生活垃圾被微生物分解成肥料和滲濾液，在高溫發(fā)酵過程中，殺死垃圾中的寄生蟲卵和細(xì)菌，并排出廢氣，釋放熱量。當(dāng)進(jìn)入堆肥的熟化階段，較難分解的有機(jī)高分子物質(zhì)也分解為簡(jiǎn)單的碳水化合物，堆肥的溫度逐漸降低直至穩(wěn)定，堆肥效果基本達(dá)到。采用堆肥法，主要是充分發(fā)揮微生物的作用，采用自然的力量進(jìn)行分解。

圖2 堆肥法處理流程圖Fig.2 Flow chart of composting treatment

浙江省臺(tái)州市仙居縣生活垃圾高溫堆肥廠，垃圾處理規(guī)模達(dá)到80 t/d，年工作天數(shù)350 d，發(fā)酵工段、水處理和配電為四班三運(yùn)轉(zhuǎn)，其他崗位按每天一班安排，每班工作8 h。內(nèi)部收益主要包括復(fù)合肥的銷售，塑料、金屬等廢物回收和醫(yī)療垃圾焚燒處置收費(fèi)等，同時(shí)外部社會(huì)效益和環(huán)境效益也非常明顯。利用生物降解的作用，最大限度地回收肥料進(jìn)行再利用，實(shí)現(xiàn)垃圾充分減量化和資源化，緩解垃圾處置對(duì)環(huán)境的壓力和對(duì)土地的長(zhǎng)期占用。支持垃圾處理綜合利用產(chǎn)品的銷售，制定相應(yīng)的稅收政策和鼓勵(lì)銷售政策，使垃圾生產(chǎn)的有機(jī)生物肥進(jìn)入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的銷售渠道，鼓勵(lì)農(nóng)民使用有機(jī)肥。建設(shè)單位如果僅靠出售堆肥產(chǎn)品來維持生產(chǎn)存在一定困難。解決辦法是一方面需實(shí)行政府補(bǔ)貼處理費(fèi)，另一方面可適當(dāng)面向市民收取垃圾處理費(fèi)。

2.3 焚燒法

焚燒法指通過高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)使垃圾中的有毒有害物質(zhì)在高溫下熱解氧化而被破壞，同時(shí)燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱能還可以加以利用。通過有機(jī)廢物與空氣中的氧氣發(fā)生氧化燃燒反應(yīng)，可以達(dá)到無害化、減量化和資源化的目的。焚燒法一般會(huì)采用焚燒爐，將垃圾在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒，對(duì)垃圾進(jìn)行減容。采用焚燒法時(shí)，要使垃圾盡量燃燒充分，減少新的污染物產(chǎn)生，避免產(chǎn)生二次污染。煙塵中的飛灰也是危險(xiǎn)廢物，必須進(jìn)行安全處理。通過焚毀廢物，可以產(chǎn)生能量進(jìn)行發(fā)電等，有些還可以用作建材（圖3）。焚燒的溫度與停留時(shí)間、空氣供應(yīng)量、廢物與助燃空氣的混合強(qiáng)度等都會(huì)影響焚燒的效果。在焚燒過程中，借助高溫可以達(dá)到消毒的目的，破壞有害物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。焚燒處理的環(huán)境保護(hù)要求較高，需要經(jīng)過嚴(yán)格的審批。一般來講，因焚燒法投資高，運(yùn)行費(fèi)用高，一般用于用地緊張且垃圾焚燒熱值較高的城市和地區(qū)。

圖3 焚燒法處理流程圖Fig.3 Flow chart of incineration process

遼寧省本溪市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目分兩期建設(shè)，一期產(chǎn)出為日處理生活垃圾800 t/d，配置2臺(tái)400 t/d垃圾焚燒爐，年運(yùn)行時(shí)間不少于8 000 h。配置容量為2套8 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，MCR設(shè)計(jì)工況年發(fā)電量約1.08×108kW·h/a，年上網(wǎng)電量約0.83×108kW·h/a。主要建設(shè)內(nèi)容為：焚燒發(fā)電系統(tǒng)（包括焚燒發(fā)電主廠房、煙囪、棧橋、空冷島等）、污水處理系統(tǒng)（包括綜合處理間、生化反應(yīng)組合池、調(diào)節(jié)池、初期雨水池、沼氣處理設(shè)施等）、公輔設(shè)施（包括門衛(wèi)及計(jì)量間、綜合水泵房、清水池、油泵房、地下油罐等）、廠前區(qū)（包括綜合樓、宿舍樓）。按照“無害化、減量化、資源化”的原則，在實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的前提下對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行焚燒處理，對(duì)產(chǎn)生的熱能等加以利用。保護(hù)環(huán)境，防止污染，污染物排放指標(biāo)采用較高標(biāo)準(zhǔn)，需一定程度上滿足未來發(fā)展的需要。

3 城市生活垃圾科學(xué)化處理的流程

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，城市生活垃圾在收集、運(yùn)輸、處置等方面有著較為先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，且不斷走向成熟，有力改善了城市生產(chǎn)生活環(huán)境。通過分類收集，通過密閉壓縮運(yùn)輸，通過多種處理方式相結(jié)合，形成閉環(huán)，效率不斷提高。根據(jù)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，城市生活垃圾科學(xué)化處理的流程主要有收集、運(yùn)輸、處置三個(gè)階段。

3.1 城市生活垃圾科學(xué)化收集

在收集方面大多數(shù)國(guó)家采用了分類收集，我國(guó)也不例外。目前國(guó)內(nèi)普通城市的垃圾收集率一般在80%左右，部分城市環(huán)衛(wèi)配套還很不完善，集鎮(zhèn)區(qū)的居民農(nóng)業(yè)人口比例仍較大，居民的環(huán)衛(wèi)意識(shí)較落后，垃圾收集難度比較大。城市生活垃圾分類收集面臨的問題：居民垃圾分類收集習(xí)慣難養(yǎng)成，公共機(jī)構(gòu)垃圾分類收集示范難，低價(jià)值廢棄物分類收集利用難[41]。垃圾處理場(chǎng)服務(wù)范圍內(nèi)的城市生活垃圾通過收集、轉(zhuǎn)運(yùn)運(yùn)輸?shù)嚼幚韴?chǎng)內(nèi)，通過填埋現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)?shù)靥盥袂胺謷?，回收部分有價(jià)值的廢品（金屬、玻璃和塑料橡膠等），然后將剩下垃圾在填埋場(chǎng)直接填埋。實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾分類，倡導(dǎo)城市居民養(yǎng)成自覺進(jìn)行垃圾分類的習(xí)慣，同時(shí)垃圾桶等垃圾收集設(shè)施也同步加強(qiáng)建設(shè)，軟件與硬件建設(shè)相結(jié)合。一般來講，影響城市生活垃圾分類處理的關(guān)鍵要素有：法律法規(guī)，資金保障措施，垃圾分類收集方式，全民環(huán)境意識(shí)教育[42]。城市生活垃圾分類處理是實(shí)現(xiàn)資源再生利用的主要途徑，是減輕環(huán)境污染的重要手段，有助于增強(qiáng)全社會(huì)的環(huán)保意識(shí)[43]。

實(shí)行城市生活垃圾科學(xué)化收集，是社會(huì)文明進(jìn)步的標(biāo)志，不僅有利于居民良好生活習(xí)慣的養(yǎng)成，而且?guī)?dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。以上海為例，2019年7月分類垃圾桶銷量同比上漲3倍，廚余粉碎機(jī)銷量同比上漲2倍，分類垃圾袋銷量同比上漲6倍，垃圾分類標(biāo)簽銷量同比翻了一番。通過城市生活垃圾分類收集，可以有效解決“垃圾圍城”現(xiàn)象，但最根本的還是居民垃圾分類意識(shí)的形成。

3.2 城市生活垃圾科學(xué)化運(yùn)輸

在運(yùn)輸方面，基本都要求密閉壓縮運(yùn)輸。城市環(huán)衛(wèi)部門要承擔(dān)城市生活垃圾科學(xué)化運(yùn)輸?shù)穆氊?zé)，科學(xué)組織調(diào)度，嚴(yán)格密封管理，確保垃圾及時(shí)運(yùn)輸出去，確保垃圾不對(duì)城市街道等產(chǎn)生二次污染。要做好城市生活垃圾處理廠合理布局，提前規(guī)劃好城市生活垃圾運(yùn)輸線路，提前規(guī)劃好城市生活垃圾運(yùn)輸時(shí)間，同時(shí)要標(biāo)準(zhǔn)化裝車，到達(dá)目的地后及時(shí)進(jìn)行處理。從環(huán)境保護(hù)的高度出發(fā)，做好城市生活垃圾科學(xué)化運(yùn)輸，科學(xué)調(diào)度，嚴(yán)格管理，運(yùn)行有序。

以山西省臨猗縣垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)項(xiàng)目為例，采用源頭垃圾直接運(yùn)輸收運(yùn)、流動(dòng)車收集收運(yùn)兩種模式。源頭垃圾直接運(yùn)輸收運(yùn)模式主要適合于垃圾產(chǎn)量較大且相對(duì)集中的大型企事業(yè)單位或商貿(mào)集市產(chǎn)生的垃圾，運(yùn)量大，便于統(tǒng)一調(diào)度。流動(dòng)車收集收運(yùn)模式采用3 t、5 t、8 t壓縮式垃圾車定時(shí)定點(diǎn)將門點(diǎn)、街道、居民的垃圾運(yùn)送至處理處置場(chǎng)，不僅清潔，而且環(huán)保。國(guó)內(nèi)與國(guó)外的流動(dòng)車輛環(huán)保水平存在一定的差距，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高和綜合國(guó)力的增強(qiáng)，國(guó)家在環(huán)保方面的投入也將不斷提高。

3.3 城市生活垃圾科學(xué)化處置

當(dāng)前，城市生活垃圾處置方法主要有填埋法、堆肥法、焚燒法及綜合利用，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好城市生活垃圾的科學(xué)化處置。填埋法適應(yīng)性廣、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，是現(xiàn)階段我國(guó)城鎮(zhèn)垃圾無害化處理的最主要辦法。堆肥法選址較容易，技術(shù)可靠，操作管理要求較高，處理周期較長(zhǎng)，需避開居民密集區(qū)，不能堆肥部分需進(jìn)行填埋。焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，可用于垃圾焚燒發(fā)電進(jìn)行再利用，可以緩解城市能源、土地資源日益短缺的矛盾。綜合利用就是再生循環(huán)利用，目前各大城市也在推行垃圾分類，回收廢舊資源，各地建設(shè)了廣泛的再生資源回收利用站。

湖南省郴州市城區(qū)內(nèi)城市人口約80萬人，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每天產(chǎn)生700余噸生活垃圾。隨著城市人口的不斷增加和人民生活水平的不斷提升，郴州市城市生活垃圾也將不斷增加。為此，郴州市加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，首先在垃圾分類制度上做文章，強(qiáng)化垃圾源頭分離，通過協(xié)同治理實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾的科學(xué)化處理。引入市場(chǎng)機(jī)制進(jìn)行市場(chǎng)化運(yùn)作，培育發(fā)展垃圾處理相關(guān)企業(yè)，推動(dòng)資源回收與利用，在生活垃圾得到有效處理的同時(shí)努力發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

4 結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)以來，隨著工業(yè)化和城市化的進(jìn)一步發(fā)展，隨著人們生產(chǎn)生活范圍的不斷擴(kuò)大，城市生活垃圾產(chǎn)生量在急劇增長(zhǎng)，城市生活垃圾處理也就面臨越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對(duì)于城市生活垃圾處理，一定要從實(shí)際情況出發(fā)，因地制宜，因城施策，選擇最適宜最實(shí)用的處理方法，進(jìn)行科學(xué)化處理。通過選擇合理的城市生活垃圾處置技術(shù)，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展。努力避免產(chǎn)生垃圾，努力使產(chǎn)生的垃圾最小化，大力推行垃圾分類，最大限度進(jìn)行回收利用，開展資源化處理。必要時(shí)可選擇一種或幾種垃圾處理方法進(jìn)行組合，提升生活垃圾科學(xué)化處理的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化。堅(jiān)持“以人為本”的城市居住理念，從我國(guó)的國(guó)情出發(fā)，從資源角度去看待城市生活垃圾，走出一條具有中國(guó)特色的城市生活垃圾科學(xué)化處理之路。