固體廢物生物處理新技術(shù)及進(jìn)展.

1、固體廢物生物處理新技術(shù)及進(jìn)展 摘要 本文簡要介紹了固體廢物的分類及其危害，幾種常見的固體廢物的處理方法，以及機械生物處理技術(shù)。闡述了機械生物處理技術(shù)在固體廢棄物治理方面的應(yīng)用研究概況, 并對機械生物處理技術(shù)在固體廢棄物治理中的應(yīng)用作出了展望。關(guān)鍵詞 固體廢物； 機械生物處理技術(shù)； 生物處理；New technology and development of biological treatment of solid wasteAbstract: This paper briefly introduces the classification and hazard of solid waste,

2、 several common solid waste treatment methods and mechanical biological treatment technology. We describe the application and research of mechanical biological treatment technology for solid waste management aspects, and the application of mechanical biological treatment technology in solid waste tr

3、eatment is prospected.Key words: Solid waste； Mechanical biological treatment technology； biological treatment；隨著科技的進(jìn)步，城市化進(jìn)程不斷擴大，人們生活水平的不斷提高，固體廢棄物的數(shù)量逐年遞增。據(jù)有關(guān)報道，中國城鎮(zhèn)居民每年人均產(chǎn)生垃圾約450kg，全國城市垃圾的年產(chǎn)生量為1.82 億t，并以平均年增長率8.98%的速度增加。2006 年，美國產(chǎn)生了2.51 億t 城市固體廢棄物1，而歐盟的15 個國家產(chǎn)生了2.19 億t 城市固體廢棄物2。固體廢棄物的處理問題越顯嚴(yán)重，如何處理固體

4、廢棄物已經(jīng)成為目前當(dāng)務(wù)之急3。1. 固體廢物的分類固體廢棄物是指人類在生產(chǎn)、加工、流通、消費以及生活過程中利用完其實用價值后向環(huán)境排出的固體或泥狀的物質(zhì)4。固體廢物種類繁多，按其組成可分為有機廢物和無機廢物；按其形態(tài)可分為固態(tài)的廢物、半固態(tài)廢物和液態(tài)（氣態(tài)）廢物；按其污染特性可分為有害廢物和一般廢物等5。在固體廢物污染環(huán)境防治法中將其分為城市固體廢物、工業(yè)固體廢物和有害廢物。1.1 城市固體廢物城市固體廢物是指居民生活、商業(yè)活動、市政建設(shè)與維護(hù)、機關(guān)辦公等過程產(chǎn)生的固體廢物6，一般分為以下幾類： 1.1.1 生活垃圾：城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或為城市日常生活提供服務(wù)的活動中產(chǎn)生的固

5、體廢物，我國城市垃圾主要由居民生活垃圾、街道保潔垃圾和集團(tuán)垃圾三大類組成7。居民生活垃圾數(shù)量大、性質(zhì)復(fù)雜，其組成受時間和季節(jié)影響大。街道保潔垃圾來自街道等路面的清掃，其成分與居民生活垃圾相似，但泥沙、枯枝落葉和商品包裝較多，易腐有機物較少，含水量較低。集團(tuán)垃圾指機關(guān)、學(xué)校、工廠和第三產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)和工作過程中產(chǎn)生的廢棄物，它的成分隨發(fā)生源不同而變化，但對某個發(fā)生源則相對穩(wěn)定。例如，來自農(nóng)貿(mào)市場的垃圾以易腐性有機物占絕大多數(shù)；旅游、交通樞紐的垃圾以各類性質(zhì)的商品包裝物及瓜果皮核為主；制衣廠、制鞋廠及電子、塑料廠的垃圾一般以該廠主要產(chǎn)品下腳料為主。 1.1.2 城建渣土：城建渣土包括廢磚瓦、碎石、渣土

6、、混凝土碎塊（板）等。 1.1.3 商業(yè)固體廢物：商業(yè)固體廢物包括廢紙、各種廢舊的包裝材料、丟棄的主（副）食品等。1.1.4 糞便：工業(yè)先進(jìn)國家城市居民產(chǎn)生的糞便，大都通過下水道輸入污水處理場處理。而我國的城市下水處理設(shè)施少，糞便需要收集、清運，是城市固體廢物的重要組成部分。1.2 工業(yè)固體廢物工業(yè)固體廢物是指在工業(yè)、交通等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物。工業(yè)固體廢物主要包括冶金工業(yè)固體廢物、能源工業(yè)固體廢物、石油化學(xué)工業(yè)固體廢物、礦業(yè)固體廢物、輕工業(yè)固體廢物、其他工業(yè)固體廢物。1.3 有害廢物有害廢物又稱危險廢物，泛指除放射性廢物以外，具有毒性、易燃性、反應(yīng)性、腐蝕性、爆炸性、傳染性因而可能對人類

7、的生活環(huán)境產(chǎn)生危害的廢物。世界上大部分國家根據(jù)有害廢物的特性，即急性毒性、易燃性、反應(yīng)性、腐蝕性、浸出毒性和疾病傳染性，均制定了自己的鑒別標(biāo)準(zhǔn)和有害廢物名錄。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署控制有害廢物越境轉(zhuǎn)移及其處置巴塞爾公約列出了“應(yīng)加控制的廢物類別”共45類，“須加特別考慮的廢物類別”共2類，同時列出了有害廢物“危險特性的清單”共13種特性。根據(jù)1998年1月4日由中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)局、國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會、對外貿(mào)易經(jīng)濟(jì)合作部和公安部聯(lián)合頒布，于1998年7月1日實施的國家有害廢物名錄中，我國有害廢物共分為47類。其中規(guī)定，“凡名錄所列廢物類別高于鑒別標(biāo)準(zhǔn)的屬有害廢物，列入國家有害廢物管理范圍；低

8、于鑒別標(biāo)準(zhǔn)的，不列入國家有害廢物管理?！惫腆w廢物的類別，除以上三者之外，還有來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜禽飼養(yǎng)、農(nóng)副產(chǎn)品加工以及農(nóng)村居民生活所產(chǎn)生的廢物，如農(nóng)作物秸稈、人畜禽排泄物等。這些廢物多產(chǎn)于城市外，一般多就地加以綜合利用，或作漚肥處理，或作燃料焚化。在我國的固體廢物污染環(huán)境防治法中，對此未單獨列項作出規(guī)定。2. 固體廢物的危害廢棄物不當(dāng)堆放不但會影響到環(huán)境的美觀，還會對周圍的大氣、水體造成污染。它會向大氣中散發(fā)臭不可聞的氣體、揚塵，當(dāng)經(jīng)雨水沖刷后，其中的一些易溶物會隨水一起滲入地下或流到周圍的水源，經(jīng)一步污染土壤、水源。從而進(jìn)一步影響人們正常的生產(chǎn)生活。還會為一些細(xì)菌、病毒提供繁殖的空間，其潛藏的

9、危險更大8。所以對于固體廢棄物的處理至關(guān)重要。3. 常見固體廢物處理方法固體廢棄物的處理是以資源化、減量化、無害化為目的，經(jīng)過分選, 破碎, 壓實和固化等預(yù)處理，對固體廢棄物進(jìn)行填埋、焚燒和堆肥等最終處理9，高效回收有用資源，降低固體廢棄物對環(huán)境的污染。3.1 衛(wèi)生填埋衛(wèi)生填埋是選擇合理的堆放場地，經(jīng)過防水滲漏、復(fù)土等措施而進(jìn)行垃圾處理的一種方式，在世界上許多國家得到廣泛應(yīng)用10。我國80% 以上的垃圾采取衛(wèi)生填埋，其優(yōu)點是投資少、處理費用低、處理量大、操作簡便。其缺點是占地面積大，而且隨著人類生活垃圾的不斷增多，其占地面積也會隨之而不斷增多, 地處偏僻，運距較遠(yuǎn), 選址困難,固廢中的有害物質(zhì)

10、滲漏可能會對地下水造成污染，會造成二次污染11。3.2 堆肥堆肥法就是將固體廢棄放在特定的條件下，經(jīng)過自然或菌種作用，發(fā)酵升溫降解有機物，實現(xiàn)無害化,經(jīng)篩分處理后產(chǎn)生有機肥或深加工為有機復(fù)合肥的處理方法12。堆肥法分為好氧堆肥法和厭氧堆肥法。目前堆肥處理的主要對象是城市生活垃圾和污水處理廠污泥、人畜糞便、農(nóng)業(yè)廢棄物、食品加工業(yè)廢棄物等。但有機物的分解難完全，無量化難徹底，堆肥時間長，占地面積大，且有機肥的肥力較差。在國內(nèi)垃圾處理總量中，堆肥占到l020，這幾年來其比例有明顯下降13。3.3 焚燒垃圾焚燒是利用高溫將垃圾中的有機物徹底氧化分解，在燃燒過程中將碳及氫元素轉(zhuǎn)化為CO2及水，高溫下殺死

11、病毒和細(xì)菌，有效地減量和減重的一種方式，燃燒后的殘渣量只有原垃圾量的520,適合于可燃物含量較高的生活垃圾14。焚燒法是世界各個發(fā)達(dá)國家普遍采用的垃圾處理技術(shù)。目前等離子焚燒法和兩段式氣化焚燒法在國內(nèi)也漸漸地普及15。垃圾焚燒法占地少、污染小，熱能可以利用,但投資和運營成本高，焚燒產(chǎn)生的氣體（如二惡英）16和灰燼可能會造成二次污染。目前在我國城市垃圾處理中焚化法占比僅為5。 3.4 熱解固體廢棄物熱解是指在無氧或缺氧條件下，使可燃性固體廢物在高溫下分解，最終成為可燃?xì)怏w、油、固形碳的化學(xué)分解過程17。熱解方法適用于城市固體廢棄物、污泥、工業(yè)廢物如塑料、橡膠等。熱解產(chǎn)生的可燃?xì)?、油等，可以回收?/p>

12、用, 其能源回收性好，環(huán)境污染小，減少焚毀造成的二次污染和需要填埋處置的廢物量，這是熱解處理技術(shù)最大的優(yōu)點；熱解處理缺點是技術(shù)復(fù)雜，投資巨大1819。3.5 微生物處理微生物處理法就是利用微生物的自身的新陳代謝對固體廢棄物進(jìn)行分解作用使其無害化。養(yǎng)殖蚯蚓是微生物處理垃圾的一種方法20。一條蚯蚓每天吞食的垃圾量相當(dāng)于其體重的23倍，經(jīng)蚯蚓吞食處理后的排泄物是優(yōu)質(zhì)無味、無害、高效的多功能生物肥料，可用于花卉栽培及果蔬生產(chǎn)。此外經(jīng)過蟑螂分解后的有機物垃圾不僅僅沒有腐敗發(fā)臭的污染物生成，而且還是優(yōu)質(zhì)的有機肥料21。微生物處理方法投資少，簡便易行，處理徹底，不形成二次污染，事實上重建一個物質(zhì)的再循環(huán)過程

13、，既可消除環(huán)境污染，又可變廢為寶。3.6 資源化利用由于固體廢棄物含有各種各樣的可以回收利用的組分，資源化地利用固體廢棄物，不僅僅降低其對環(huán)境的污染，還可以具有良好的環(huán)境效益和社會效益。由上海亞頓公司研制的AT垃圾資源化處理方法，將混合的陳腐垃圾、建筑垃圾或工業(yè)垃圾進(jìn)行粉碎，然后加入適量的配物料和生化試劑，經(jīng)過強制攪拌混合和一系列生物化學(xué)過程后注模成型，由此可以制成各種高強度、符合輕型建筑材料，且無廢水、廢氣、廢渣的排放，具有處理費用低，設(shè)備投資少，經(jīng)濟(jì)效益大，工藝簡單等優(yōu)點22。4. 機械生物處理技術(shù) 4.1 機械生物處理 機械生物處理（Mechanical-biological treat

14、ment，MBT），是現(xiàn)代生物技術(shù)在垃圾處理方面應(yīng)用的典型技術(shù)。最初的MBT處理技術(shù)為煙道式處理工藝，可去處20%30%的有機垃圾，剩余70%左右的垃圾至填埋場填埋23。垃圾的機械生物處理技術(shù)的原理利用機械（破碎、分選等設(shè)備）和生物（好氧堆肥、厭氧消化）技術(shù)有機的結(jié)合起來24，可作為單獨一項垃圾處理技術(shù)，也可以作為焚燒、填埋等工藝的預(yù)處理技術(shù)。機械生物處理（MBT）是廢物的中間處理設(shè)施，而不是最終處置場所。MBT不是單一的處理技術(shù)，而是不同工藝單元的組合，因此有多重組合方式。不同的組合其功能、運行方式等各不相同25。每種組合工藝都有其優(yōu)點和缺點。4.1.1 機械處理階段機械處理一般有兩個主要目

15、的：一是盡量回收垃圾中可資源化、但又不可生物降解的物質(zhì)，如金屬、塑料、玻璃等；二是為接下來的生物處理提供條件，如去除砂石、把物料破碎成比較小塊物質(zhì)26。機械處理階段要盡可能去除不可生物降解的物質(zhì)。不同的MBT工藝其側(cè)重點不同，有的更側(cè)重于能量物質(zhì)（如甲烷氣體）的回收，而有的側(cè)重于分揀可回收物質(zhì)。4.1.2 生物處理階段生物處理一般包括好氧堆肥和厭氧消化。厭氧消化系統(tǒng)是以產(chǎn)生可利用的能源氣體（沼氣）為目的的，利用沼氣可發(fā)電或供熱。好氧堆肥系統(tǒng)主要是為了是垃圾穩(wěn)定成可利用的肥料，并回收塑料等物質(zhì)（經(jīng)堆肥處理后，塑料上附著的殘余食物等被去除掉）。 4.2 機械生物處理的應(yīng)用垃圾填埋一直是英國、德國、

16、意大利等西歐國家及大多數(shù)發(fā)展中國家最主要的垃圾處理方式，但垃圾填埋場中滲濾液和填埋氣體的產(chǎn)生在很大程度上受垃圾中可生物降解物質(zhì)的影響27。垃圾經(jīng)過機械生物處理滯后在填埋，可縮短垃圾的穩(wěn)定化時間，還可以降低填埋氣的產(chǎn)生量。在德國，MBT技術(shù)已成為城市生活垃圾管理和處理處置環(huán)節(jié)中的重要組成部分28。德國垃圾處理的方式有：機械生物處理，堆肥，焚燒，熱處理和填埋等。其中MBT處理是德國廢物處理過程中的重要環(huán)節(jié)。德國的機械生物處理技術(shù)是首先利用機械分選設(shè)備，把垃圾中高熱值物質(zhì)、金屬和玻璃等有用物質(zhì)分離出來加以利用，垃圾中的有機質(zhì)部分經(jīng)過生物的好氧或厭氧處理后實施填埋。德國厭氧發(fā)酵后的固體殘渣一般經(jīng)好氧處

17、理后直接填埋處理而不是二次利用，這主要是考慮到固體殘渣中含有高濃度的重金屬，在應(yīng)用過程中可能造成環(huán)境污染。2006年，德國共有36個典型的MBT處理廠，年處理能力達(dá)380萬t。4.2.1 機械生物聯(lián)合處理技術(shù)機械生物預(yù)處理技術(shù)單獨作為一種垃圾處理技術(shù)稱為機械生物聯(lián)合處理技術(shù)。一般體現(xiàn)為好氧堆肥處理技術(shù)和厭氧消化處理技術(shù)。好氧堆肥適合含水率為40%70%的生物垃圾，厭氧消化適合含水率大于80%的生物垃圾29?，F(xiàn)代化的垃圾好氧堆肥工程和厭氧消化工程均采用機械生物聯(lián)合處理技術(shù)，大大縮短了有機物穩(wěn)定化所需的停留時間。4.2.2 機械生物預(yù)處理結(jié)合分類回收技術(shù)基于機械生物聯(lián)合預(yù)處理的分選技術(shù)。其用于混合

18、垃圾中有機組分含量少、可回收組分含量較多的情況，通過預(yù)處理降低混合垃圾的含水率，改變垃圾物理性狀，再通過先進(jìn)的垃圾分選技術(shù)，從混合垃圾中分選出有色金屬、鐵金屬、玻璃、塑料、礦物質(zhì)和剩余物，甚至可以將不同顏色的玻璃分選開來，錯誤分選率僅為0.0025%30。4.2.3 機械生物預(yù)處理結(jié)合衛(wèi)生填埋技術(shù)基于機械生物聯(lián)合預(yù)處理的衛(wèi)生填埋（MBT-landfill）。對于有機垃圾含量較高的混合垃圾，填埋穩(wěn)定化過程長達(dá)50年以上，期間產(chǎn)生大量滲濾液和填埋氣。機械生物聯(lián)合預(yù)處理技術(shù)可使有機垃圾的穩(wěn)定化過程大大縮短，46周后可降解80%以上的有機物質(zhì)，再經(jīng)過410周的后熟化可達(dá)到歐盟的填埋標(biāo)準(zhǔn)31。預(yù)處理后的

19、垃圾減量、減容效果非常明顯，極大限度地減少了垃圾填埋場的占地面積。4.2.4 生活垃圾綜合處理技術(shù)生活垃圾綜合處理技術(shù)是一項基于機械生物預(yù)處理的技術(shù)，有機的結(jié)合了分選、生物、堆肥、焚燒、衛(wèi)生填埋等技術(shù)。生活垃圾經(jīng)人工預(yù)分選，將易于分選的垃圾分成5 類，即惰性組分（磚陶）、可回收組分（金屬、玻璃等）、危險廢物（日光燈管、電池等）、大件垃圾及剩余組分32。剩余垃圾經(jīng)機械破碎后送到機械生物預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理過程微生物大量繁殖，使垃圾物料自然升溫至5060，在此過程中水分大量蒸發(fā)，使混合垃圾物理特性發(fā)生改變，垃圾物料大大減容、減重；預(yù)處理后的組分粒度分布發(fā)生較大變化，經(jīng)機械分選，分成可生物降解組分和可

20、燃組分；可生物降解組分經(jīng)進(jìn)一步堆肥處理后，作為土壤改良及進(jìn)行土地利用；可燃組分則送至焚燒車間焚燒進(jìn)行熱能利用；焚燒底灰與人工預(yù)分選出的惰性組分可用作筑路骨料或衛(wèi)生填埋，焚燒飛灰固化后填埋。生活垃圾綜合處理技術(shù)很好的解決了傳統(tǒng)工藝中存在的問題，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排、綜合利用、環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展思想。5. 展望首先，機械生物處理技術(shù)（MBT）是新興的垃圾處理技術(shù)，通過與填埋、堆肥、焚燒和分類回收等技術(shù)有機結(jié)合，根據(jù)混合收集的生活垃圾理化性質(zhì)進(jìn)行工藝組合優(yōu)化，實現(xiàn)垃圾處理過程的減量化、資源化和無害化，符合我國節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展思想。是我國未來垃圾處理產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。其次，我們應(yīng)時刻關(guān)注垃圾處理

21、領(lǐng)域的新動態(tài)，爭取在新技術(shù)方面有所突破。然而，我國在采用新興垃圾處理工藝的時候，也要采取比較審慎的態(tài)度，不應(yīng)盲目追求高新技術(shù)。參考文獻(xiàn)1 EPA. Municipal Solid Waste Generation，Recycling and Disposal in the United States:Facts and Figures for 2006 R.2006.2 OECD.OECD Environment Data 2008：Compendium 2006-2008R.3 張韋倩,楊天翔,陳雅敏,等.基于生命周期評價的城市固體廢棄物處理模式研 究進(jìn)展J.環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2013,36(

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