城市垃圾处理方法的研究

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简介： 论述了现有城市垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理的3种方法，即填埋、堆肥和焚烧。讨论了这3种方法各自的局限性，提出了综合利用的垃圾处理方法，真正合理地、经济地利用垃圾资源，实现垃圾的变废为宝，为社会提供可利用资源。
关键字：填埋 堆肥 焚烧 城市垃圾

随着经济的发展、城市化进程的加快和人民生活水平的提高，垃圾的排放量迅速增加。每年新增垃圾100亿t。对垃圾泛滥成灾的现实，世界各国的视线已不再仅仅停留在如何控制和消毁垃圾这一老问题上，而是采取积极的态度和有力的措施，着手科学地处理、利用垃圾，将垃圾列为维持经济持续发展的“第二资源”，向垃圾要资源、要能源、要效益。

　　目前，我国历年垃圾堆存量已达60亿t，占用耕地5亿m²。全国为660个，城市中有200个城市陷入垃圾包围之中。以城市人口2.6亿为例，如每人每年产生440 kg垃圾计算，年产生垃圾量为1.14亿t。

　　20世纪50年代到60年代中期，是垃圾污染矛盾激化的年代。60年代中期以后，大体形成了填埋、焚化、堆肥等一系列处置方法。如在美国，垃圾用填埋法处理的占85%，焚化法处理的仅占10%。日本国土不大，填埋法处理的只占26.9%，而焚化法处理占的61%。瑞士也是以焚化法为主，占53%。西欧几个国家以填埋法为主，并多为有控制的填埋法。20世纪70年代以来，日、美、英、法等国，由于受资源和能源危机的影响，对废物采取了“资源化”的方针，垃圾、粪便的处理不断向“资源化”的方向发展。尤其对于废物，日本已有25.3%的城市开展了从垃圾中分选回收物品的活动，1976年回收废物达3900万t，占当年废物排量的49.5%。近年来，有些国家还发展了无机垃圾堆山法，并在垃圾山的表面上种植树木、花草，发展街心公园，起到美化城市的作用。

　　1  现有城市垃圾处理方法

　　解决垃圾问题的目标是将垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理。目前主要有填埋、堆肥及焚烧处理三种方法。

　　1.1 填埋处理

　　垃圾填埋历史久远，是普遍采用的处理方法。因为该方法简单、省投资，可以处理所有种类的垃圾，所以世界各国广泛沿用这一方法。从无控制的填埋，发展到卫生填埋，包括滤沥循环填埋、压缩垃圾填埋、破碎垃圾填埋等。

　　采用填埋处理法，首先要防止从废物中挤压出的液体滤沥及雨水径流对地下水的污染。一般规范要求回填地最低处的标高要高出地下水位3.3 m以上，并且回填地的下部应有不透水的岩石或粘土层。否则需另设粘土、沥青、塑料薄膜等不透水层。其次，填埋场应设置排气口，使厌氧微生物分解过程中释放出的甲烷等气体能及时逸出，避免发生爆炸。回填后的场地，一般在20年内不宜在其上修建房屋，避免由于回填场不均匀下沉造成的结构破坏，但可作绿地、农田、牧场等使用。

　　填埋处理用地，尽量选用天然的或人工挖出的洼地，开发资源后的废粘土坑、废采石场、废矿坑等。将垃圾填埋于坑中，有利于恢复地貌，维持生态平衡，但如果在大面积的洼地、港湾、山谷等回填，则需考虑是否会破坏生态平衡。

　　1.2 堆肥处理

　　堆肥是我国、印度等国家处理垃圾、粪便、制取农肥的最古老技术，也是当今世界各国均有研究利用的一种方法。堆肥是使垃圾、粪便中的有机物，在微生物作用下，进行生物化学反应，最后形成一种类似腐殖质土壤的物质，用作肥料或改良土壤。

　　堆肥处理是利用微生物分解垃圾有机成分的生物化学过程。在生物化学反应过程中，有机物、氧气和细菌相互作用，析出二氧化碳、水和热，同时生成腐殖质。

　　堆肥的关键，在于提供一种使微生物活跃生长的环境，以加速其致菌分解过程，使之达到稳定。堆肥主要受废物中的养分、温度、湿度、pH等因素的控制。

　　根据堆肥原理，可分为厌氧分解与好氧分解两种。厌氧分解需在严格缺氧条件下进行，厌氧微生物分解生长较慢，故不多用。好氧分解过程可同时产生高温，可以杀灭病虫卵、细菌等，我国主要采用好氧分解法。

　　堆肥技术的工艺比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，可对垃圾中的部分组分进行资源利用，且处理相同质量垃圾的投资比单纯的焚烧处理大大降低。堆肥技术在欧美国家起步较早，目前已经达到工业化应用的水平。

　　1.3 焚烧处理

　　焚烧是指垃圾中的可燃物在焚烧炉中与氧进行燃烧过程。实质是碳、氢、硫等元素与氧的化学反应。垃圾焚烧后，释放出热能，同时产生烟气和固体残渣。热能要回收，烟气要净化，残渣要消化，这是焚烧处理必不可少的工艺过程。

　　焚烧处理技术的特点是处理量大，减容性好，无害化彻底，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化，因此是世界各发达国家普遍采用的一种垃圾处理技术。

　　通过焚烧可以使可燃性固体废物氧化分解，达到去除毒性、回收能量及获得副产品的目的。几乎所有的有机性废物都可以用焚烧法处理。对于无机-有机混合性固体废物，如果有机物是有毒有害物质，一般也最好采用焚烧法处理。焚烧法适用于处理可燃物较多的垃圾。采用焚烧法，必须注意不造成空气的二次污染。日本以及欧洲的瑞士、瑞典等国在一般焚烧法基础上，还发展了高温与中温分解，使垃圾在1650 ℃以上的高温下基本或完全燃烧，并回收释放的能量作为能源。

　　焚烧是销毁垃圾利用热能的一种垃圾处理技术。但是，只有对那些不能回收有价物，只能回收热能的垃圾，垃圾焚烧处理才是科学、合理的。

　　2  现有城市垃圾处理方法的局限性

　　2.1 填埋处理的局限性

　　填埋处理埋掉了可利用物，填埋场地的选择越来越困难，运输、填埋、管理等费用也不断提高。填埋场占地面积大，同时存在严重的二次污染，例如垃圾渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应。而且填埋场处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新的填埋场，进一步占用土地资源。以北京为例，如果采用现在的技术，将北京市12000 t/d的垃圾进行卫生填埋处理，单是建设投资就高达7.2亿元人民币（不含征地费用），而且填埋场的寿命也只有12 a。基于以上原因，国外从80年代以来，卫生填埋设施有逐渐减少的趋势，成为其他处理工艺的辅助方法，用来处理不能再利用的物质。

　　2.2 堆肥处理的局限性

　　堆肥处理不能处理不可腐烂的有机物和无机物，垃圾中的石块、金属、玻璃、塑料等废弃物不能被微生物分解，这些废弃物必须分捡出来，另行处理，因此减容、减量及无害化程度低；堆肥周期长，占地面积大，卫生条件差；堆肥处理后产生的肥料肥效低、成本高，与化肥比销售困难，经济效益差。引进国外技术投资巨大，不适合我国国情。发达国家由于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国的一般水平，因此靠堆肥只能处理15%左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了堆肥技术的推广。堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易腐有机组分进行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准，真正实现无害化和资源化。

　　2.3 焚烧处理的局限性

　　焚烧处理对垃圾低位热值有一定要求，不是任何垃圾都可以焚烧的。垃圾中可利用资源被销毁，是一种浪费资源的处理方法，即使回收热能也只能做到废物一次性再生的目的，无法实现资源的多次循环利用。焚烧产生的大量烟气，带走的热能又是一种很大的损失。产生的烟气必须净化，净化技术难度大、运行成本高。焚烧产生的残渣还必须消化。还有，焚烧设备一次性投资大，运行成本高。

　　3  城市垃圾处理方法的综合利用

　　表1为美国垃圾处理方式及各年所占比重。综合利用应包括以下几个方面的内容：

　　（1）可用物资（废纸、金属、玻璃等）的回收再生利用；

　　（2）易腐有机物的堆肥处理；

　　（3）高热值不易腐有机物的能量利用；

　　（4）灰渣的固化处理，实现灰渣的材料化。

　　许多国家垃圾处理实践表明，其中的 70% 可以回收，成为再生原料供重复利用。城市垃圾被誉为“城市矿藏”，是唯一在增长的资源。世界上已有几十座回收有用成分的垃圾处理工厂在运转。这些处理厂是近 10 年来在工业发达国家相继建成的。实践证明了他们为合理地经济地利用垃圾资源开辟了新途径，开创了垃圾处理领域的新天地。从消极地局限地销毁垃圾阶段，走向积极、合理地利用垃圾的崭新阶段。

　　表1  美国垃圾处理方式及各年所占比重

　　 美国垃圾处理　　 1980年　　 1990年　　 1997年　　 2010年　　 回收/%　　 10　　 16　　 27　　 50　　 焚烧/%　　 9　　 16　　 17　　 10　　 填埋/%　　 81　　 68　　 56　　 40

　　4  结  语

　　我国采用的垃圾处理技术，没有一种方法能够独立地实现垃圾资源化、无害化、减量化的总目标。随着社会的进步，人们生活水平的提高，垃圾成分愈发复杂，有机物、人工合成材料增多。这种现状要求垃圾处理技术，应由单一销毁方法向多种方法、互助配合、

　　共同处理的综合处理转变。只有这样，才能实现垃圾的变废为宝，为社会提供可利用资源。

　　参考文献

　　1  朱永安.城市生活垃圾处理方法评述及综合处理方法的设想.环境工程，1997，(2)：52～54

　　2  李艳霞，王敏健，王菊思.固体废弃物的堆肥化处理技术.环境污染治理技术与设备，2000，(4)：39～45

　　3  卢英方，田金信，孙向军.部分国家城市垃圾管理综述.建筑经济，2002，(5)：39～41

　　4  周树铃.国外城市生活垃圾的处理动态.环境导报，1988，(5)：22～24

　　5  吕  敏，阎  丽，薛泮海.城市垃圾的处理及综合利用.化学工程师，2002，(2)：34～35

　　（收到修改稿日期：2004-03-17）

　　[1]第一作者：王  超，男，1980年生，硕士研究生，主要从事机械设计及理论、环保机械方面的研究。