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user: 3. 我国城市固体废弃物处理技术 城市固体废弃物数量庞大、成分复杂。目前，我国城市固体废弃物的处理技术主要有填埋、堆肥和焚烧处理等。从2013~2017年我国卫生填埋、堆肥和焚烧的无害化处理厂数(图2)可看出，我国无害化处理厂数呈逐年递增的趋势。我国城市固体废弃物的主要无害化处理方式为卫生填埋，其次为焚烧，占比最小的是堆肥处理。随着人口增多和城镇化进程加快，堆肥和焚烧处理所占的比重逐年递增。 图2. 2013~2017年我国卫生填埋、堆肥、焚烧无害化处理厂数 3.1. 填埋 固体废弃物填埋技术是一种综合性的工程处置技术，其主要是由传统的堆放和填地处置而发展起来的。填埋处理目前是我国主要的固体废弃物处理方法，有70%的垃圾都用填埋法处理。填埋技术分为卫生填埋和直接填埋两种。直接填埋是指不采取环保措施，直接将固体废弃物掩埋并压实的技术；卫生填埋是指将收集的固体废弃物运送到指定地点，填埋在有防渗设施、渗滤液收集装置和气体排出装置的场地。直接填埋会对土壤和大气造成严重污染，目前多采用卫生填埋法对垃圾进行处理。2017年，我国卫生填埋场无害化处理能力为360，524吨/日。 垃圾填埋是提供垃圾最终处理的一种通用解决方案，适用于大多数类型的固体废弃物处理，包括焚烧和堆肥过程中产生的灰渣、水处理过程中产生的污泥等。垃圾填埋流程为垃圾卸料-垃圾铺平-垃圾压实-表面覆盖。 垃圾填埋技术成本较低、操作简便，对垃圾的热值、成分等要求较低，且操作过程中产生的填埋气体如甲烷可作为清洁能源使用。但由于公众接受度较低和场地限制，垃圾填埋的场地一般为远离城市生活区的郊外，处理成本随运输距离的增大而增大；垃圾填埋不仅侵占了大量农田，其产生的渗滤液还会污染地下水，造成地下水富营养化；作为填埋气体主要成分的甲烷，其温室效应是二氧化碳的21倍，若不进行处理会严重污染大气 [ 6 ] ；且填埋场地由于细菌分解作用和微生物的活动，极易滋生病虫害。 3.2. 焚烧 垃圾焚烧即通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应，使垃圾经过高温氧化过程进行减容，使其成为残渣或者熔融态固体物质，并产生二氧化碳和水的过程。我国约有30%的垃圾采用焚烧法进行处理。垃圾是一种低热值燃料，垃圾焚烧关键需解决两个问题：一是能否在不投油或少投油的情况下稳定燃烧，二是能否控制二噁英、呋喃等的生成 [ 7 ] 。2017年，我国垃圾焚烧的处理能力为298，062吨/日。 焚烧法适用于处理含水率低、热值高的垃圾。焚烧时，垃圾车将收集的垃圾称重后卸入垃圾坑中，垃圾在垃圾坑中经过2~3天的堆积发酵脱去水分后，由抓斗抓取垃圾送入焚烧炉中焚烧，释放出的热量用于发电或供暖，焚烧过程中产生的烟气经烟气净化系统和飞灰输送系统脱酸、除尘后排入空气中。 垃圾焚烧技术在世界范围内已有100多年的历史。工业革命的发生地英国于1874年就建成了第一座垃圾焚烧处理厂。第二次世界大战后，垃圾焚烧在许多发达国家得到了发展。我国垃圾焚烧处理起步较晚，自20世纪80年代才开始发展，先后自主开发和从国外引进了一些焚烧设备。垃圾焚烧后体积可缩小50%~80%；废物所需预处理较少；相比填埋和堆肥处理周期短、效率较高，无害化、资源化、减量化程度高；焚烧要求炉内温度高于850℃，可高温消除病原体，其产生的热量可用于发电和供暖；此外还有学者将焚烧炉内灰制成新型、绿色、环保建筑材料。但相比填埋来说垃圾焚烧技术要求更高，维护费用更大；焚烧对垃圾有一定的最低热值要求，若含水率过高达不到最低热值要求，便需添加助燃物 [ 8 ] ，使焚烧处理成本增大；焚烧产生的烟气主要由飞灰、酸性气体、重金属及二噁英等构成，其中二噁英具有强大的致癌性和致死作用，需进行化学处理后再排放 [ 9 ] 。 我国固体废弃物焚烧技术主要在经济发达、人口密度大、土地面积较少的沿海地区得到发展。随着垃圾焚烧技术的发展，约有200多种不同型号的垃圾焚烧炉被制造出来，其中应用性与代表性较高的约有4种，即机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转窑式焚烧炉、热解气化焚烧炉。表3为四种垃圾焚烧炉的技术原理及优缺点。 3.3. 堆肥处理 堆肥法处理固体废弃物是指依靠微生物的生物化学作用，同时控制一定的水分、碳氮比和通气量，将生活垃圾中的有机质分解、腐熟、转换成有机肥料的方法。按细菌分解的作用原理，堆肥可分为低温厌氧堆肥和高温好氧堆肥两种；按堆肥方法，分露天堆肥和机械堆肥。 堆肥法分为四步：第一步是预处理，将垃圾简单分类，然后破碎筛分为均匀介质状，匀质垃圾的最佳含水率为45%~60%。第二步是细菌分解，在一定的温度、水分和氧气条件下，好氧或厌氧微生物迅速繁殖，垃圾开始分解，各种有机质转化为腐殖质；第三步是腐熟，稳定肥质，待完全腐熟即可使用；第四步是贮存或处置，根据堆肥质量控制要求，堆肥产品需要对堆肥杂质含量、粒度、虫卵死亡率、大肠杆菌、有机质、总氮、总磷、pH值、水分以及重金属含量进行控制，并将肥料贮存，废料另作填埋处置 [ 10 ] 。 Table 3 Technical principle， advantages and disadvantages for four kinds of waste incinerator 比较项目 机械炉排焚烧炉 流化床焚烧炉 回转窑式焚烧炉 热解气化焚烧炉 技术原理 垃圾在炉排上进行层状燃烧，经干燥、燃烧、燃尽后灰渣排出炉外 依靠炉膛内高温沙介质的均匀传热和高热容量，使炉膛内的垃圾快速升温着火并均匀燃烧 采用耐火砖或水冷壁炉墙制成的圆柱形滚筒，将其设置一定的倾斜角度，通过炉体转动使垃圾均匀混合并充分燃烧 垃圾在厌氧或缺氧的条件下，产生的热能是垃圾中的化合键发生断裂、异构化和小分子聚合等反应 前处理设备 除大件垃圾外，不分类破碎 需分类破碎至5 cm以下 除大件垃圾外，不分类破碎 需对垃圾进行分类 优点 1.技术相对成熟，有较高的运行可行性和单台处理能力，适用大容量 2.烟气排放量和灰渣产量低 3.无需混煤燃烧，余热利用率高 1.结构紧凑、投资低、运行稳定，适用中容量 2. 燃烧适应性强 3.氮氧化物生成量少 1.运行稳定，可适用中、大容量 2.燃料适应性好，可高温安全燃烧 1.设备结构简单 2.烟气氮氧化物、二噁英含量低 3.维护简易 缺点 1.炉排加工精度和控制要求高 2.运行费用较高 3.后期维护检修工作量大 1.需补充煤炭达到燃烧要求 2.占地多，飞灰产量多，动力消耗大 3.存在严重的受热面磨损问题 1.窑深较长，需设后燃室 2.炉内的耐火材料易损坏 3.投资高，占地面积大 1.不适合处理含水率高、热值低的垃圾 2.焚烧炉处理能力低 3.热量回收率低 表3. 四种垃圾焚烧炉的技术原理及优缺点 国外的一些发达国家，已经广泛将堆肥技术应用到了固体废弃物的处理与处置中，且为了提高堆肥效率，很多国家在实际处理固体废弃物过程中会添加一些相应的填料，其不仅可以有效地处理污泥问题，且还能达到消灭病菌的作用。目前我国堆肥处理的应用还不太广泛，处于初步发展阶段，大多采用好氧堆肥，即在氧气充足的条件下，利用好氧菌，将有机物氧化为无机物，同时获得维持自身生命活动所需的能量。堆肥法适用于处理有机物含量高的生物质材料，固体废弃物中含有大量不可堆肥垃圾，若不对其进行分选，会影响堆肥质量，如表4为根据是否可堆肥对垃圾进行的分类 [ 10 ] 。 Table 4 The classification of compostable and non-compostable wast 分类 内容 可堆肥垃圾 生活垃圾 厨余垃圾、厨房尾菜、食物残渣、瓜皮、果屑、茶叶等植物性垃圾 化粪池污泥 人畜粪便三格化粪池污泥、沼气池沼渣沼液等 公共环境产生的有机垃圾 落叶残枝、杂草等 可回收垃圾 废纸、塑料、玻璃、金属、布料、橡胶、人造合成材料包装等 不可堆肥垃圾 有害垃圾 过期药品、实验残渣等 动物性垃圾 畜禽尸体 建筑垃圾 碎砖、碎瓦、水泥、混凝土、木头等 其他垃圾 外来入侵物种、砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等 表4. 可堆肥垃圾与不可堆肥垃圾分类 固体废弃物堆肥工艺的无害化与资源化程度较高，不会产生二次污染；可将垃圾中的有机质分解为有机肥料；但成本和技术要求高，没有环境和经济优势；与其他垃圾处理技术相比占用空间较多；且相比其他技术来说需要对垃圾进行一定的预处理，如分选和破碎 [ 11 ] ；我国对于垃圾的分类还处于初步阶段，使得目前混合收集的固体废弃物生产出来的堆肥产品肥效低、杂质多，可能会造成土壤重金属污染，导致市场需求不佳 [ 12 ] 。 3.4. 垃圾热解 垃圾热解是指将垃圾在无氧或缺氧状态下加热，使之分解为液态焦油、固态生物炭和可燃性气体的过程。垃圾热解操作简便、焚烧过程便于控制；二次污染小，因垃圾热解是在无氧或缺氧环境中进行的，所以排气量少，氮氧化物和二噁英等有害气体产生量少；热分解残渣少，腐败性有机物少，填埋时产生的污染问题小；垃圾热解的产物为液态焦油、固态生物炭和可燃烧气体等，经济效益较高。 生物炭是一种含碳率高、比表面积大、理化性质稳定的多孔性材料，在能源、材料和环境方面具有巨大的应用前景。生物炭作为土壤改良剂施入土壤中，会增加土壤持水量，增加土壤孔隙度，提高土壤pH值，补充土壤养分，有效提高农作物产量 [ 13 ] 。生物炭是一种稳定性碳源，可减缓全球温室效应。有学者将生物炭以不同比例替代水泥制成生物炭混凝土，并将其应用在新增建筑、既有建筑改造及人行道路改造中，在满足建筑所需强度要求与环境要求的同时，还可对碳进行永久封存 [ 14 ] 。