城市生活垃圾的处理方法是指用物理、化学、生物等处理方法,将生活垃圾在生态循环的环境中加以迅速、有效、无害的分解处理,以达到“无害化”、“减量化”、“资源化”的目的。目前,最常采用的处理方法有4种,即分类回收、卫生填埋、焚烧、堆肥,其中,分类回收不是一种独立的处理方法。
分类回收是指从垃圾中回收可以利用的物料加以利用,例如废纸、金属、玻璃、塑料和橡胶等。废纸可作造纸原料;金属(如铁、铝)可回炼;玻璃可重用;塑料和橡胶可用于制造再生物质或隔离空气裂化成石油类燃料等。此法过去用人工分拣,现在已采用机械分选法,如风力、重力、浮力、离心力、磁力、光学及震动筛分等方法。
对已产生的城市生活垃圾,可以从垃圾中回收物质和能源,即实现垃圾的资源化。垃圾资源化的首要工作就是垃圾的分选。国外有些国家把城市垃圾分选工作让市民来做,在垃圾收集的首端就实现垃圾的分选,当然这种方法比较经济,对环境的影响也小。但目前就我国而言,这种方法尚不适用,因为我国民众垃圾分类收集尚未达到一定水平,在进入分拣环节之前就已经经过数道拾荒作业,导致垃圾分选可回收率严重下降,同时垃圾经分拣后仍有很大比例的垃圾需要后续再处理,进入焚烧厂焚烧或者卫生填埋,导致投资的重复性浪费。
八十年代以前,城市垃圾大部分是混合收集,不进行分类,因而要采用破碎机和分选设备提取城市垃圾中的有用物质,国外一些从事废物处理设备及工艺研制的厂商和专业公司利用机械破碎分选法对垃圾进行破碎分选处理。它们把从垃圾中分选回收出的废纸、废塑料、废金属、废玻璃等成分提供给有关厂商作二次原料使用,达到变废为宝、丰富社会资源的目的。国外垃圾分选中心使用的分选设备自动化程度比较高。这些设备主要是根据各种不同废物的物理性能,分别利用磁吸、电导、光电、振动、离心、浮选等方法分选垃圾,利用磁吸法分选废铁;利用光滤系统和光电管可以分选各种玻璃;利用振动弹跳法可以分选出软硬物质;利用锥形旋风分离器或其它离心式分离器可分选比重不同的物质;利用弯曲管道底部送风法可分选轻重物质。
采用上述方式对混合收集的城市垃圾进行分类的效果并不理想,在末端工序上仍需进行大量的人工分选,而且技术复杂、投资大、运行费用高、耗能耗水、二次污染严重。另外,城市垃圾中的各种构成物质在混合收集过程中相互污染,大大降低了其回收利用价值。
在当前我国城市生活垃圾的收集管理体系下,生活垃圾进入处理厂之前,已经经过大量拾荒人员的筛拣,垃圾中可回收利用的材料比较少。目前最广泛采用的垃圾分选方法是从传送带上进行手选,然而这种方法效率低,工作人员工作环境恶劣,劳动强度大,不适合推广利用。
经过十余年的分选技术研究方面的经验和教训,人们明确地认识到,真正意义上的垃圾分类,应该从城市垃圾产生源开始,因此我国要实现垃圾分选处理的基础条件就是提高人民素质,使垃圾分类收集工作进一步完善和提高。
卫生填埋法是寻找一块空置的土地,将垃圾置于防渗透层之上压实后覆土填埋,利用生物化学原理在自然条件下使天然有机物分解,对分解产生的渗沥液和沼气(填埋气体)进行收集处理,以期不产生公害,对城市居民的健康及安全不造成危害。这种方法目前在世界上采用得最多。
卫生填埋的优点为:最初投资低,适用性强,可接纳各种城市生活废弃物,处理能力大;建设投资除征地费不好确定外,一般而言,生产性投资较少,运行费用低,不受垃圾成分变化的影响
卫生填埋需要占用大量的土地资源,厂址选择较为困难。考虑到交通、水文、地质、地形等因素,许多城市甚至近郊也很难找到合适的场址。填埋场占地较多是一大缺点,最好利用地价较低的沟谷荒坡,筑坝拦截,封场后还可复耕、还林。
卫生填埋另一个难题是渗滤液的处理。生活垃圾经雨水浸泡渗出的黑液为高浓度有害液体,BOD5浓度较高,其污染度是粪便的3~5倍,一旦渗漏,对地下水、土质和大气易造成污染。随着《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)的实施,对渗滤液处理后各种污染物的排放浓度作了更加严格的限制,处理成本大幅增加。所以,填埋场设计和建设过程中必须采取有效措施,最大限度地减少地面径流和地下水汇入垃圾库区,以减少渗滤液产出量和无害化处理难度。
目前,发达国家正在逐步减少原生垃圾的填埋量,尤其在欧盟各国,已强调垃圾填埋只能是最终的处置手段,而且只能是无机物垃圾,在2005年以后,有机物大于5%的垃圾不能进入填埋场。
此种方法比较简单、成熟、投资稍低,是目前用得较多的垃圾处理方法。它适用于卫生填埋场地资源丰富或经济发展水平较低的地区。
卫生填埋是垃圾终处置方法,无论自然条件、经济条件如何,无论采用什么处理方法,卫生填埋必不可少。
垃圾焚烧即通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应,使垃圾经过高温下的氧化进行减容,成为残渣或者熔融固体物质的过程,垃圾焚烧设施必须配有烟气处理设施,防止重金属、有机类污染物等再次排入环境介质中。回收垃圾焚烧产生的热量,可达到废物资源化的目的。其减容效果最好(一般减容90%,减重70%以上),又能使腐败性有机物和难以降解而造成公害的有机物燃烧成为无机物和二氧化碳,而病原性生物在高温下死灭殆尽,使垃圾变成稳定的、无害的灰渣类物质。
但采用焚烧法处理垃圾时,首先要垃圾热值达到一定的水平,热值大于3347kJ/kg的垃圾才能焚烧,此时仍须添加辅助燃料方可维持稳定燃烧,因此,处理垃圾的费用较高,不经济。当垃圾热值大于4187kJ/kg时,才有可能不加辅助燃料,使垃圾在高温下燃烧。焚烧后配置余热锅炉和汽轮发电机组发电,售电以补助运行费用,降低垃圾处理的政府直接补贴费用。
垃圾焚烧的处理方法,以垃圾焚烧的方式分类,可分为“全量燃烧”和“燃料制备”后燃烧两种。采用全量燃烧方法只要垃圾的热值达到许可值以上,无须将垃圾分拣。此法工艺成熟、运行可靠、炉温较高、操作较简易、燃烧较充分,炉渣热灼减率可达到小于3%,与燃煤锅炉无异,且减容量可达80%~90%,是垃圾减容和资源回收的常用的方法。目前西欧及美、日大部分焚烧厂采用此技术,但投资较高。另一种是对垃圾中的可燃组份用能焚烧处理,焚烧前需要进行“燃料制备”制成为二次燃料。它的热值高,一般要超过10000kJ/kg,可替代部分常规燃料。因此,往往垃圾进炉前要经过分拣,将不燃物或低热值组份除去,有的还要求将垃圾破碎,使进炉垃圾的粒度大致均等。但此法投资省,回收有用物质多,综合利用程度高。
垃圾焚烧技术作为一种以燃烧为手段的垃圾处理方法。随着城市生活垃圾可燃物和易燃物的增加,及各种先进技术的发展和应用,使垃圾焚烧技术不断得到完善和发展。
(1)无害化彻底:高温燃烧可使垃圾中有害物得到完全分解,完善可靠的烟气净化系统可以将烟气中污染物的含量处理到环保部门要求的范围内。
(4)焚烧技术比较成熟:焚烧过程采用DCS控制,可保证燃烧过程处于最佳工况,所以二次污染小。
(5)综合效果好:由于污染低、占地面积小,可靠近城市建厂,既节约用地、又减少运输成本,选址相对容易。
因此,在具备经济条件、垃圾热值条件和缺乏卫生填埋场地资源的地区,焚烧处理技术在全世界得到了迅速发展。
堆肥处理法是在控制的条件下(好氧或厌氧),借助微生物的生化作用,将垃圾中的天然有机物分解、腐熟,转化为稳定的腐殖质土。这种方法对以厨余等类成分为主的垃圾有较大的作用,但原生生活垃圾中,无机物和难以生化降解的橡胶、塑料、合成纤维等的有机物还有较大的数量,必须分拣后才可以采用堆肥法。而且,未经分拣堆肥,制成的肥料中重金属含量多少仍为未知数,如金属含量高,则有机肥市场狭窄。
在我国城市垃圾处理中,堆肥方式是最早也是在早期阶段使用最多的方式,那时,大部分垃圾堆肥处理场采用敞开式静态堆肥。20世纪80年代以来,我国陆续开发了机械化程度较高的动态堆肥技术。目前,从普及程度看,堆肥处理在国内城市各种垃圾处理方式中,是仅次于填埋方式的一种重要方式。针对我国固体废物的特点,我国多家研究机构研究开发出多种有机固体废物的堆肥化技术,并发展包括配套的预处理技术、堆肥化技术在内的城市垃圾综合集成处理工艺技术。
近两年来,城市垃圾堆肥化作为实现垃圾资源化、减量化的重要途径,在沉寂多年后又开始引起人们注意。一些新的堆肥化技术相继出现,大量堆肥场在建设,但是在运行中受到非技术的经济因素的制约,主要表现在:
(1)我国城市混合收集的垃圾杂质含量高,为保证产品质量采用复杂的分离过程,导致产品成本过高。如果没有政府的补贴,很难正常运行下去,而垃圾中含有的玻璃成分,很难完全分离,为堆肥产品的应用带来限制。
(2)一般堆肥场的粗堆肥产品只能作为土壤改良剂,销路取决于堆肥场所在地区土壤条件的适宜性。在黏性土壤地区,特别是南方的红黄粘土、砖红黏土、紫色土地区有较好的销路。
(3)堆肥场产品的经济服务半径一般较小,同时肥效较差,因此堆肥产品通常只能就近销售;而利用其制造的复合肥,也在与一般化肥和复合肥的竞争中不占优势。
(4)堆肥产品销售有其季节性,而垃圾堆肥处理则是连续性的,生产与销售之间存在的这种“时间差”,将使垃圾堆肥厂的运行带来困难。
(5)堆肥产品很难达到无害化的要求,不能保证彻底杀灭病菌以避免二次污染,同时,难以克服重金属成分的迁移问题。
综上所述,由于能源、土地资源日益紧张,焚烧处理并利用余热发电比例逐渐增多,与传统的卫生填埋和堆肥相比,垃圾焚烧发电或供热的处理方法能有效地减少垃圾重量70~80%,减少体积90%,可有效的节省用地。目前焚烧发电技术研究开发工作不断得到发展,完善了余热利用系统和烟气净化系统,向“资源回收工厂”过渡。焚烧技术作为一种有效的垃圾处理工艺已被经济发达而土地资源相对紧缺的地区所采用,尽管在不断探索新的清洁垃圾处理技术,但焚烧技术在相当长的时间内仍将是垃圾处理技术的主导技术之一。
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