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Abstract: In recent years, city garbage continued to increase, the problem of environmental pollution is particularly prominent, study on waste treatment method of growing concern, the widely used method of garbage landfill, incineration, composting, but each has its advantages and disadvantages, according to treatment shall comply with the principle of harmless, reduction and resource waste incineration, economic and effective disposal of garbage, is a general trend of our country at present city garbage disposal.
Key words: city garbage; problems; measures
中圖分類號:R124.3 文獻標識碼:A文章編號:
一、引言
目前在我國無論是經濟發展速度還是城市化速度或是居民的生活水平都在不斷提高,與此同時城市垃圾量也在不斷的增加。我國現有城市600多座,城市垃圾量增長速率基本保持在7%左右,而垃圾的處理量卻不到總量的1/3,能達到能源再利用以及無害化處理的比例更低,在城市周邊尋找其他適宜的垃圾填埋的場地也越加困難,因此,我國城市垃圾處理問題已相當嚴重。以下將由城市垃圾處理思路與方法進行分析。
二、城市垃圾概述
城市垃圾是人們在生活以及工業生產中產生的固體廢渣,種類繁多,包括有機物與無機物是固體廢物的混合體,主要有家庭生活廢物和來自商店、市場以及辦公室等具有相似特性的廢物,例如廚房垃圾、樹葉以及廢紙等;市政維護管理中丟棄的固體廢物;工業垃圾;建筑垃圾。城市垃圾應進行分類,收集,清運和處理。城市垃圾的成分雖然很復雜,但大致可分為有機物、無機物和可回收廢品等。
城市垃圾不僅會污染環境,破壞農田,侵占土地,而且還可能產生垃圾的爆炸現象,由此可見,城市垃圾對環境會產生比較大的潛在的和即時的危害性。
三、城市垃圾問題的處理現狀
目前我國人民的經濟、文化以及生活水平正在不斷的提高,城市垃圾的產量也與之成正相關,那么由此而引發的環境污染問題變得日益嚴重自然就不足為奇了,作為已成為影響城市建設、人民生活和可持續發展的主要因素的城市垃圾處理,其處理真正達到無害化和循環利用的比率較低。大多數的城市垃圾只采用簡易填埋甚至露天堆放的處置方式,其后果是對環境造成了巨大的危害。目前我國的城市垃圾處理體制還不是很完善,而且在城市垃圾處理問題上很容易局限在對處理方式自身進行討論和分析上,以下就城市垃圾處理的問題談一下現在國內現有以及新興的垃圾處理方法。
四、城市垃圾處理的思路
目前我國城市垃圾處理的一般思路為:以垃圾填埋和焚燒為主,堆肥為輔,綜合利用為補,改革合理體制,健全相關法規,提高環境意識,加大投入力度,優選處理方式,形成良性循環格局,以實現垃圾處理無害化、減量化、資源化的總體目標。
五、現有的城市垃圾處理措施
1.填埋法
填埋法是一種為我們大眾所熟知的方法,它主要是將垃圾填埋入地下的污染處理方法,填埋時首先選用廢棄的粘土坑、采石場、礦坑等,主要是我們要考慮對生態環境的影響,將垃圾填埋在這些廢坑之中,有利于恢復地貌,維持生態環境。填埋技術經過多年的不斷發展已經從無控制的填埋,發展到了以保證避免二次污染、回填場地安全以及節省投資等為目的的衛生填埋,目前由衛生填埋衍生而出的新方法主要有瀝濾循環填埋以及壓縮垃圾填埋等。
周啟星曾在接受采訪時提到衛生填埋這種方法以后還會持續存在并且會又重大的發展,其原因在運用填埋法可以降低建廠的費用以及運行的費用,并且運用衛生填埋也是對垃圾的最終也是唯一的處置方法,由于垃圾填埋需要占用土地資源,那么對那些土地資源比較豐富的國家和地區,垃圾填埋方式的優點也就得以彰顯。
占地面積大是填埋法的主要缺點,對一些土地資源比較少的國家而言占地面積大這一缺點是有尤為致命,特別是現在各國對自身以及世界的環境保護工作越來越重視,對垃圾填埋所產生的滲瀝水以及沼氣對土壤以及水體等生態環境可能造成污染的防范意識的提高,垃圾填埋占地面積大的弊病也就逐漸曝露了出來。填埋場場址難選的問題,也影響了建場投資、運行費用。另外,眾所周知垃圾在填埋過程之中會進行發酵,而在其進行發酵這一化學反應過程中甲烷氣體的產生是在所難免的,對于作為火災及爆炸隱患以及產生溫室效應的幫兇的甲烷,應該盡量減少其產生的來源。其實,每一個填埋場都有其處理能力的極限即垃圾填埋場都有其相應的服務期,在服務期滿后我們不得不再投資重建一個新的填埋場,如此循環將會有更多的土地資源將會被占用,因此一些國家也不得不做出一些相應的舉措例如禁止原始垃圾直接在填埋場處理等。
2.堆肥法
是指用于處理有機垃圾的一種方法。其原理是利用微生物對垃圾中的有機物進行代謝分解,在高溫下進行無害化處理,并能產生有機肥料。堆肥法不僅具有悠久歷史而且也是不失為一種經濟有效的方法。為什么堆肥法有利于資源的回收再利用呢?其主要原因在于在實現對垃圾無害化的同時,也生產出含有叫高含量腐殖質的有機堆肥。
堆肥處理是一個利用微生物分解垃圾有機成分的生物化學過程。垃圾經自然通風式和發酵式堆肥,氧氣、有機物和細菌三者之間相互作用,形成復合肥。為使堆肥過程達到一個穩定的狀態,我們需要提供一個適合微生物活躍生長的環境,以加速細菌分解過程。
以廢物中的養分、溫度、濕度、pH等為主要控制因素的堆肥技術在國外起步較早,目前在有些國家的應用已經達到了工業化的水平。根據堆肥原理,堆肥法由厭氧分解與好氧分解兩種方法組成。由生物工程我們了解到厭氧微生物分解生長較為緩慢慢,故在嚴格缺氧條件下進行的為厭氧分解的方法并不多用。因為在好氧分解過程中高溫伴隨著微生物的分解生長而產生,在這樣的高溫下就相當于高溫消毒,我國目前主要采用的方法為好氧分解法。對于易腐有機質含量較高的垃圾我們可以采用堆肥處理,因為堆肥技術的工藝較為簡單,同時我們也可以回收利用垃圾中的一些資源,而且與其他的處理方法相比處理相同質量垃圾的投資比大大降低。
堆肥處理法的缺點是不能處理不可腐爛的有機物和無機物,對于垃圾中一些廢棄物不能為微生物分解,比如塑料、金屬、石塊、玻璃等。由于我國尚未實施城市垃圾的分類收集,這些廢棄物須分撿出來,另行處理;此外,堆肥處理設備技術水平還比較低,特別是機械化操作方面存在的技術問題還不成熟,從而影響堆肥效率以及堆肥的周期,而且雖然與填埋法相比占地面積有所減少但是還是比較大的。堆肥衛生條件也相對較差,這也決定了保證有機肥產品達到國家的標準的困難大小,經堆肥處理后所產生的肥料成本高、肥效低,堆肥產品受市場制約較大,其產品的經濟服務半徑與化肥相比較小,所以其銷售也比化肥銷售相對難一些。為了有效的防止重金屬的滲入,堆肥技術必須先將新鮮的垃圾進行分類,然后再對其易腐有機組分進行發酵。
3.焚燒法
焚燒法已成為工業發達國家廣泛采用的并且卓有成效的主要方法之一。將垃圾用焚燒法處理之后,在減量化以及節省用地的同時還可消滅各種病原體,將有毒有害物質轉化為無害物。現代的垃圾焚燒爐皆配備有良好的煙塵凈化裝置,可減輕對大氣的污染。在我國一些大的城市和經濟繁榮的地區,垃圾的組成成分也受到了不斷發展的經濟和不斷提高的人民生活水平的影響,發生了很大的變化,其中含有很高熱值的垃圾有了很大的增長,有的垃圾的熱值甚至超過了維持焚燒爐正常的燃燒所需要的能量的數值;垃圾填埋場由于土地資源日益緊張也越來越難以尋找其合適的場所,如果我們仍然沿用填埋法處理垃圾,將會大幅度的提高建場以及運行的費用,因此如果在這些地區運用焚燒法也就比運用填埋法有了更加現實的意義。
建廠投資高、設備比較復雜、操作運行費用較高是此法最為關鍵的問題;而且對垃圾進行焚燒處理,為了保證垃圾能夠正常的燃燒,垃圾的熱值必須大于3.35MJ/kg。而且像一些含有可利用資源的垃圾,經過焚燒處理這些可利用資源很可能會一并消失,雖然我們回收了焚燒過程中產生的熱能,但這也只是對廢物的一次性再生,卻而違背了對資源多次回收利用這一要求。此外,焚燒產生的大量煙氣所帶走的一些熱量也是一種相當大的浪費,不僅這些我們還要對產生的煙氣進行凈化處理,而凈化技術對于目前的科技發展仍然有些難度的,尤其是其運行成本較高。除了凈化技術,還有焚燒設備的一次性投資成本也相對很大,它的運行投資成本也相對較高。
4. TBS生活垃圾處理技術
繼前三種城市垃圾處理方法之后我國又研發出了更加科學的第四種垃圾處理方式即TBS化學催化水解法的處理技術。TBS生活垃圾處理技術不僅資源化程度高而且二次污染小,同時還能生產出和堆肥法相類似的有機肥,這種有機化肥大自然的生態循環有很大幫助。與前三種方法相比,TBS生活垃圾處理技術具有生產成本低以及產出大的特點,是目前我國處理城市垃圾獲得綜合效益最好的方法,可以說TBS生活垃圾處理技術的出現,對我國城市垃圾處理來說是一個新的方向和機遇。
TBS生活垃圾技術可以用IT垃圾生產出約300kg的TBS有機肥。這是堆肥等技術不能達到的,TBS技術不僅彌補了好氧堆肥法在發酵降解過程中損失大量“碳”元素這一缺點而且還使得一些有機質參與生化反應而被利用。因此,TBS要比其他堆肥技術的產出率高很多,如果以有機質含量來衡量的話,用等量的垃圾TBS的產物是其它技術的一倍之多。
六、總結
其實無論怎樣,目前我們都暫時不能做到完美的處理城市垃圾,但是我們可以運用一些綜合治理的方法彌補其中的不足,使其不斷的完善,如完善相關法規、加大前期的準備力度、積極學習采納國外的先進方法、加大設備的投資以及做好長期的城市規劃等。總之,只有采用多方面相結合的方法,不斷的開拓創新,堅持無害化、減量化以及資源化的原則不改變就夠取得很好的環境效益和經濟效益。
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【關鍵詞】垃圾處理;食堂;環境
引言
隨著城市化的進展,食堂污染狀況越來越嚴重,食堂的垃圾主要包括剩飯剩菜,餐巾紙等一些不易分類的物品和一次性塑料袋等不易處理的物品。像一次性塑料袋這種垃圾會被直接丟棄,造成環境污染。現在處理垃圾的成本也在逐年提高,因為這些垃圾比較難處理。食堂垃圾由于含水量較高,容易腐敗,如果不及時進行處理會形成二次污染。食堂垃圾一般都被拉走作為豬飼料使用,在直接喂豬的過程中極其容易產生病菌的傳播,導致牲畜患病,從而引發一系列食品安全問題。現在許多大城市還出臺了餐飲垃圾不準喂豬的規定[1],這使得經濟化進程中產生的大量食堂垃圾得不到妥善的處理,加劇了環境的污染狀況,也使得食堂垃圾利用率降低,浪費了原本可以再利用的資源型垃圾。其實,食堂垃圾有著很高的回收利用價值,如果直接用來喂豬,不免大材小用,大大降低了它的回收利用率及其經濟效益。食堂垃圾處理亟需尋找到一條新出路。為此,我們想通過對食堂垃圾的一系列調查來進一步分析它的污染狀況,以便達到餐廚垃圾回收利用效率最大化[2]。
1、調查環節
1.1調查的方法
為了對食堂污染狀況進行進一步的分析,分成三組分別對學校的三處食堂進行了實地調查。對食堂的每個窗口挨個進行問卷調查。考慮到食堂工作人員對于問題的理解程度,小組成員在調查的過程中還進行了必要的講解。最后針對食堂人員回答的實際情況進行必要的筆記記錄,對于他們提出的一系列意見也進行記錄,用于之后的分析,同時對于食堂垃圾的處理過程進行了照片拍攝。一方面,我們在被調查人員填寫問卷的過程中,進行問題的講解,以保證被調查者正確理解問題意思,同時,提問被調查人員一些相關的問題,更加全面的了解食堂的相關情況,便于全面分析。
1.2問卷問題的設計
餐廚垃圾受各種因素的影響比較多,如個人消費,環保意識,就餐人數等,所以我們按照以下思路進行了問卷設計。一對食堂每天產生的垃圾的具體情況進行提問,比如食堂每天產生垃圾的數量等,用于了解學校食堂現在每天產生垃圾的整體概況,為接下來的分析獲得基礎數據。二對食堂工作人員對于現在食堂垃圾回收的方法的意見進行了解,以便知道傳統垃圾處理方法的受歡迎程度以及大家為什么普遍熱衷于傳統處理而不愿意進行新方法的嘗試。三對食堂工作人員的垃圾回收再利用的了解情況進行提問,如請他們寫出幾樣可以回收再利用的垃圾,這樣可以從側面得知他們的環保意識強不強。四詢問食堂工作人員對垃圾回收再利用的新方法的態度,從中可以了解新方法的可行性。五問食堂工作人員對于國家出臺有關垃圾回收再利用新方法的政策有無看法,有便于了解大家對新方法推廣的支持程度[3]。
2、調查的結果
在對調查的問卷進行系統性分析之后,我們得出以下結論:一食堂每天產生大量的餐廚垃圾,這些垃圾每天都統一倒放在一起,然后再統一回收用于豬飼料。食堂的工作人員對于這種垃圾處理回收的態度大多數都覺得沒意見,因為他們覺得這種方法對于他們來說很方便,而且他們對于垃圾回收再利用的新方法并不是特別感興趣。從這一點可以看出垃圾處理的新方法并不是很普及,大家對于垃圾處理利用新方法沒有概念。二食堂每天產生的垃圾中剩飯剩菜和塑料袋居多。高校學生普遍不知節儉,如果在這方面能夠好好宣傳和改善一下的話,食堂的垃圾將會大大減少。由于學生有時要打包飯菜,食堂每天還會產生很多塑料袋垃圾和一次性餐盒。這些都是難降解的垃圾,對于環境的污染很大。三食堂每天產生這么多垃圾的原因不僅和學生的浪費有關,還和食堂人員每天制作食物的控制量有關。比如快餐窗口每天都會烹飪飯菜,有時會供過于求,于是多余的就會當垃圾處理。如果能做到像其他窗口一樣,學生來一份做一份,這樣餐廚垃圾也會少很多。四食堂每天的剩飯剩菜都倒在一起,沒有很好的分類,這樣不利于對餐廚垃圾的回收再利用。如果專門有人負責這一塊,就可以提高餐廚垃圾的利用效率。
餐廚垃圾是屬于易腐的資源型廢棄物,通過對餐廚垃圾的分類收集,提高垃圾分類的質量,采用多元的處理模式,將多種資源化方式相結合,加快相關產業的發展,可以在減少食堂垃圾的污染的同時,變廢為寶,物盡其用,降低垃圾處理的成本,獲得環境效益,經濟效益,社會效益的最大化。
3、建議
在食堂食物的搭配上,更加注重葷素的搭配,使得膳食搭配合理化;同時食堂工作人員在打飯的時候,也要注意量的平衡。
在對食堂的垃圾進行處理的時候,不能僅僅考慮經濟利益,還要考慮環境等各方面。盡可能地采用環保的方法對垃圾進行處理,并且實現垃圾利用效率的最大化。
學校或者單位應對學生進行思想教育,教育學生按照食堂的要求,飯后將餐盤放到指定位置,同時按照個人的情況打飯,盡量避免浪費,同時也減少食堂工作人員對垃圾回收的壓力。另一方面,食堂要對垃圾的回收處理作出合理的統籌安排,使人員的利用效率達到最大化。
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作者簡介
于焱,女,(1993-),本科,主要從事管理調查研究工作。
[關鍵詞]城市垃圾;填埋法;堆肥法;焚燒法
中圖分類號:R124.3 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2013)36-0447-01
垃圾是人類日常生活和生產中產生的固體廢棄物,由于排出量大,成分復雜多樣,給處理和利用帶來困難,如不能及時處理或處理不當,就會污染環境,影響環境衛生。垃圾處理就是要把垃圾迅速清除,并進行無害化處理,最后加以合理的利用。全國大、中、小城市(鎮)生活垃圾產量接近2億噸,所以對城市垃圾的處理迫在眉梢[1]。
1 城市垃圾的來源
根據垃圾產生源不同 ,可將我國城市垃圾主要分為居民生活垃圾、街道保潔垃圾和集團 (機關、學校、工廠和服務業 )垃圾三大類。經濟發達、生活水平較高的城市,有機物含量均較高。以燃煤為主的北方城市,垃圾中煤渣、沙石所占的份額較多[2]。
2 城市垃圾的危害
當今世界,城市生活垃圾已被公認為是一種污染源,是城市公害之一。任何一個處理環節所采取的措施如有不當,或管理工作疏漏,或垃圾產生者素質問題等,都會對城市生態環境造成明顯的負面影響[3]。
2.1 降低市容市貌、環境衛生水平
人們若不遵循政府及有關部門規定的辦法排泄傾倒垃圾而隨意亂扔亂丟,一些輕飄廢物藉風力飄揚空中,懸掛于樹枝、電線上,漂浮于水面,無疑對一個城市的市容貌和環境衛生水平影響很大。來自廢棄塑料造成的“白色污染”就是明顯例子。
2.2 污染大氣環境
城市生活垃圾中有50―60%的易腐性有機物,它們能在短短的數小時之內自行降解,同時散發出硫化氫、氨、苯、丙酮等多種令人厭惡的臭味,這在集中堆放垃圾的垃圾處置場所周圍更為明顯。再就是垃圾中的細土在被人們傾倒垃圾或翻弄過程中,就會飄揚于空中,增加空氣中的飄塵降塵的含量。
2.3 威脅地面水、地下水水質
垃圾中除易腐有機物降解產生的水和自身攜帶的水分外,有時還接納一些外來水(主要有降水和經流水)。這些水分總量若超過垃圾對水分的吸收能力,就會滲流出來,稱為垃圾滲濾液。它在滲流的同時也將垃圾中一些物質溶解或攜帶出來,其中有害于環境的主要有需氧的有機物、需氧的化學物質和氮三種。將此以外,還含有一些磷、鉀及某些重金屬元素等。這些種液體滲流到地面水體、地下水中就會導致水質性污染;過量流入魚塘,會使魚類缺氧窒息而死;進入稻田,禾苗狂長或缺氧而枯竭,后期還會引起貪青。若處理得當,也能促進種植業、養殖業的發展,有一定增產作用。
2.4 危害農田土壤
農田長期、大量使用未經妥善處理的垃圾肥,常會引起土壤質地粗、農業物理性質變壞,肥力降低,甚至沙化、渣化,難以墾植。有些重金屬還會隨垃圾肥進入土壤中,并不斷累積和通過食物鏈而危及人體健康。
2.5 為蚊蠅,老鼠和病原菌提供溫床
垃圾中有充足的食物和適量的水分、空氣,是蚊蠅、老鼠、蟑螂和多種病原菌活動、孳生和繁殖的良好場所。所以,垃圾處理不當,必會成為一個培養、傳播害蟲和疾病的溫床。
3 城市垃圾的處理方法及特點
目前中國城市垃圾處理的技術對策是:以衛生填埋和高溫堆肥技術為主,提倡有條件的城市特別是沿海經濟發達地區發展焚燒技術。近幾年各城市開始進行垃圾焚燒處理的基礎研究和應用研究工作,開發了包括NF系列逆燃式、RF系列熱解式、HL系列旋轉式小型垃圾燃燒爐及一批醫院垃圾專用焚燒爐,并建設了一批中小型城市簡易焚燒廠(站)。對城市垃圾的處理主要有以下幾種方法[4-6]。
3.1 填埋法
該法的主要優點是建廠費用與運行費用相對較低,而且對垃圾的最終處置而言,衛生填埋法也是唯一的方法,所以這種方法今后仍會持續存在并得以發展,特別是在土地資源豐富的國家和地區,這種方法的優越性比較突出;填埋法的主要缺點是占地面積大,同時,由于各國對環境保護工作的日益重視,因此對防止垃圾填埋所產生的滲瀝水、沼氣及惡臭對水體、土壤、大氣可能造成的污染要求更高,以致造成填埋場場址難選,建場投資增大,運行費用提高,因此歐盟各國已規定禁止原始垃圾直接在填埋場處理。
3.2 堆肥法
采用堆肥法處理垃圾具有悠久的歷史,不失為一種經濟有效的方法。堆肥法在實現生活垃圾無害化的同時,生產出含腐殖質較高的有機堆肥,回收資源。
堆肥工藝按需氧程度,可分為好氧堆肥和厭氧堆肥。由于好氧堆肥溫度高,速度較快,所以多被現代化堆肥場采用。
堆肥的應用主要受下述兩點制約:①堆肥養分含量不高,主要用作土壤改良劑。為適應不同用戶要求,提高肥效,需針對不同情況,添加富含不同元素的肥源。國外已有這方面的業績,但使堆肥成本提高,影響銷售;②我國城市垃圾均為混合收集,其中含塑料、玻璃、金屬等非堆肥物相當多,使處理效率低、成品率低,從而垃圾減量化效果不高,也造成堆肥質量不佳,使銷路受到限制。
3.3 焚燒法
焚燒是目前世界各國廣泛采用的城市垃圾處理技術,大型的配備有熱能回收與利用裝置的垃圾焚燒處理系統,由于順應了回收能源的要求,正逐漸上升為焚燒處理的主流。國外工業發達國家,特別是日本和西歐,普遍致力于推進垃圾焚燒技術的應用。國外焚燒技術的廣泛應用,除得益于經濟發達、投資力強、垃圾熱值高外,主要在于焚燒工藝和設備的成熟、先進。世界上許多著名公司投入力量開發焚燒技術與設備,且主要設備與附屬裝置定型配套。目前國外工業發達國家主要致力于改進原有的各種焚燒裝置及開發新型焚燒爐,使之朝著高效、節能、低造價、低污染的方向發展,自動化程度越來越高。
在我國大城市和東部沿海經濟發達地區,隨著經濟的發展,人民生活水平的提高,垃圾的成分發生了很大變化,低位熱值有了很大提高,大都已達到或超過了維持焚燒爐正常燃燒所需熱值的要求;同時在這些地區由于土地資源日趨緊張,垃圾填埋場遠離城市,而且還很難找到符合要求的場址,因而用填埋法處理垃圾的建場費用和運行費用也大幅度提高,因此,在這些地區采用焚燒法處理垃圾具有現實意義。
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【關鍵詞】厭氧消化;城市生活垃圾;綜合利用;有機質垃圾
一、前言
城市垃圾已成為當今世界的一大公害,也成為我國環境污染的突出問題之一。近幾年來,我國城市生活垃圾產量達1億多噸,且每年以10%的速率增長。而且隨著城鎮化進程的加快,垃圾產量將持續增長。傳統的垃圾處理,填埋、堆肥和焚燒是最常用的方法,但由于垃圾衛生填埋和焚燒處理的環保要求較高,焚燒和填埋成本也隨之增加,且這些方式本身存在一定的弊端,對土壤、地下水和大氣都會造成嚴重污染局面。由于環境立法的日益嚴格和垃圾的分類收集,為垃圾處理提供了條件。在各種處理方法中,生物方法成為處理分類收集有機部分的一種有效方式,它能最大程度地循環利用有用成分。在生物處理方法中,利用微生物將有機物轉化為甲烷、二氧化碳、無機營養物和腐殖質的厭氧技術逐漸引起人們的重視。
二、我國垃圾處理現狀及存在問題
解決垃圾問題的目標是將垃圾減容、減量、資源化、能量化及無害化。目前主要有填埋、堆肥及焚燒處理三種方法。填埋是目前我國大多數城市解決生活垃圾出路的主要方法,到2003年底全國共有559座生活垃圾填埋場,近85%的城市生活垃圾采用填埋處理。利用微生物分解垃圾有機成分的填肥處理,雖在我國具有悠久歷史,但由于各種原因目前堆肥處理的效率不高,限制了該處理方法的發展。垃圾焚燒技術在我國的研究和應用起步于八十年代中期,隨著我國東南部沿海地區和部分大中城市的經濟發展和生活垃圾低位熱值的提高,不少城市已將建設生活垃圾焚燒廠提到了議事日程,目前正處于快速發展階段。
各種方法都具有自身的局限性。填埋處理不僅填埋掉了廢物,也埋掉了可回收利用的資源,填埋場占地面積大,且存在嚴重的二次污染,如地下水污染,土壤污染,堆放場產生的臭氣嚴重影響場地周邊的空氣質量等。堆肥周期長,占地面積大,衛生條件差,堆肥處理產生的肥料肥效低、成本高,與化肥比銷售困難,經濟效益差。而焚燒處理對垃圾低位熱值有一定要求,且垃圾焚燒對垃圾具有選擇性,焚燒不僅使垃圾中的可利用資源被銷毀,產生的大量煙氣,造成熱能損失。產生的煙氣必須凈化,凈化技術難度大,運行成本高,焚燒設備一次性投資大,焚燒產生的殘渣還必須消化。
當前,我國城市生活垃圾處理存在的問題主要表現在以下幾個方面:(1)城市生活垃圾資源利用水平低下,與發達國家相比存在較大差距;(2)雖然我國各地均設有城市垃圾收集、運輸、處理的專門機構,但垃圾處理的整體水平較低,大部分城市垃圾采用混合回收方式,加大了垃圾出來難度,垃圾資源化未能引起相關部門的重視;(3)在我國垃圾處理的經費主要來自國家和地方財政,資金主要用于垃圾的清運和掩埋處置,難以滿足資源化需求。
三、厭氧消化處理技術
(一)厭氧消化處理工藝
城市生活垃圾中的紙類、塑料、織物、金屬等被分揀回收利用后,剩余的主要是廢棄的動植物有機物質,其含水量高達80%左右極易腐爛,除了其中的木質素外都可進行厭氧消化降解。若利用傳統的填埋等方法進行處理,可能增加處理成本,造成二次污染。針對我國現行垃圾處理方式的弊端,應用厭氧消化技術處理城市生活垃圾,實現垃圾無害化,資源化和減量化的目標是可行的。
生活垃圾的厭氧發酵是指在無氧條件下,微生物分解有機物,其中的C、H、O轉化為沼氣-甲烷和二氧化碳,而N、P、K等微量元素存于殘留物中并轉化為易被動植物吸收利用的過程。有機物首先通過快速增值和對PH敏感的酸化菌將其水解和發酵轉化為揮發酸,揮發酸通過乙酸菌氧化為乙酸鹽、分子氫和二氧化碳,甲烷菌再將這些物質轉化為甲烷,一般厭氧消化可分為水解酸化階段、產氫、產乙酸階段和產甲烷階段。
(二)厭氧消化工藝研究進展
厭氧消化處理城市垃圾,主要集中處理城市垃圾中廚房剩余垃圾以及庭院垃圾,德國、丹麥等歐洲國家已建成一批消化處理廠,利用廚房垃圾產沼氣的研究較為成熟。早在20世紀80年代厭氧消化技術已成為日本等國的研究課題,近年來,在引進歐洲技術的同時,地方政府支持進行了工業規模生產。厭氧消化技術最早應用于高濃度有機廢水處理,在城市垃圾處理中占的比例還小。1920年,英國農學家Albert Howard發明了厭氧堆肥法,而后通過不斷的技術革新,逐步形成了以濕式完全混合厭氧消化、厭氧干發酵、兩步厭氧消化等為主的工藝形式。
1.濕式完全混合厭氧消化。濕式完全混合厭氧消化(簡稱濕式工藝)應用最早也最廣泛,其液化、酸化和產氣3個階段在同一反應器內進行,工藝過程簡單、投資小、運行和管理方便。早期消化工藝中沒有攪拌裝置,易引起分層現象,反應器中較輕的部分上升成浮渣層,較重的部分下沉成為底層,這樣在反應器中形成3個濃度不同的物理層,不但影響混合效果,而且損傷發酵設備。自上世紀90年代以來,攪拌器應用研究的快速發展,利用機械沼氣混合攪拌取得了很好的效果。但由于酸化、水解、產甲烷均在同一反應器中同時進行,通常認為在這個系統中各階段反應都不能達到各自最佳的反應條件,處理效率低。與其他工藝相比,濕式工藝含水量高,可以稀釋抑制物的濃度(固體濃度達15%),在一定程度上也加大了系統的抗抑制能力。
2.一步厭氧干發酵。濕式工藝的廣泛應用,為提高其處理能力,提出了一步厭氧干發酵系統。厭氧干發酵系統的固體濃度可以維持在20%-50%,大大提高了處理能力。干發酵系統中只有含水率非常低的原料需要進行稀釋,且用水量小。同時,厭氧干發酵系統對進料的分選要求不高,原料進入處理系統前,只需用滾筒篩將大的顆粒物去除即可。然而,從投資角度看,干發酵工藝比濕式工藝要高得多,另外,由于固體濃度的加大,需要設計能夠抗酸、抗腐蝕性強的發酵反應器。
3.兩步厭氧消化工藝。在濕式工藝和干發酵工藝中,垃圾中的有機質轉化為沼氣的過程是在一個連續的生化反應中完成,各個不同的反應階段難以達到其各自的最佳反應條件。例如酸化階段會導致PH值的下降,產甲烷階段要求接近中性或偏堿的環境,而兩步厭氧消化工藝即是要創造兩個不同的生物和營養環境條件如:溫度和PH等。典型的兩步工藝,在第一階段進行反應物的酸化和水解,第二個階段進行產甲烷。在微生物環境方面,水解產酸菌和產甲烷菌對厭氧環境的要求不同,只有在產甲烷階段,由于甲烷菌是嚴格的厭氧菌,才需要嚴格的厭氧環境。
4.制約厭氧消化處理工藝發展應用的因素。厭氧消化處理城市垃圾是一種古老的方法,其消化過程是一個動態、多相、多介質的物理、化學和生物反應緊密相關的復雜過程。其中有機物的生物、化學轉化及物質的傳輸與分布不易監控,在城市垃圾分選、厭氧發酵工藝、二次污染的處理等方面都存在許多問題。制約厭氧消化處理技術在城市垃圾處理應用中的制約因素主要表現在:(1)城市垃圾的分選需投入大量的人力物力,系統工程復雜。現階段要對城市垃圾作較系統的分選很難,城市垃圾分選效率將直接影響到堆肥生產的成本和產品的質量,故垃圾收集分區、分類收集和建立垃圾收費制度將是影響今后我國垃圾厭氧發酵產業進一步發展的關鍵因素;(2)厭氧微生物對垃圾中復雜有機物降解能力對發酵過程起決定性作用,選用優良的厭氧菌種是厭氧消化技術的核心。因此,發酵厭氧微生物的篩選、培養和鑒定也成為制約因素之一;(3)厭氧過程中溫度、PH值、營養物質和底物毒性對發酵過程有較大的影響,操作人員要不斷監視發酵過程、判斷和調整各種參數,很難實現實時監控;(4)消化過程中產生的廢水和廢氣由于處理效果不佳,已成為嚴重的環境污染源。廢氣的產生量和濃度隨垃圾的不同而改變,容易對處理系統造成沖負荷,從而導致處理系統的失敗;(5)消化產品的腐熟度是衡量厭氧消化過程的最終指標。未經腐熟的產品中有機物和毒性物質會造成植物生長的缺氧和間接毒性,危害作物生長。目前,對堆肥產品的腐熟檢測缺乏統一的標準,且檢測過程相對復雜,無法進行現場檢測。
四、垃圾厭氧消化處理的環保效益和經濟效益
厭氧消化技術能最大限度的循環利用垃圾中的可用成分,采用“分選+厭氧消化+堆肥”的方式處理可明顯減少溫室氣體的排放,抑制有毒氣體和液體的排放可避免二次污染。另外,使用厭氧消化技術處理生活垃圾,對垃圾中有用物質及能量加以回收和利用,使垃圾處理無害化、減量化。以我國2000年的垃圾量來計算,大約可以獲得25億立方米左右的沼氣,其經濟效益相當可觀。同時,厭氧消化處理的殘留物無論是做肥料還是飼料,都可取得較好的經濟效益。
五、結語
隨著經濟的發展和人民生活水平的提高,城市垃圾日益增多,和資源、能源愈漸短缺的矛盾越來越突出。傳統的填埋、堆肥和焚燒處理方法的局限性限制了我國城市生活垃圾處理的發展。而目前垃圾整體處理水平低,規模小,技術落后,垃圾分選程度低,很大程度上限制了厭氧技術的使用。因此,必須認真研究和總結國內外生活垃圾資源化綜合利用的經驗,開拓厭氧消化處理技術,結合適合我國國情的城市生活垃圾資源化綜合利用的途徑,盡快解決我國城市生活垃圾問題,提高資源利用水平。 參考文獻
[1]郭海強,馬應珍,等.我國城市生活垃圾處理現狀與對策[J].長治學院學報,2007.
[2]李曉輝.垃圾公害資源化處理勢在必行[J].問題探討,1997.
[3]謝海燕,叢振華,等.城市生活垃圾資源化利用途徑的探討[J].新疆環境保護,2005.
[4]喬瑋,曾光明,等.厭氧消化技術在城市垃圾處理應用中的制約因素[J].江蘇環境科技,2002.
[5]張艷,喬瑋.厭氧消化處理城市垃圾研究進展[J].湖南城市學院學報(自然科學),2003.
[6]蘇有勇,張無敵.我國城市生活垃圾厭氧消化處理的探討[J].能源與環境,2004.
【關鍵詞】厭氧消化;城市生活垃圾;綜合利用;有機質垃圾
一、前言
城市垃圾已成為當今世界的一大公害,也成為我國環境污染的突出問題之一。近幾年來,我國城市生活垃圾產量達1億多噸,且每年以10%的速率增長。而且隨著城鎮化進程的加快,垃圾產量將持續增長。傳統的垃圾處理,填埋、堆肥和焚燒是最常用的方法,但由于垃圾衛生填埋和焚燒處理的環保要求較高,焚燒和填埋成本也隨之增加,且這些方式本身存在一定的弊端,對土壤、地下水和大氣都會造成嚴重污染局面。由于環境立法的日益嚴格和垃圾的分類收集,為垃圾處理提供了條件。在各種處理方法中,生物方法成為處理分類收集有機部分的一種有效方式,它能最大程度地循環利用有用成分。在生物處理方法中,利用微生物將有機物轉化為甲烷、二氧化碳、無機營養物和腐殖質的厭氧技術逐漸引起人們的重視。
二、我國垃圾處理現狀及存在問題
解決垃圾問題的目標是將垃圾減容、減量、資源化、能量化及無害化。目前主要有填埋、堆肥及焚燒處理三種方法。填埋是目前我國大多數城市解決生活垃圾出路的主要方法,到2003年底全國共有559座生活垃圾填埋場,近85%的城市生活垃圾采用填埋處理。利用微生物分解垃圾有機成分的填肥處理,雖在我國具有悠久歷史,但由于各種原因目前堆肥處理的效率不高,限制了該處理方法的發展。垃圾焚燒技術在我國的研究和應用起步于八十年代中期,隨著我國東南部沿海地區和部分大中城市的經濟發展和生活垃圾低位熱值的提高,不少城市已將建設生活垃圾焚燒廠提到了議事日程,目前正處于快速發展階段。
各種方法都具有自身的局限性。填埋處理不僅填埋掉了廢物,也埋掉了可回收利用的資源,填埋場占地面積大,且存在嚴重的二次污染,如地下水污染,土壤污染,堆放場產生的臭氣嚴重影響場地周邊的空氣質量等。堆肥周期長,占地面積大,衛生條件差,堆肥處理產生的肥料肥效低、成本高,與化肥比銷售困難,經濟效益差。而焚燒處理對垃圾低位熱值有一定要求,且垃圾焚燒對垃圾具有選擇性,焚燒不僅使垃圾中的可利用資源被銷毀,產生的大量煙氣,造成熱能損失。產生的煙氣必須凈化,凈化技術難度大,運行成本高,焚燒設備一次性投資大,焚燒產生的殘渣還必須消化。
當前,我國城市生活垃圾處理存在的問題主要表現在以下幾個方面:(1)城市生活垃圾資源利用水平低下,與發達國家相比存在較大差距;(2)雖然我國各地均設有城市垃圾收集、運輸、處理的專門機構,但垃圾處理的整體水平較低,大部分城市垃圾采用混合回收方式,加大了垃圾出來難度,垃圾資源化未能引起相關部門的重視;(3)在我國垃圾處理的經費主要來自國家和地方財政,資金主要用于垃圾的清運和掩埋處置,難以滿足資源化需求。
三、厭氧消化處理技術
(一)厭氧消化處理工藝
城市生活垃圾中的紙類、塑料、織物、金屬等被分揀回收利用后,剩余的主要是廢棄的動植物有機物質,其含水量高達80%左右極易腐爛,除了其中的木質素外都可進行厭氧消化降解。若利用傳統的填埋等方法進行處理,可能增加處理成本,造成二次污染。針對我國現行垃圾處理方式的弊端,應用厭氧消化技術處理城市生活垃圾,實現垃圾無害化,資源化和減量化的目標是可行的。
生活垃圾的厭氧發酵是指在無氧條件下,微生物分解有機物,其中的C、H、O轉化為沼氣-甲烷和二氧化碳,而N、P、K等微量元素存于殘留物中并轉化為易被動植物吸收利用的過程。有機物首先通過快速增值和對PH敏感的酸化菌將其水解和發酵轉化為揮發酸,揮發酸通過乙酸菌氧化為乙酸鹽、分子氫和二氧化碳,甲烷菌再將這些物質轉化為甲烷,一般厭氧消化可分為水解酸化階段、產氫、產乙酸階段和產甲烷階段。
(二)厭氧消化工藝研究進展
厭氧消化處理城市垃圾,主要集中處理城市垃圾中廚房剩余垃圾以及庭院垃圾,德國、丹麥等歐洲國家已建成一批消化處理廠,利用廚房垃圾產沼氣的研究較為成熟。早在20世紀80年代厭氧消化技術已成為日本等國的研究課題,近年來,在引進歐洲技術的同時,地方政府支持進行了工業規模生產。厭氧消化技術最早應用于高濃度有機廢水處理,在城市垃圾處理中占的比例還小。1920年,英國農學家AlbertHoward發明了厭氧堆肥法,而后通過不斷的技術革新,逐步形成了以濕式完全混合厭氧消化、厭氧干發酵、兩步厭氧消化等為主的工藝形式。
1.濕式完全混合厭氧消化。濕式完全混合厭氧消化(簡稱濕式工藝)應用最早也最廣泛,其液化、酸化和產氣3個階段在同一反應器內進行,工藝過程簡單、投資小、運行和管理方便。早期消化工藝中沒有攪拌裝置,易引起分層現象,反應器中較輕的部分上升成浮渣層,較重的部分下沉成為底層,這樣在反應器中形成3個濃度不同的物理層,不但影響混合效果,而且損傷發酵設備。自上世紀90年代以來,攪拌器應用研究的快速發展,利用機械沼氣混合攪拌取得了很好的效果。但由于酸化、水解、產甲烷均在同一反應器中同時進行,通常認為在這個系統中各階段反應都不能達到各自最佳的反應條件,處理效率低。與其他工藝相比,濕式工藝含水量高,可以稀釋抑制物的濃度(固體濃度達15%),在一定程度上也加大了系統的抗抑制能力。
2.一步厭氧干發酵。濕式工藝的廣泛應用,為提高其處理能力,提出了一步厭氧干發酵系統。厭氧干發酵系統的固體濃度可以維持在20%-50%,大大提高了處理能力。干發酵系統中只有含水率非常低的原料需要進行稀釋,且用水量小。同時,厭氧干發酵系統對進料的分選要求不高,原料進入處理系統前,只需用滾筒篩將大的顆粒物去除即可。然而,從投資角度看,干發酵工藝比濕式工藝要高得多,另外,由于固體濃度的加大,需要設計能夠抗酸、抗腐蝕性強的發酵反應器。
3.兩步厭氧消化工藝。在濕式工藝和干發酵工藝中,垃圾中的有機質轉化為沼氣的過程是在一個連續的生化反應中完成,各個不同的反應階段難以達到其各自的最佳反應條件。例如酸化階段會導致PH值的下降,產甲烷階段要求接近中性或偏堿的環境,而兩步厭氧消化工藝即是要創造兩個不同的生物和營養環境條件如:溫度和PH等。典型的兩步工藝,在第一階段進行反應物的酸化和水解,第二個階段進行產甲烷。在微生物環境方面,水解產酸菌和產甲烷菌對厭氧環境的要求不同,只有在產甲烷階段,由于甲烷菌是嚴格的厭氧菌,才需要嚴格的厭氧環境。
4.制約厭氧消化處理工藝發展應用的因素。厭氧消化處理城市垃圾是一種古老的方法,其消化過程是一個動態、多相、多介質的物理、化學和生物反應緊密相關的復雜過程。其中有機物的生物、化學轉化及物質的傳輸與分布不易監控,在城市垃圾分選、厭氧發酵工藝、二次污染的處理等方面都存在許多問題。制約厭氧消化處理技術在城市垃圾處理應用中的制約因素主要表現在:(1)城市垃圾的分選需投入大量的人力物力,系統工程復雜。現階段要對城市垃圾作較系統的分選很難,城市垃圾分選效率將直接影響到堆肥生產的成本和產品的質量,故垃圾收集分區、分類收集和建立垃圾收費制度將是影響今后我國垃圾厭氧發酵產業進一步發展的關鍵因素;(2)厭氧微生物對垃圾中復雜有機物降解能力對發酵過程起決定性作用,選用優良的厭氧菌種是厭氧消化技術的核心。因此,發酵厭氧微生物的篩選、培養和鑒定也成為制約因素之一;(3)厭氧過程中溫度、PH值、營養物質和底物毒性對發酵過程有較大的影響,操作人員要不斷監視發酵過程、判斷和調整各種參數,很難實現實時監控;(4)消化過程中產生的廢水和廢氣由于處理效果不佳,已成為嚴重的環境污染源。廢氣的產生量和濃度隨垃圾的不同而改變,容易對處理系統造成沖負荷,從而導致處理系統的失敗;(5)消化產品的腐熟度是衡量厭氧消化過程的最終指標。未經腐熟的產品中有機物和毒性物質會造成植物生長的缺氧和間接毒性,危害作物生長。目前,對堆肥產品的腐熟檢測缺乏統一的標準,且檢測過程相對復雜,無法進行現場檢測。
四、垃圾厭氧消化處理的環保效益和經濟效益
厭氧消化技術能最大限度的循環利用垃圾中的可用成分,采用“分選+厭氧消化+堆肥”的方式處理可明顯減少溫室氣體的排放,抑制有毒氣體和液體的排放可避免二次污染。另外,使用厭氧消化技術處理生活垃圾,對垃圾中有用物質及能量加以回收和利用,使垃圾處理無害化、減量化。以我國2000年的垃圾量來計算,大約可以獲得25億立方米左右的沼氣,其經濟效益相當可觀。同時,厭氧消化處理的殘留物無論是做肥料還是飼料,都可取得較好的經濟效益。
五、結語
隨著經濟的發展和人民生活水平的提高,城市垃圾日益增多,和資源、能源愈漸短缺的矛盾越來越突出。傳統的填埋、堆肥和焚燒處理方法的局限性限制了我國城市生活垃圾處理的發展。而目前垃圾整體處理水平低,規模小,技術落后,垃圾分選程度低,很大程度上限制了厭氧技術的使用。因此,必須認真研究和總結國內外生活垃圾資源化綜合利用的經驗,開拓厭氧消化處理技術,結合適合我國國情的城市生活垃圾資源化綜合利用的途徑,盡快解決我國城市生活垃圾問題,提高資源利用水平。
【參考文獻】
[1]郭海強,馬應珍,等.我國城市生活垃圾處理現狀與對策[J].長治學院學報,2007.
[2]李曉輝.垃圾公害資源化處理勢在必行[J].問題探討,1997.
[3]謝海燕,叢振華,等.城市生活垃圾資源化利用途徑的探討[J].新疆環境保護,2005.
[4]喬瑋,曾光明,等.厭氧消化技術在城市垃圾處理應用中的制約因素[J].江蘇環境科技,2002.
[5]張艷,喬瑋.厭氧消化處理城市垃圾研究進展[J].湖南城市學院學報(自然科學),2003.
[6]蘇有勇,張無敵.我國城市生活垃圾厭氧消化處理的探討[J].能源與環境,2004.