城市固体废物处理技术及资源化利用

2021-10-19周勇生清远市康扬管理咨询有限公司

节能与环保 2021年9期

关键词：厌氧发酵滤液沼气

文_周勇生清远市康扬管理咨询有限公司

1 城市固体废物的危害

1.1 造成资源浪费

城市化进程伴随着工业发展，再加上人口数量增多，固体废物的产量增大。固体废物处理时，需要投入大量人力、物力，堆放时还会占用一定土地资源，甚至出现垃圾围城的现象。

1.2 破坏生态环境

城市固体废物中包括工业固废，其中含有毒害物质，例如重金属（铅、汞、砷）、放射性物质、毒性物质等。这类固体废物处理时，如果采取的技术方法不当，毒害物质可能进入土壤或水体，造成环境污染破坏。

1.3 威胁人类健康

固体废物对人类健康的威胁有两个方面：一是身体健康，例如灼伤、中毒、放射污染等，刺激视觉、嗅觉等感官。二是精神健康，固体废物自身不稳定，会让人们处于不安全的生活环境中，影响当地经济发展。

2 城市固体废物的单一处理技术

2.1 填埋

对固体废物进行填埋处理，不仅技术成熟，而且方法简单、投入成本低，几乎能对所有的固体废物进行处理。但是，填埋技术也存在一些弊端，一是土地利用率不高，填埋场的建设会占用大量土地资源；二是存在二次污染，例如降解气体释放出来进入大气，渗滤液浸出污染土壤和水体等；三是安全卫生问题，主要是废物产生的臭味和病原菌。

2.2 堆肥

堆肥是处理固体废物的一种常用方法，是在微生物的作用下，促使固体废物中的有机物发生生物反应、化学反应，最终生成和腐殖质相类似的物质。堆肥处理的优点是投资成本较低，能减少对环境的污染和影响，达到变废为宝的效果。弊端包括：一是适用范围窄，无法处理不能腐烂的物质；二是堆肥周期较长，不仅占用大量土地，而且卫生条件差；三是无害化程度不高，经济性较差。

2.3 焚烧

焚烧处理的优点是处理量大、兼容性好，无害化程度较高；弊端则是：焚烧厂的占地规模大，需要购买先进的焚烧设施，会对周边环境带来影响。随着生物、化学等技术的发展，以气化处理、热解处理等代表的新型技术出现，将其应用在固体废物焚烧中，能进一步提高处理效率，兼顾经济性和环保性的特点。

3 城市固体废物的综合处理技术

填埋、堆肥、焚烧等单一处理技术，具有明确的适用范围，因城市固体废物组成复杂，单一处理技术不能取得理想效果，可以采用综合处理技术，将生物、物理、化学等手段相结合，将不同处理技术的优势集中起来。

3.1 项目概况

以某城市垃圾综合处理厂为例，占地面积12万m2，项目投资成本约1.1亿元，服务城市人口55万人。该处理厂处理的对象，包括城市生活垃圾、餐厨垃圾、污水厂剩余的污泥粪便等。处理厂2015年正式运行后，目前已经稳定运行6年时间，日处理量达到：生活垃圾400t/d，餐厨垃圾60t/d，污泥35t/d，粪便200 t/d。经过处理，肥料和沼气生成量达到：液态肥160t/d，颗粒有机肥10t/d，沼气5000m3/d。此外，还能回收大量的金属、玻璃、纸张和塑料，回收后循环利用。

3.2 工艺流程

该综合处理系统对固体废物进行处理时，以厌氧发酵技术为核心，工艺流程如图1。

图1 固体废物综合处理的工艺流程

3.3 各环节处理技术

3.3.1 前处理

该环节的目的，一是清理粪便和污泥中的杂质，将石头、塑料、玻璃等物品挑拣出来，最终得到的有机物粒径均匀、含水率适宜；二是餐厨垃圾实现固液分离和油水分离，包括破碎、离心、匀浆等工艺。前处理之后，所有的废物可分为三大类，分别是有机物、油脂和杂质。其中，有机物是厌氧发酵的原料；油脂回收后加工制成生物柴油，杂质一部分回收利用（如玻璃、金属、塑料等），一部分卫生填埋（如石头、瓦砾等）。实际操作中，前处理环节比较复杂，主要是废物中的各种成分多，需要采用不同的处理技术。

3.3.2 厌氧发酵

经前处理后，厌氧发酵原料的粒径＜5mm，先进入调节罐调质，然后加入厌氧菌发酵。该环节系统组成包括厌氧发酵罐、搅拌设备、加热装置、物料传输单元和沼液收集装置。该处理厂内共有厌氧发酵罐6组，发酵温度为35℃，时间周期为14～21天。

3.3.3 制肥

经过厌氧发酵后，沼渣可用于制造肥料，处理步骤如下：先使用压滤机进行压滤，再经过烘干机烘干处理，最后调整各种营养元素的比例，在造粒机内得到颗粒状有机肥。经检测，这些有机肥的营养含量符合行业标准，不仅团粒结构良好，而且保水性能较高，可以用于农业生产。另外，厌氧发酵后形成的沼液，少数回收经过处理作为工艺水使用，多数制成液态有机肥用在园林绿化工程中。

3.3.4 沼气利用

厌氧发酵形成的沼气，收集后进行脱硫、脱水、提纯等处理，然后得到纯度较高的沼气再次利用。其中，少部分用于制肥环节，为供热和烘干提供能量；大部分用于沼气发电，电力用于车间生产。

从整个工艺处理流程来看，以厌氧发酵为核心的综合处理技术，既可在废物中回收利用有价值的物质，又能生产出清洁能源沼气，另外沼渣和沼液还能制成有机肥，具有良好的经济效益和环保效益。

4 城市固体废物的资源化利用途径

4.1 坚持分类处理

分类是提高资源化利用效率的关键。以城市生活垃圾为例，分为可回收、厨余、有害、其他垃圾四大类，不同类型的垃圾不能混装，应放置在对应的垃圾桶内。坚持垃圾分类，有利于后续的运输和处理工作，以有机固废为例，环卫车辆将其集中起来，然后运输至焚烧厂，在焚烧中发电或供热，实现资源化利用。

4.2 创新处理工艺

对处理工艺进行创新，提高固体废物的利用价值，也是资源化利用的有效途径。以焚烧技术为例，传统箱式焚烧炉的效率低，易产生有害气体，通过工艺创新可以解决这些问题。如等离子体垃圾焚烧炉，采用热源技术，燃烧时温度达到1300～1400℃，配合电热转化技术，可提高热量利用率。固体废物进入焚烧炉，经脱水、热解和裂解，转化为可燃性气体，在等离子体高温环境下二次燃烧，可将毒害物质彻底分解。实际应用表明，经等离子体垃圾焚烧炉处理，固体废物的体积减小97%，不会产生毒害气体，且焚烧炉占地面积小。

4.3 避免二次污染

对固体废物处理时，如何避免二次污染也是一个要点。以填埋处理为例，固体废物容易产生渗滤液，不仅成分复杂，而且有机物含量高，易造成严重的土壤污染和水体污染。对此，可采用渗滤液处置技术，工艺方案包括膜生化反应、超滤、纳滤、反渗透，关键技术环节如下：①预处理，将大块杂物隔除，同时调节水量、水质。②厌氧处理，渗滤液进入厌氧罐，加入水解、产酸和甲烷细菌，用于分解有机物。③生物脱氮，经厌氧处理后，渗滤液进入MBR生化池，采用反硝化和硝化工艺，去除有机物，实现生物脱氮效果。④超滤和纳滤，使用管式超滤膜，对泥水进行分离，剩余的污泥进入污泥脱水系统。⑤反渗透，使用RO系统，去除有机物、金属盐、细菌、胶体粒子等。⑥处理过程中产生的臭气，收集后进行处理，达标后再排放。渗滤液处理前后的水质比较见表1。