村鎮(zhèn)生活垃圾 生物處理環(huán)保高效

文|席北斗 李鳴曉 姜永海 郝艷

村鎮(zhèn)生活垃圾 生物處理環(huán)保高效

文|席北斗 李鳴曉 姜永海 郝艷

長(zhǎng)期以來，我國(guó)廣大農(nóng)村最讓人頭疼的問題之一就是垃圾。由于村鎮(zhèn)居民居住分散，區(qū)域人數(shù)較少，收入水平較低等種種原因，使得像城市一樣的垃圾處理方式、投入既不經(jīng)濟(jì)也不實(shí)用。如何從科技著手，研發(fā)適宜村鎮(zhèn)生活垃圾處理的技術(shù)與設(shè)施，是環(huán)保科技工作者一直在探索的難題。

針對(duì)城鄉(xiāng)一體化地區(qū)垃圾填埋空間受限，滲濾液、填埋氣污染重等問題，本課題組研發(fā)了生活垃圾生物強(qiáng)化預(yù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生活垃圾減量40%，顯著降低填埋量與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。生物反應(yīng)器填埋優(yōu)化組合技術(shù)針對(duì)不同生物填埋方式，建立了填埋場(chǎng)中滲濾液有機(jī)物濃度動(dòng)態(tài)變化模型，實(shí)現(xiàn)填埋過程中污染物降解的關(guān)鍵因素條件控制。相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)綜合整治工程，實(shí)現(xiàn)生活垃圾資源化、無害化處理與土壤、地下水修復(fù)相結(jié)合，取得良好效果和示范。

針對(duì)村鎮(zhèn)生活垃圾有機(jī)質(zhì)含量高等特點(diǎn)進(jìn)行生物強(qiáng)化預(yù)處理與安全填埋，減少垃圾滲濾液對(duì)土壤和地下水污染，此項(xiàng)技術(shù)利用于非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)綜合治理，按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、分級(jí)管理、分類防控的總體思路，開展危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管理與防控技術(shù)攻關(guān)，提出分類防控技術(shù)方法與策略，其中針對(duì)“中低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)”的危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)提出科學(xué)防控、監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)方案，針對(duì)“高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)”的危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)，研發(fā)多級(jí)準(zhǔn)原位地下水污染修復(fù)技術(shù)、材料與裝備，為我國(guó)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)垃圾處理與地下水污染風(fēng)險(xiǎn)分類防控提供科技支撐，輻射帶動(dòng)我國(guó)非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)治理工程。

我國(guó)村鎮(zhèn)生活垃圾處理現(xiàn)狀與技術(shù)背景

有機(jī)廢棄物是我國(guó)村鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境污染、影響村容村貌和村鎮(zhèn)居民健康的重要因素。目前在我國(guó)每年大約40多億噸，其中村鎮(zhèn)生活源有機(jī)廢棄物、人糞便，以及村鎮(zhèn)服務(wù)業(yè)帶來的有機(jī)垃圾量所占份額很大，且呈逐年增加趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)污染控制與減排是我國(guó)“十二五”工作的重點(diǎn)。

垃圾處理一般可以分為衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥等幾種方式。在我國(guó)，垃圾處理以填埋為主，占70%以上，而這些填埋場(chǎng)中非正規(guī)填埋比例極高，近50%為IV級(jí)簡(jiǎn)易填埋，存在場(chǎng)底無防滲、滲濾液處理、日常覆蓋不達(dá)標(biāo)等問題，80%以上會(huì)有不同程度滲漏，嚴(yán)重污染環(huán)境。因此長(zhǎng)期以來垃圾資源化處理與二次污染控制一直是國(guó)家社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。

本技術(shù)采取對(duì)生活垃圾中有機(jī)組分進(jìn)行生物強(qiáng)化預(yù)處理，降低含水率和有機(jī)質(zhì)含量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、無害化填埋，并對(duì)已污染的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)土壤和地下水進(jìn)行多級(jí)強(qiáng)化修復(fù)，相關(guān)成果均在國(guó)內(nèi)有規(guī)模化的工程應(yīng)用，共獲得國(guó)家授權(quán)專利40項(xiàng)，國(guó)際發(fā)明專利2項(xiàng)，獲得2013年環(huán)境保護(hù)部科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)及2014年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)

圖1　堆肥前后微生物群落對(duì)比

（一）生活垃圾生物強(qiáng)化預(yù)處理+生物反應(yīng)器填埋優(yōu)化組合技術(shù)

垃圾填埋初期有機(jī)質(zhì)以降解為主，類蛋白類物質(zhì)和類腐殖質(zhì)類物質(zhì)均發(fā)生降解，苯環(huán)結(jié)構(gòu)上的脂肪類取代基降解成羧基和羰基，有機(jī)質(zhì)分子量降低。垃圾填埋中后期有機(jī)質(zhì)降解速度減緩，腐殖化進(jìn)程加強(qiáng)，隨著時(shí)間延伸有機(jī)質(zhì)分子量增大，腐殖化程度增強(qiáng)，穩(wěn)定性提高。

生活垃圾生物強(qiáng)化預(yù)處理技術(shù)，是一項(xiàng)易腐爛有機(jī)物充分腐殖化穩(wěn)定化、并促進(jìn)有機(jī)污染物降解、重金屬被腐殖質(zhì)類物質(zhì)絡(luò)合降低其生物有效性的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)包括生物強(qiáng)化腐殖化接種菌劑，及配套使用的有機(jī)廢物動(dòng)態(tài)返混生物強(qiáng)化腐殖化堆肥技術(shù)。通過分階段接種和動(dòng)態(tài)返混富含有益功能微生物、醌基物質(zhì)的發(fā)酵物料，實(shí)現(xiàn)接種菌劑與土著微生物協(xié)同共生，使發(fā)酵系統(tǒng)有益活菌量提升1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到10.0～11.0lgCFU/克，同時(shí)醌基物質(zhì)不斷富集，加速小分子物質(zhì)的定向腐殖化，腐殖化率提高24%。為實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化推廣，開發(fā)了有機(jī)廢物有毒有害物質(zhì)分選系統(tǒng)、螺旋滾筒堆肥反應(yīng)器、多階段接種攪拌堆肥反應(yīng)器等10多項(xiàng)專利設(shè)備，并通過耦合模糊頂點(diǎn)和因子分析方法，優(yōu)化工藝技術(shù)參數(shù)，建立動(dòng)態(tài)反饋調(diào)控系統(tǒng)，精確控制腐殖化條件，改善發(fā)酵微環(huán)境，同時(shí)利用富含腐殖酸發(fā)酵物料作為高效吸附材料去除惡臭氣體，形成了有機(jī)廢物返混發(fā)酵全程自動(dòng)化控制成套裝備，使處理周期縮短了14～16天。該技術(shù)不僅可用于填埋場(chǎng)修復(fù)篩分垃圾的污染土壤處理，也可以用于新鮮垃圾中有機(jī)組分處理。

針對(duì)不同的生物填埋方式，建立了填埋場(chǎng)中滲濾液有機(jī)物濃度動(dòng)態(tài)變化模型，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行率定，用效率系數(shù)法和T檢驗(yàn)兩種方法對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明實(shí)測(cè)值和模擬值具有較好的一致性，沒有顯著性差異（圖2）。對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，為在填埋過程中找到影響污染物降解的關(guān)鍵因素提供了條件。

（二）非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)綜合整治

非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)，底部無防滲，垃圾滲濾液等污染物不斷從底部滲漏，20～30年內(nèi)持續(xù)排放，對(duì)土壤、地下水、地表水造成嚴(yán)重污染，并影響周邊人居環(huán)境。針對(duì)這類污染嚴(yán)重的非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)，本成果從環(huán)境綜合整治的角度，與地下水修復(fù)技術(shù)結(jié)合，可徹底解決非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)環(huán)境污染問題。

（1）以高效熱解氣化發(fā)電為核心的生活垃圾綜合資源化處理技術(shù)

生活垃圾受料后，先經(jīng)過破袋、人工分選去除大塊物體，再經(jīng)垃圾多級(jí)機(jī)械分選，可回收生活垃圾中的金屬、玻璃、塑料等物質(zhì)，經(jīng)過漂洗之后可資源回收制成玻璃纖維與塑料顆粒。石、砼、磚等骨料用于制備綠色節(jié)能環(huán)保建材；篩上輕質(zhì)有機(jī)物經(jīng)破碎烘干制成RDF，再熱解氣化，熱解氣化產(chǎn)生的可燃?xì)馔ㄟ^蓄溫式燃燒室高溫（1000℃以上）完全燃燒，并利用換熱鍋爐進(jìn)行熱量交換，溫度由850℃降低至200℃，產(chǎn)生的高溫蒸汽送入膨脹螺桿發(fā)電機(jī)發(fā)電，余熱氣體送入干燥滾筒用于生活垃圾的脫水干燥，烘干尾氣送入末端尾氣處理車間，采用三相催化氧化工藝達(dá)標(biāo)處理。氣化殘?jiān)糜诰G色節(jié)能環(huán)保建材的制備。氣體經(jīng)過高溫完全燃燒，進(jìn)行二次均勻高溫處理，徹底去除二英，高溫氣體換熱余熱用于垃圾脫水，尾氣及生物發(fā)酵產(chǎn)生的惡臭氣體經(jīng)過生物吸附除臭、噴淋、三相催化氧化等工序處理，達(dá)到無塵排放，其余尾氣確保達(dá)到歐盟的標(biāo)準(zhǔn)。廢水部分經(jīng)處理后回用至非鐵金屬分離與回收塑料、玻璃的漂洗，其余污水輸送至原垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液處理站進(jìn)行集中處理。

圖2　不同填埋方式BOD5變化預(yù)測(cè)

圖3　緩釋材料中心界面上修復(fù)材料濃度的時(shí)空分布

（2）地下水污染阻斷與原位多級(jí)強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)與材料

多級(jí)準(zhǔn)原位地下水修復(fù)系統(tǒng)是一種新型地下水技術(shù)，是本項(xiàng)目的標(biāo)志性成果。該技術(shù)是集滲透反應(yīng)墻技術(shù)和地下水井灌技術(shù)為一體的地下水修復(fù)系統(tǒng)，其具有建設(shè)與運(yùn)行成本低、易施工、對(duì)地下水環(huán)境的擾動(dòng)小、靈活性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是，采用緩釋技術(shù)強(qiáng)化的修復(fù)材料，可以實(shí)現(xiàn)修復(fù)藥劑定時(shí)精準(zhǔn)釋放，減少藥劑浪費(fèi)，降低地下水修復(fù)的運(yùn)行成本30%，地下水中重金屬和有機(jī)污染去除率達(dá)到85%以上。該技術(shù)受國(guó)家863課題資助，相關(guān)成果在我國(guó)長(zhǎng)春三道填埋場(chǎng)以及騰格里沙漠地下水污染修復(fù)工程中均有應(yīng)用。

技術(shù)推廣與示范

（一）河北省高碑店市生活垃圾預(yù)處理減量穩(wěn)定填埋科技示范工程

此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于中德合作垃圾處理項(xiàng)目——河北省高碑店市生活垃圾預(yù)處理減量穩(wěn)定填埋科技示范工程，年處理生活垃圾4萬噸，采用機(jī)械分選的方式實(shí)現(xiàn)垃圾分類，分類垃圾中無機(jī)組分填埋，有機(jī)組分通過生物發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)甲烷氣氧化層材料用作填埋場(chǎng)覆蓋土，可回收組分二次利用。此項(xiàng)目解決了高碑店市生活垃圾直接填埋的單一處理模式及資源化程度低的問題，降低了二次污染，實(shí)現(xiàn)了垃圾無害化、減量化、資源化處理。

（二）浙江省麗水市景寧縣非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)綜合整治科技示范工程

該示范工程分為通天門非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)綜合整治示范工程和嵐頭嶺垃圾填埋場(chǎng)綜合整治示范工程兩部分，此項(xiàng)目于2016年成功申請(qǐng)為住建部市政公用科技示范工程類項(xiàng)目。

項(xiàng)目采取“徹底移除污染源、開展非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)整治與原生垃圾深度資源化綜合處理”三位一體工程技術(shù)，將生活垃圾、污染土壤、地下水三大主要污染防治部分進(jìn)行妥善修復(fù)，其核心包括：以高效熱解氣化發(fā)電為核心的生活垃圾綜合資源化處理技術(shù)、污染土壤生物強(qiáng)化腐殖化修復(fù)技術(shù)、地下水污染阻斷與原位多級(jí)強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)。項(xiàng)目節(jié)電75%，節(jié)煤4100噸，減排二氧化碳1萬噸以上，再生土地33畝，實(shí)現(xiàn)了資源節(jié)約型和環(huán)境友好型。

圖4　中德高碑店生活垃圾預(yù)處理減量穩(wěn)定填埋科技示范工程

圖5　住建部—景寧非正規(guī)垃圾填埋場(chǎng)綜合整治科技示范工程