我國典型廢物協同處理技術及發展研究

章夏夏++解建波++劉昕++臧冰++祝金星++張璇州

【摘要】：闡述了現階段我國廢物協同處理的主要技術模式、特點及其適用條件，通過機理和技術應用差異的深入解析，提出了廢物協同處理的發展對策。

【關鍵詞】：廢物協同；現狀；特點；應用；技術

1、研究背景與意義

隨著經濟的快速發展和人民生活水平的提高，城市固體廢物的產量逐年增長的同時，其組分、性質及種類也發生了較大變化。單一的處理技術很難解決整個城市的所有廢棄物，且單一的傳統處理工藝往往占地大、成本高、處理周期較長，而且在能源利用方面也只能走傳統處理方式的老路。因此，有必要結合幾種主要廢棄物的特性，利用現有資源，探索出一條新的固廢資源化利用方式。處理技術發展的趨勢是多種廢物的協同處置和多種技術的綜合處理。

協同處置和綜合處理系統不單指各種廢物的混合處理和各種處理技術簡單的拼合，而是指在某一特定區域或集中場所內，將垃圾看作能源與資源的載體，運用創新的技術思想將各技術集成為一個循環體系，實現能量與資源的綜合利用，以達到社會、經濟和環境的協調發展。

2、我國現有的廢物協同處理技術

2.1建筑垃圾、焚燒爐渣、礦化垃圾無機物制備建材

建筑垃圾是指在對建筑物、構筑物的建設、維修、拆除和裝修的活動中產生的對建筑物本身無用或不需要的排出物料，可分離分選為粗

骨料、細骨料、粉土；焚燒爐渣是生活垃圾焚

*基金項目：北京環衛集團技術服務項目（2016-JS-B10）

作者簡介：章夏夏（1983—），中級工程師，主要從事城鎮固廢綜合處理與資源化工程技術工作。

Email：zhangxiaxia@besgrd.com

燒的副產物，包括爐排上的殘留物和從爐排間掉落的顆粒物，其中爐渣約占垃圾總重量的20%-30%[1]，可分離分選為陶瓷和磚石碎片、石頭、玻璃、熔渣、鐵和其他金屬及可燃物；礦化垃圾是指在填埋場中填埋多年，基本達到穩定化，已可進行開采利用的垃圾，可分離分選為塑料、營養土、殘渣三種組分。

其中，礦化垃圾中的塑料組分可與建筑垃圾的細骨料采用冷壓技術聯合制磚，塑料組分的黏粘性使其與細骨料粘合，從而達到建材標準。范宇杰[2]等研究表明，生活垃圾焚燒爐渣的物理化學和工程性質與輕質的天然骨料相似，可浸出重金屬和溶解鹽的濃度在各種灰渣中基本上是最低的，且爐渣殘余有機物含量少，堅固性好，作為土木工程材料進行資源化利用具有可行性。焚燒爐渣經磁選、重選分離出廢鋼鐵等金屬后，可用作鋪路的墊層、填埋場覆蓋層的材料和制作免燒磚等，也可與建筑垃圾的粗骨料聯合制路基或回填土。

2.2聯合厭氧消化

2.2.1 污泥與廚余垃圾聯合厭氧消化

一般地，厭氧消化的適宜碳氮比為10-20，污泥的碳氮比為5-9，廚余垃圾的碳氮比在10-25 之間，污泥和廚余垃圾的互補性決定了兩者協同處理的可行性和經濟性。污泥與廚余垃圾按照（0.5-2）：1，混合厭氧消化不僅可以避免污泥或廚余垃圾單獨厭氧消化時存在的揮發性有機酸（VFAs）積累、氨抑制等問題，而且在合適條件下可以提高VS去除率和甲烷產量，實現系統的穩定運行并達到較好的處理效果[3]。

Fu[4]等研究了初沉污泥和廚余垃圾混合中溫厭氧消化效果，進料中初沉污泥和垃圾按VS之比分別為3：1和1：1，水力停留時間（HRT）分別采用10 d、13 d、16 d、20 d，結果表明各反應器系統中均未出現如pH降低、堿度不足、氨抑制和VFAs積累等現象。付勝濤[5]等在對剩余活性污泥和廚余垃圾進行混合中溫厭氧消化研究中，按75%：25%和50%：50%等不同進料比例進行混合運行，之后檢測系統中混合物的pH值始終保持在7.18-7.52之間，堿度也始終在3125-4533 mg/l之間，并且完全沒有出現VFAs積累以及氨抑制情況，其運行還相當穩定。Rintala[6]等對污泥和廚余垃圾在中溫中高環境中進行厭氧消化時所產生的甲烷特性研究表明，污泥和廚余垃圾混合厭氧消化，其甲烷潛力產出量可高達90%，甲烷活性和產速率都可以隨著進料方式和進料量的變化而變化，在消化過程中，也并沒有發生丙酸和丁酸抑制乙酸甲烷化的問題，其混合處理的消化池中污泥的甲烷化活性要高于單獨處理的消化池中污泥活性，故污水廠污泥和廚余垃圾聯合消化是可行的。

2.2.2 糞便與餐廚垃圾聯合厭氧消化

糞便和餐廚垃圾進行聯合厭氧發酵可充分利用高含水率的糞便廢水作為餐廚垃圾厭氧發酵補水，節約了新水消耗量，在前期餐廚垃圾處理量不足的時候可以用糞便或其它有機垃圾進行添補，保證工藝的穩定進行。糞便較高的碳氮比對于維持整個發酵系統的穩定運行具有重要作用。此外，經厭氧發酵處理后的沼液，其有機物大部分轉化為甲烷，能夠進行資源化利用，同時降低了后續污水處理的成本。該技術能最大限度地將餐廚垃圾、糞便中可利用的資源全部回收與轉化，產生具有一定經濟效益的油脂、沼氣和有機肥料。油脂可以加工成生物柴油，沼氣可直接用來發電或生產天然氣，是緩解目前能源需求與供給矛盾的有效途徑，處理后的殘渣經過穩定化處理后，還可加工成有機肥料，廣泛應用于園林綠化、果蔬種植等農林業領域。

以福建省龍巖市餐廚垃圾處理項目為例，餐廚垃圾進廠經預處理后，進行中溫兩相濕式厭氧消化；糞便經過固液分離預處理后，部分進入厭氧消化系統，另一部分進入后段絮凝脫水，脫水后的污水進入園區污水處理廠處理。75 t/d 餐廚垃圾的處理規模，可產出約1 t/d 的工業粗油脂，產沼氣達3600 m3/d；150 t/d餐廚垃圾的處理規模，可產約2 t/d 的工業粗油脂，產沼氣達7200 m3/d。沼氣主要用于提供燃氣鍋爐燃燒，或供餐廚垃圾處理工藝需要及廠區生活熱水使用，剩余部分遠期預留沼氣發電[7]。朱洪艷[8]等通過進行餐廚垃圾和牛糞厭氧發酵試驗表明，餐廚垃圾和牛糞比例為3：1時反應效果最好，累積產氣量為3750.5 ml，是餐廚垃圾單獨厭氧發酵產氣量的3倍，且沒有發生酸化現象，而餐廚垃圾單獨厭氧發酵時發生酸化效應，反應運行失敗。由以上結果可知，混合發酵有利于厭氧發酵的進行，可提高餐廚垃圾厭氧發酵的效率。endprint

2.3聯合厭氧干發酵

厭氧干發酵又稱為固體厭氧發酵，總固體含量為20%-30%[9]，厭氧干發酵要求底物的C/N為20-30，C/N過高或過低均會影響產氣量或產氣率[10]。農業廢棄物如秸稈、雜草、樹葉等，農業剩余物如畜禽糞便、農產品的廢水廢物等，及城市污水處理廠的剩余污泥、餐廚垃圾等均可作為發酵原料。

2.3.1 餐廚垃圾和污泥聯合厭氧干發酵

由于餐廚垃圾有機質含量高且易降解，具有高產甲烷潛能，但由于水解酸化階段快，容易造成有機酸積累，導致系統值下降，抑制產甲烷菌的活性，系統的穩定性能差。而脫水污泥有機質多為難降解性物質，水解酸化階段是限速階段，進入產甲烷階段慢，又因為C/N較低，易形成氨抑制作用，所以脫水污泥厭氧消化時甲烷產率較低。兩者聯合厭氧消化，可為系統內微生物提供了更為均衡的營養條件，因而更有利于提高系統的穩定性和產氣性能[11]。

2.3.2 畜禽糞便和秸稈聯合厭氧干發酵

通常秸稈的C/N比較高，畜禽糞便和污泥的C/N較低，Weiland[12]在分析了德國厭氧發酵技術的現狀和發展趨勢后指出，將糞肥和秸稈進行聯合厭氧發酵并將其反應配比進行優化將是今后重要的發展方向。小麥秸稈與牛糞聯合厭氧消化產氣量顯著高于秸稈、牛糞單獨發酵處理，牛糞與秸稈的配比是1：1時產氣量比秸稈、牛糞單獨消化提高了208.7%和11.5%[13]。稻草或雞糞單獨厭氧消化相比，混合厭氧消化能夠顯著提高原料產氣率[14]。污泥和餐廚垃圾混合消化可降低潛在抑制性物質的濃度，顯著提高系統穩定性[15]。添加混合基質提高了系統緩沖能力，進而提高產氣量。

2.4聯合堆肥

廢棄物處理中，由于單種物質成分有限或質變，不易處理或增加處理難度，例如果蔬垃圾及秸稈中碳含量相對較高，木質素、纖維素和半纖維素含量較高，氮和磷相對缺乏，單獨采用微生物處理時，效果極差；餐廚垃圾在存放中極易酸化，pH可以降到4以下，進行厭氧處理時，需要添加大量的堿性物質中和后才能進行生物處理；畜禽糞便的有機質、氮素含量較高。聯合堆肥可使C/N比、水分相互協調平衡，有利于提高堆肥的腐熟度。

2.4.1 廚余垃圾和玉米秸稈聯合堆肥

張紅玉[16]等研究表明，廚余垃圾單獨堆肥會產生大量滲濾液及臭氣物質，嚴重影響環境質量，且廚余垃圾含鹽量高很大程度上制約了堆肥技術的應用。以玉米秸稈作為添加材料與廚余垃圾聯合堆肥，其腐熟度明顯優于廚余垃圾單獨堆肥處理，且添加秸稈后，可有效稀釋廚余垃圾堆肥產品的鹽分含量；與廚余垃圾單獨堆肥相比，添加秸稈的廚余堆肥處理的甲硫醚、硫化氫和甲硫醇的平均排放濃度分別降低了62.3%，67.9%和49.6%；廚余垃圾單獨堆肥過程中滲濾液的產生量占堆肥原料質量的32.6%（濕基），添加秸稈的處理在堆肥過程中不產生滲濾液。因此，玉米秸稈在提高廚余垃圾堆肥腐熟度、控制滲濾液和臭氣物質排放方面具有顯著的促進作用。

2.4.2廚余垃圾、畜禽糞便和玉米秸稈聯合堆肥

張紅玉[17]將廚余垃圾、豬糞和玉米秸稈作為堆肥原料，采用好氧堆肥的方法，探討了廚余垃圾和豬糞、秸稈聯合堆肥對腐熟度的影響。設置四個處理，以廚余垃圾單獨堆肥作為對照，豬糞和秸稈聯合堆肥，添加50%和60%廚余垃圾的處理。結果表明：從溫度、pH、電導率、腐植酸光學特性（E4/E6）、固相C/N和發芽率來看，只有廚余垃圾單獨堆肥的處理沒有達到腐熟要求，其余3個處理均達到腐熟。所以廚余垃圾、豬糞和秸稈聯合堆肥可以更好地實現廢棄物的無害化，促進堆肥腐熟。

2.4.3 生活垃圾與污泥聯合堆肥

城市垃圾結構疏松，C/N較高，而污泥結構密實，C/N較低，可將兩者混合堆肥，不僅可以改善堆肥物料的物理結構，而且起到調節碳氮比的作用，還可增加氮素含量。吳雷祥[18]等研究高含水率城市生活垃圾（含水率≥65%）和脫水污泥好氧堆肥工藝處理時發現，預處理垃圾和污泥在質量比1-3時，堆肥可以達到衛生化和穩定化要求。周美紅[19]在100 T中試規模下，用生活垃圾和污泥堆肥生產生物有機肥，此工藝能縮短堆肥時間，減輕堆肥過程中臭氣排放，提高堆肥產品質量，增加產品有益菌活菌數，產品腐熟度良好。

2.4.4 生活垃圾與糞便

生活垃圾和糞便聯合堆肥的研究主要為生活垃圾和禽畜糞便、人的糞渣等進行聯合堆肥。與單獨生活垃圾堆肥相比，將生活垃圾與畜禽糞便聯合好氧堆肥有利于堆肥化進行和堆肥產品品質的提高。付美云[20]等研究認為生活垃圾與豬糞好氧堆肥滿足腐熟要求，滿足植物生長需求。楊天學[21]等采用固體廢物好氧堆肥成套技術時，在生活垃圾中添加牛糞后，會改善物料性質，升溫速率快、滅菌效果好、腐熟度較高、堆肥產品品質高、市場前景好。

2.5 生活垃圾與醫療垃圾聯合焚燒

兩者的協同性在于醫療廢物往往具有傳染性，利用生活垃圾焚燒爐850 ℃的高溫可達到滅菌消毒的目的。但醫療垃圾不能與生活垃圾混合投料，需要與其他廢物隔離裝卸、貯存和投加，避免導致傳染性疾病。生活垃圾焚燒發電技術和醫療垃圾焚燒技術都是成熟的工藝，并且得到了廣泛的應用，但目前在市場上很少有生活垃圾和醫療垃圾混合焚燒發電的工藝，如果生活垃圾和醫療垃圾可以混合焚燒發電，將會節約很多廠用占地，提高經濟收益，可以更好地實現垃圾無害化、減量化、資源化的要求[22]。

在《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》（CJJ90-2009）中明確指出：對于不同行業的特殊垃圾的結構成分、理化指標、收運規律及焚燒處理要求、二次污染等都有很大差異，這種垃圾在一般條件下不允許與生活垃圾混合處理。在《醫療廢物化學消毒集中處理工程技術規范》（HJ/T228-2005）中明確闡述：不能采用化學消毒處理技術處理的醫療廢物，必須采用其他方法進行管理和處置，禁止將沒有消毒的醫療廢物混入生活垃圾或其它廢物進行填埋。從上述兩標準中可以看出，目前我國規范不允許將醫療垃圾和生活垃圾進行混燒，即使要做混燒，醫療垃圾也要經過滅菌和消毒的過程，才有可能進入生活垃圾焚燒爐進行混燒。endprint

3、發展趨勢

一方面，隨著固廢設施環保標準的逐步趨嚴，高污染固廢處理技術必然被低污染技術所替代；另一方面，國家對固廢處理投資的高速增長，必將使高效率、低污染固廢處理技術不斷涌現。有條件的企業，還要承擔城市固體廢物協同處理任務，建設區域性固體廢物綜合利用和協同處置基地，為地方政府提供環境服務綜合解決方案，實現社會、環保和經濟效益的有效統一。

發展固體廢物的處理處置不能僅靠單一技術手段來解決問題，而是需要多種技術有機組合進行綜合治理，包括前端分類收集等手段。同時，固體廢物處理處置也絕不是單純的技術問題，而是需要全社會多方面參與的綜合社會管理問題。固體廢物處理處置的目的也不是單純“銷納”廢物，而是涉及可持續性發展的資源保護及再生，今后固體廢物處理處置技術的發展方向將會充分體現這一原則。

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