固體廢棄物綜合處理技術工藝概述及產業化應用

＊呼斯冷

（1.鄂爾多斯市城市礦產研究開發有限責任公司 內蒙古 017000 2.鄂爾多斯市東勝區固體廢棄物資源化工程技術研究所 內蒙古 017000）

隨著我國經濟的快速發展和城鎮化的加快發展，導致城市生活垃圾及其有機固體廢棄物的產生量迅速增加。城市生活垃圾及其他有機固體廢棄物含水分較高、組分復雜并且容易產生易生物質降解等特點，因而有機固體廢棄物是造成污染環境的主要污染源。城市生活垃圾產生量巨增加，“垃圾圍城”現象日益嚴重，垃圾處理難度復雜。傳統的生活垃圾處理技術—焚燒、堆肥、填埋已不能滿足垃圾資源化處理的要求，具有減量化、無害化和資源化的綜合處理技術逐步受到人們的重視，并中小城鎮已經開始產業化應用。由于中小城市的有機廢棄物產生量比較大，對人體健康和生態環境也產生較大的危害，所以城市生活垃圾及其有機固體廢棄物的處理已引起當代社會的廣泛關注，是全世界研究的課題，甚至是當前環保行業迅速發展的主要原因。

對于城市生活垃圾以及其他有機固體廢棄物而言，以往的處理和處置方法主要有焚燒處理方式、填埋處理方式、堆肥處理方式和綜合處理技術方式等四種有效方式。但是由于城市生活垃圾及其他有機固體廢棄物中含著大量生物質菌種，其含水率比較高的特性又為生活垃圾及其他有機固體廢棄物的生物菌種轉化提供了有利條件，很好的利用這類生物質菌種，處理城市生活垃圾及其他有機固體廢棄物，對實現自然環境保護和當代經濟的可持續性發展具有重大意義。所以針對城市生活垃圾及其有機固體廢棄物的厭氧發酵綜合處理技術現在已經成為當代環保科學工作中迫在眉急的事情，也是攻關的重點和熱點工作，并且中國環保行業迅速成長發展。以往有機固體廢棄物厭氧發酵綜合處理技術方面的研究和產業化應用方面的研究僅僅只局限于餐廚垃圾、有機垃圾、糞便和生活污泥的各單一物料，對于混合物料聯合厭氧發酵的綜合處理技術研究和產業化應用的研究目前較少。然而，混合物料綜合處理技術與單一物料的厭氧發酵技術相比，混合物料聯合厭氧發酵綜合處理技術的優勢是拓寬了發酵原料來源，解決了單一物料對厭氧消化過程的抑制作用，同時可最大限度地處理生物質菌種有機質，降低污染物，聯合厭氧發酵綜合處理技術還可以有效利用多種物料之間的互補性，解決了單一物料碳素與氮素的比例（C/N）、空隙率和含水率不合適等多項弊端，良好地實現城市生活垃圾及其有機固體廢棄物的無害化處理和減量化的目的。真正實現城市生活垃圾及其他有機固體廢棄物的減量化、無害化和資源化。

1.綜合處理技術工藝概況

綜合處理技術工藝主要是采用“有機固體廢棄聯合厭氧發酵工藝”為核心的綜合處理技術，整個綜合處理技術主要分為四部分，即前分選預處理系統、聯合厭氧發酵系統、資源化利用系統、無害化處置系統。其中，生活污泥、糞便及農業廢棄物的前分選預處理系統，餐廚垃圾前分選預處理系統主要包括固液分離系統和油水分離系統，生活垃圾預處理系統，主要包括前分選（又包括行車抓斗-均料機-板式給料機-破袋滾筒篩-人工分揀-磁選機-臥式風選機-彈跳篩等）和制漿（又包括調解和破碎制漿）等。厭氧發酵系統有機物厭氧發酵后產出物包括沼渣、沼液、沼氣。資源化利用系統沼渣進入有機肥系統，制作有機肥。無害化處理系統主要包括水處理系統和焚燒系統，其中沼液進入水處理系統，經過水處理系統處理后廠區回用，無廢水排放。沼氣和生產線分選的輕質物料及塑料、可燃物進入焚燒爐進行焚燒，再通過換熱器提供廠區供暖。整個工藝的組成如圖1。

圖1 工藝圖

2.預處理系統

生活垃圾、餐廚垃圾、生活污泥和糞便等有機固體廢棄物的前分選預處理工藝是為整個綜合處理工藝的核心，由于混合垃圾在多種物料進入厭氧發酵系統之前，需要分別進行不同的前分選預處理，去掉雜質、將分選出的有機質進入厭氧系統前的關鍵部分，以保證聯合厭氧發酵系統的高效穩定運行的前提。

(1)生活垃圾前分選工藝

城市生活垃圾組分復雜，混合物料較多，尤其是北方地區生活垃圾中混雜的雜質較多，在進入厭氧發酵系統之前，必須進行人工分揀和機械分選相結合的預處理方式，去取雜質選出有機物。城市生活垃圾前分選工藝主要采用：行車抓斗-均料機-板式給料機-破袋滾筒篩-人工分揀等方式，對城市生活垃圾中的大件干擾物分揀出，再通過磁選機選出金屬部分-利用臥式風選機選出輕物質塑料選出-利用彈跳篩等方式細篩分并篩出砂土-水洗等技術選出比較純的有機物，對城市生活垃圾進行綜合處理，最終可形成城市生活垃圾有機固體廢棄物厭氧發酵有機物料、可回收物料和填埋物料三大類。其中可有機固體廢棄物厭氧發酵物料再經過破碎機進一步破碎、水洗處理后沉沙等方式選出有機物，有機物即可進入聯合厭氧發酵罐進行發酵處理。其中可回收物主要為骨頭、金屬、紡織物、電器電子產品、玻璃和紙漿類等物料，這些可回收物都可以直接銷售給再生資源回收企業進行回收和處理。另外填埋物主要包括砂土、瓦礫、石頭等無機物，同時無機物都可直接進入垃圾填埋場進行衛生填埋處置。塑料及可燃物等輕物質類物料直接進入焚燒爐進行高溫焚燒處理。前分選預處理工藝選出的金屬分選率大概88%以上，選出的玻璃主要人工分選，分選率大概95%以上，選出的塑料等輕物質大概92%以上，起到有效減量作用。

(2)餐廚垃圾預處理工藝

餐廚垃圾中雜質比較多，另外有含水率較高、油脂高、黏度高和鹽分高等特點。餐廚垃圾前分選預處理工藝主要通過人工分選選出玻璃瓶以及大件干擾物等雜質，再通過固液分離機和油水分離機，把餐廚垃圾中的油脂和固液分離，再通過破碎分選、離心機等工藝達到勻漿狀態進入調節罐，與其他物料一定的比率進行調節，再進入聯合厭氧發酵罐進行發酵處理。其中選出的雜物進行分選后可回收進行回收處理。經過前分選預處理將餐廚垃圾中的有機物分選率達96%以上，有機物粒徑均勻，經過這樣的處理非常適于后續的厭氧發酵處理，并且發酵效果比較好。

(3)生活污泥和糞便預處理工藝

該工藝主要通過設置固液分離設備將生活污泥和糞便中摻雜的織物、塑料、石頭和瓦礫等大粒徑干擾物分離出，得到粒徑均勻、再進入調節罐進行一定的比率調節后進入聯合厭氧發酵罐進行發酵處理，也是聯合厭氧發酵物料之一。

3.厭氧發酵系統

城市生活垃圾、餐廚垃圾、生活污泥及糞便等多種垃圾經過很多前分選工藝分別預處理后，選出的生活垃圾中的有機物、餐廚垃圾、生活污泥和糞便等有機質物料，形成粒徑小于8mm的厭氧發酵混合物料，混合物料在調節罐中進行充分的調解和攪拌后方可進入聯合厭氧發酵系統進行聯合厭氧發酵處理。整個有機固體廢棄聯合厭氧發酵系統主要由厭氧發酵罐主體、攪拌系統（厭氧發酵罐內設機械攪拌功能，主要各種物料更好的攪拌作用）、加熱系統（主要北方地區冬季加熱保溫）、沼液收集設備和物料輸送單元、沼氣收集儲存柜等部分組成。采用中溫（35±2℃）發酵，發酵時間為18～25d。厭氧發酵罐采用半連續進料方式，進料含固率為8%～12%，發酵系統的容積負荷大于3.8kg/(m3·d)，通過厭氧發酵后產出沼渣、沼液、沼氣等物料，進入下一個環節資源化利用系統。

4.資源化利用系統

(1)再生資源回收利用

生活垃圾、餐廚預處理過程中分選出的塑料瓶、金屬、玻璃等有價可回收物，直接作為成品出售給再生資源綜合利用公司。

(2)沼渣利用

聯合厭氧發酵系統產生的沼渣通過烘干和制肥機制作顆粒有機肥。沼渣經過壓濾板塊機脫去水分，之后將泥餅輸送至沼氣烘干爐進一步烘干操作，然后再調節氮、磷、鉀等營養元素，由造粒機制作顆粒有機肥。通過造粒機制作的顆粒有機肥具有良好的團粒結構和保水性能，經過肥料檢測部門的檢測，顆粒肥中有機質含量為30%～46%，腐植酸含量為18%～42%，粗蛋白含量為5.6%～14%，全氮含量為0.9%～2.3%，全磷含量為0.8%～1.24%，全鉀含量為0.6%～1.2%，營養成分含量較高。

Translator's note（譯者注釋）:“Han Xin, a native of Huaiyin, was so poor in his early days that he asked a washerwoman to share her meal with him. He later helped Liu Bang defeat Xiang Yu and was entitled Prince of Qi, but then he was killed for plotting against Liu Bang.”

(3)沼氣利用

北方地區冬季氣候寒冷，延長發酵周期、降低產氣效率，對厭氧發酵極為不利。本項目擬采用厭氧發酵產生的沼氣凈化后用于供熱，原生沼氣組分復雜、熱值低，還含有水、二氧化碳、硫化氫和其它不助燃的雜質氣體，無法直接使用，通過沼氣提純技術路線及相應成套化設備，研制具有復合功能的高效吸附/吸收分離介質，優化相關工藝參數，去除沼氣中CO2、H2S、水蒸氣和其它雜質氣體，將沼氣用于厭氧系統加熱和廠區供暖，從而達到節能減排的目的。另外使用沼氣制作有機肥時點燃沼氣造粒機。

5.無害化處理系統

(1)沼液無害化處理

厭氧發酵系統產生的沼液，沼液經過水處理系統處理后無害化處置，并部分水回用于本工藝循環使用，部分水用于園林綠化。

(2)廢氣無害化處理

厭氧發酵系統產生的沼氣綜合利用后產生的其他氣體和生產線收集的廢氣，直接進入焚燒爐進行焚燒，進入焚燒爐后更加促進該焚燒效果。

(3)可燃物無害化處理

6.該工藝的產業化應用情況

目前該工藝已在鄂爾多斯市東勝區、準格爾旗薛家灣鎮、沙圪堵鎮、伊金霍洛旗、烏審旗、烏海市海勃灣區、江西都昌等7座生活垃圾綜合處理廠得到成功應用。其中“準格爾旗沙圪堵鎮生活垃圾無害化綜合處理項目”是鄂爾多斯市城市礦產研究開發有限責任公司建設的“升級版”和“樣板”工程，同時也是中國科學院生態環境研究中心產業化示范基地。

圖2 內蒙古準格爾旗沙圪堵鎮固體廢棄物綜合處理廠

圖3 有機固體廢棄聯合厭氧發酵工藝示范工程

準格爾旗沙圪堵鎮生活垃圾無害化綜合處理項目，2012年開始建設，2014年年底試運行，2015年1月1日正式投產。日處理設計能力生活垃圾及其他廢棄物總量350噸，其中生活垃圾150噸，糞便150噸，餐廚垃圾20噸，污泥30噸。日產沼氣4600立方米，顆粒有機肥20噸，液態有機肥20噸，制作垃圾衍生燃料（RDF）20噸，回收玻璃4噸、金屬3噸、塑料10噸。

圖4 生產線車間內部照片

圖5 肥料生產線

7.綜合處理技術存在問題及分析

從目前產業化實踐看，生活垃圾綜合處理技術是雖然比填埋處理和焚燒處理相比一定的先進性和有效處理方式，但是還存在以下不足之處：（1）對于整個垃圾綜合處理工程來說，不同地域對于垃圾處理的資源化利用效率不夠穩定，所以經濟收入不是很高，導致投入和產出不是正比。（2）由于垃圾分選后的可回收物以及厭氧發酵后所得的資源化利用產品，難以在市場上產生更多的經濟效益。

基于以上分析，今后研究方向主要有以下幾點：（1）制定行業或者企業內部垃圾前分選預處理技術規范和標準，同時加強和加大垃圾分類方面的宣傳教育。（2）因地制宜，根據南北地區不同區域垃圾的資源化方法和產品，以此提高經濟效益。（3）通過研究提高垃圾資源化產品，加強垃圾資源化的產品推廣力度，產生更多的經濟效益。

8.結論

采用以“有機固體廢棄物聯合厭氧發酵工藝”為核心的綜合處理工藝，分別將生活垃圾、生活污泥和糞便前分選預處理后，可用的無機物回收利用，選出的有機物進行多種物料聯合厭氧發酵，產生的沼渣制成固態有機肥、沼液進行水處理回用、沼氣用于焚燒或提純后資源化利用和無害化處置。“有機固體廢棄物聯合厭氧發酵工藝”能夠有效地實現城市有機固體廢棄物的減量化、無害化和資源化的目的。總之，綜合利用技術，在中小城市生活垃圾及其其他固體廢棄物綜合處理過程中，垃圾資源化利用效果明顯，達到無害化和減量化目的，工藝運行比較穩定，具有推廣價值和產業化應用前景。