固體廢棄物資源化處理技術綜述

收稿日期：2023-11-06

作者簡介：劉婷（1994—），女，甘肅白銀人，工程師。研究方向：土壤污染防治、固體廢物資源化利用等。

摘要：隨著全球人口的增長和經濟的發展，固體廢棄物產生量不斷增加，給環境帶來嚴重的挑戰。為了實現可持續發展，有必要對固體廢棄物進行資源化處理。目前，固體廢棄物資源化處理技術主要有生物轉化、熱解裂解、氣化等。本文結合固體廢棄物資源化處理技術現狀，分析不同技術的優勢，指出面臨的挑戰，以期為固體廢棄物處理提供理論參考。

關鍵詞：固體廢棄物；資源化處理；生物轉化；熱解裂解；氣化

中圖分類號：X705 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.026

Overview on Resource Treatment Technology of Solid Waste

LIU Ting， WANG Junliang

（Qingdao Research Academy of Environmental Sciences， Qingdao 266000， China）

Abstract： With the growth of global population and economic development， the amount of solid waste generated continues to increase， posing serious challenges to the environment. In order to achieve sustainable development， it is necessary to recycle solid waste. At present， the main technologies for the resource treatment of solid waste include bioconversion， pyrolysis， gasification， etc. Based on the status of solid waste resource treatment technology， this paper analyzes the advantages of different technologies and points out the challenges they face， in order to provide theoretical reference for solid waste treatment.

Keywords： solid waste; resource treatment; bioconversion; pyrolysis; gasification

根據聯合國環境規劃署的數據，全球每年產生的固體廢棄物超過20億t，2050年將至少增長到30億t。這給環境和可持續發展帶來嚴重挑戰。依據固體廢棄物的性質，可將其分為可回收物、有害廢棄物、廚余垃圾和殘留物等。傳統的廢棄物處理方法存在資源浪費、土地占用、污染排放等問題，如填埋和焚燒[1-2]。因此，固體廢棄物資源化處理技術的研究和應用變得越來越重要。

1 固體廢棄物資源化處理技術現狀

固體廢棄物處理可以減少廢棄物對環境的負面影響，實現資源的最大化利用和循環利用。目前，固體廢棄物資源化處理技術主要有3種，即生物轉化、熱解裂解、氣化[3-4]。

1.1 生物轉化

生物轉化是指利用微生物、蚯蚓等生物對固體廢棄物進行降解和轉化。生物轉化技術包括堆肥、厭氧消化等，可以有效地降低固體廢棄物的體積，減少有機負荷，并產生有機肥料或沼氣等可再利用的產品。

堆肥是通過控制濕度和溫度等條件，促進微生物活動，使有機廢棄物逐漸分解和轉化為穩定的有機質。堆肥過程中，好氧微生物會分解廢棄物中的有機質，產生熱量和CO2等物質。經過堆肥，有機廢棄物會轉化為具有良好肥效的肥料產品。堆肥原料主要包括食品殘渣、農作物秸稈、花草植物、剪草、木屑等含有機質的廢棄物。這些廢棄物富含碳、氮等養分，是堆肥所需的基本營養物質。堆肥主要包括發酵階段和腐熟階段。發酵階段，將有機廢棄物與適量的水分、空氣混合，形成堆肥堆。堆肥堆的濕度通常控制在40%～60%，適當通氣和攪拌，提供足夠的氧氣供給微生物進行分解和發酵。其間，厭氧微生物開始分解有機廢棄物，產生熱量。當堆肥溫度為55～70 ℃

時，發酵階段結束，系統進入腐熟階段。腐熟階段，溫度逐漸下降，厭氧微生物逐漸被好氧微生物取代，有機廢棄物中的有機質進一步分解為穩定的有機質。這個過程通常需要數周到數月，具體時間取決于原料的性質、堆肥堆的構建方式以及環境條件等因素。蚯蚓堆肥是利用蚯蚓的食欲和分解能力對有機廢棄物進行處理。其間將有機廢棄物與蚯蚓混合，蚯蚓會將有機廢棄物攝入體內進行消化，并以糞便形式排泄出來。蚯蚓的消化和糞便分解過程可以有效地將有機廢棄物轉化為富含養分的蚯蚓糞便，它可用作優質有機肥料。

厭氧消化是一種將有機廢棄物在無氧條件下分解的技術。它將有機廢棄物置于密閉的消化罐中，提供適宜的溫度和濕度條件，并添加適量的微生物菌種，利用厭氧微生物進行有機質的分解。在厭氧消化過程中，微生物會產生沼氣，可用作能源或燃料，同時產生固體殘渣，它可經過后續處理用作肥料。

1.2 熱解裂解

熱解裂解技術是一種利用高溫條件將有機廢棄物轉化為可再利用產品的方法。通過熱解裂解，有機廢棄物可以分解為油、氣和固體殘渣等產物。這些產物在后續處理中可以用作能源或化工原料。

熱解是將有機廢棄物暴露在高溫環境，在缺氧情況下進行分解。通過加熱，有機廢棄物中的有機物質會發生熱解反應，將其轉化為油、氣和固體殘渣。熱解溫度通常在300～800 ℃，可以調整溫度和停留時間來控制產物的性質。低溫干餾是一種將有機廢棄物在較低溫度下進行分解的技術，通過加熱有機廢棄物，使其發生熱解反應，產生可揮發氣體和液體產物。低溫干餾溫度通常在200～500 ℃，可以通過控制反應條件來調整產物的組成。

催化熱解是一種利用催化劑催化有機廢棄物的熱解方法，以增加產物的選擇性和質量。通過添加適當的催化劑，可以改變熱解反應速率和產物分布，提高油和氣產物的收率和質量。催化熱解常用于生物質廢棄物、塑料和橡膠等有機廢棄物的處理。流化床熱解是指將有機廢棄物放置在流化床反應器中，在高速氣流的作用下進行熱解。在流化床中，有機廢棄物顆粒懸浮在氣體流中，與高溫氣體接觸進行熱解。流化床熱解具有較好的傳熱和傳質特性，能夠實現較高的熱解效率和產物質量。

1.3 氣化

氣化技術是指將有機廢棄物在高溫條件下進行熱解，轉化為合成氣（H2和CO）。這種技術可以將廢棄物轉化為可再利用的能源或化學原料，同時減少廢棄物體積和環境污染。

固定床氣化是將有機廢棄物裝入氣化反應器中，通過加熱、調節壓力和添加催化劑等控制條件，在缺氧情況下進行氣化反應。有機廢棄物在高溫下發生熱解和部分氧化反應，生成合成氣和固體殘渣。合成氣主要由CO、CO2、H2和CH4等組成，可以用作燃料或化工原料。流化床氣化是將有機廢棄物放置在流化床反應器中，在高速氣流的作用下進行氣化。在流化床中，有機廢棄物顆粒懸浮在氣體流中，與高溫氣體接觸進行氣化反應。流化床氣化具有較好的傳熱和傳質特性，能夠實現高效的氣化轉化，并產生合成氣和固體殘渣。

催化氣化是在氣化過程中加入催化劑，以提高氣化反應的速率和選擇性。催化劑可以促進廢棄物的熱解和氣化反應，增加合成氣的產量和質量，并降低固體殘渣的生成。常用的催化劑包括鎳、鐵、鉬等金屬及其化合物。生物質氣化是一種將生物質廢棄物（如農作物秸稈、木材廢料）進行氣化的技術。生物質在氣化過程中釋放的合成氣可以用作生物燃料，可以用于發電或熱能供應。

2 固體廢棄物資源化處理技術優勢

根據各地實際情況及不同處理技術的優點，選擇固體廢棄物資源化處理技術。

2.1 生物轉化

生物轉化技術能夠將固體廢棄物轉化為有機肥料或沼氣等可再利用的產品，實現資源回收和循環利用。生物轉化技術處理固體廢棄物，可以減少垃圾填埋場地，降低土壤、地下水和大氣中有害物質的排放，減少環境污染。生物轉化技術能夠有效地降解有機廢棄物，減少固體廢棄物的體積和質量，減輕垃圾處理設施的負荷。堆肥可以將有機廢棄物轉化為有機肥料，在農業領域廣泛利用。這樣可以實現廢棄物的回收和再利用，減少對自然資源的依賴。有機質可以改善土壤結構，增加土壤保水能力和透氣性，提高土壤肥力。有機肥料還可以為植物提供養分，促進植物生長和發育。堆肥過程產生的CH4可以被收集利用，從而減少溫室氣體的排放量。相比垃圾填埋或焚燒等處理方法，堆肥可以降低對氣候變化的負面影響。堆肥可以將有機廢棄物轉化為有價值的有機肥料，經濟效益顯著。

2.2 熱解裂解

熱解裂解技術可以將有機廢棄物轉化為可再利用的產物，如液體油、燃氣和固體殘渣。這些產物可以用作能源替代品或化工原料，從而減少對傳統能源的依賴。熱解裂解技術處理有機廢棄物，可以顯著減少廢棄物的體積和質量。這有助于減少對垃圾填埋場的需求和環境污染。

2.3 氣化

氣化技術可以將有機廢棄物轉化為合成氣，其中包括H2和CO等可再利用的組分。合成氣可以用作燃料（發電、供熱）或化工原料。氣化技術處理有機廢棄物，可以顯著減少廢棄物的體積和質量，減少對垃圾填埋場的需求和環境污染。氣化過程的合成氣可以替代傳統的化石燃料，從而減少溫室氣體的排放和對全球氣候的影響。

3 固體廢棄物資源化處理技術面臨的挑戰

3.1 生物轉化

生物轉化技術需要合適的操作和管理，要合理控制溫度、濕度、通風等條件，選擇適宜的微生物或蚯蚓種類，并適時攪拌或投料，以促進分解和轉化。這需要一定的專業知識和技能。生物轉化技術通常需要一定的時間才能完成廢棄物的分解和轉化，特別是堆肥。此外，這些技術需要一定的空間來建立處理設施，人口密集地區可能存在限制。生物轉化過程可能會產生異味，影響周邊環境，給周圍居民帶來不適。如果管理不當，廢棄物處理可能對土壤、地下水和地表水等場地周邊環境造成污染。

堆肥需要一定場地，人口稠密地區可能存在空間限制。堆肥管理包括通風、攪拌、控制濕度和溫度等，需要投入一定的人力和時間成本。堆肥過程可能產生氨氣等異味物質，可能對周圍環境和居民帶來不適。此外，堆肥也可能對土壤、地下水和地表水等周邊環境造成潛在污染，因此需要合理設計和管理。有機廢棄物堆肥需要一定的時間才能達到完全分解和腐熟。堆肥過程需要控制濕度、氧氣和溫度等條件，進行適當的管理和監測。這些都需要投入時間、人力和資源。

3.2 熱解裂解

熱解裂解技術需要高溫能源。熱解裂解過程需要提供大量熱能，通常通過燃燒化石燃料來供應。這可能導致碳排放增加，影響區域生態環境。熱解裂解技術的處理成本較高，包括能源消耗、催化劑使用和廢氣處理等。這可能限制其在實際應用中的普及和推廣。熱解裂解產物需要進行有效的分離和處理。液油和氣體需要進行進一步的處理和精煉，才能得到具有商業價值的產品。

3.3 氣化

氣化技術通常需要較高的溫度和壓力（高溫和高壓），才能有效實現氣化轉化。這可能增加設備成本和能源消耗。廢棄物種類多樣，不同的廢棄物具有不同的組成和特性，對氣化過程的適應性有所差異。一些廢棄物可能含有高水分、高灰分或有害物質，這可能對氣化過程和產物質量產生影響。氣化過程產生的合成氣需要進行進一步的處理和凈化，以去除雜質和調整組成。此外，合成氣的利用需要基礎設施和技術支持。

4 結語

固體廢棄物資源化處理技術在減少廢棄物規模、提高資源回收率和降低環境影響方面具有巨大潛力。然而，技術的成熟度、經濟性和環境影響等問題仍需要進一步解決。政府、企業和研究機構應加強合作與創新，推動固體廢棄物資源化處理技術的發展和應用，并制定相應的政策和法規來支持可持續的廢棄物管理。

參考文獻

1 趙玉海，魏顯珍，王 鑫，等.城市固體廢棄物資源化利用分析與研究[J].再生資源與循環經濟，2023（9）：38-41.

2 王 燦，崔玉理，盧雅瓊，等.固體廢棄物資源化利用研究現狀及發展趨勢[N].山西科技報，2022-04-25.

3 王新華.固體廢棄物資源化利用的技術探討[J].山東工業技術，2019（11）：42.

4 武肖媛.農業固體廢棄物資源化利用研究[J].環境與發展，2018（8）：50-51.