城市固體廢物處理模式研究進展
摘要：由于每種城市固體廢物處理技術均具有各自的優勢和局限性，從技術本身、經濟性和環境影響角度分析，均只適宜處理城市固體廢物中的某些組分，因此，為了解決這種單一處理方式的不足，城市固體廢物需要采取綜合處理方式。在此基礎上，論述了固體廢物綜合處理的研究現狀和存在的問題，本文認為固體廢物綜合處理系統代表了固體廢物處理方式的發展方向。
關鍵詞：城市固體廢物；綜合處理；工藝流程；發展趨勢
隨著我國經濟實力和技術儲備的增強，城市固體廢物處理處置技術在我國得到了不同程度、不同范圍的研究和應用，很多經濟發達地區已經建立了現代化填埋場、機械化堆肥廠和焚燒廠等多種處理設施。但對于某一地區來說，不同處理設施往往處理同樣的城市固體廢物[1]。由于每種城市固體廢物處理技術均具有各自的優勢和局限性，從技術本身、經濟性和環境影響角度分析，均只適宜處理城市固體廢物中的某些組分，因此，這種單一處理模式[2]不僅難以滿足數量日益增長、成分日益復雜的城市固體廢物無害化、減量化、資源化的處理要求，而且使得城市固體廢物處理設施運行效果差，前處理和二次污染控制技術復雜，處理費用高。
為了解決這種單一處理方式的不足，城市固體廢物需要采取綜合處理方式。所謂綜合處理[3]，就是將多種城市固體廢物處理處置技術以適當的方式有機地結合在一起，形成完整的處理系統，每種處理技術或設施僅處理適宜的城市固體廢物組分，從而改善城市固體廢物處理的效果，降低城市固體廢物處理的費用，實現城市固體廢物的減量化、無害化、資源化。
1單一處理方式
目前，世界上普遍使用且已形成工業化生產的城市固體廢物處理法，主要有：衛生填埋法、堆肥法和焚燒法，其它處理方法，如氣化處理、熱解處理等還處于研究和試驗階段，沒有形成大規模工業化生產，所以，在研究不同城市固體廢物處理法處理垃圾占總處理量的比例時，城市固體廢物處理法主要依據衛生填埋法、堆肥法和焚燒法3種[4]。
1.1填埋處理
填埋歷史久遠，是普遍采用的處理方法。因為該方法簡單、省投資，可以處理所有種類的固體廢物，所以世界各國廣泛沿用這一方法。從無控制的填埋，發展到衛生填埋，包括濾瀝循環填埋、壓縮垃圾填埋、破碎垃圾填埋等。
填埋是目前我國應用最為廣泛的城市固體廢物處置技術[5]。近年來，由于國家加大了城市固體廢物處理投入，尤其是一些國外跨國垃圾管理公司的進入，帶來的先進設計、建設和運營理念，極大地提高了生活垃圾處理廠的建設和運營水平，推進了我國城市固體廢物衛生填埋處理技術與世界的接軌[6]。但是，大多數填埋場的設計、建設和運營仍存在設計理念比較落后、科技水平低、土地填埋利用率不高、缺乏有效的基礎和邊坡防滲措施等問題，且絕大部分填埋場的填埋氣仍處于無組織排放狀態，不僅引起了溫室效應，導致消防上不安全，也會產生惡臭。
應當指出的是，我國固體廢物填埋場的處置對象是有機物含量極高的原生混合固體廢物，這決定了生活垃圾填埋場是反應型填埋場，填埋場產生的滲濾液和填埋氣體對環境的影響一直要延續到填埋垃圾達到穩定化才基本結束。填埋場的建設只是城市固體廢物無害化填埋過程的開始，更重要的是要實現城市固體廢物填埋作業過程的無害化，同時通過維護和監管，確保填埋場封場后在達到穩定化前的數十年時間內不要對環境和人類健康產生進一步危害。
1.2堆肥處理
堆肥是我國、印度等國家處理固體廢物，制取農肥的最古老技術，也是當今世界各國均有研究利用的一種方法。堆肥是使固體廢物中的有機物，在微生物作用下，進行生物化學反應，最后形成一種類似腐殖質土壤的物質，用作肥料或改良土壤。
根據堆肥原理，可分為厭氧分解與好氧分解兩種。厭氧分解需在嚴格缺氧條件下進行，厭氧微生物分解生長較慢，故不多用。好氧分解過程可同時產生高溫，可以殺滅病蟲卵、細菌等，我國主要采用好氧分解法。
堆肥技術的工藝比較簡單，適合于易腐有機質含量較高的固體廢物處理，可對固體廢物中的部分組分進行資源利用，且處理相同質量固體廢物的投資比單純的焚燒處理大大降低[1]。堆肥技術在歐美國家起步較早，目前已經達到工業化應用的水平。
堆肥處理不能處理不可腐爛的有機物和無機物，固體廢物中的石塊、金屬、玻璃、塑料等廢棄物不能被微生物分解，這些廢棄物必須分撿出來，另行處理，因此，減容、減量及無害化程度低；堆肥周期長，占地面積大，衛生條件差；堆肥處理后產生的肥料肥效低、成本高，與化肥比銷售困難，經濟效益差。引進國外技術投資巨大，不適合我國國情[7]。
發達國家由于固體廢物中的易腐有機物含量大大低于我國的一般水平，因此，靠堆肥只能處理15%左右的固體廢物組分，這在一定程度上阻礙了堆肥技術的推廣。堆肥技術必須是將固體廢物首先進行分類后再將易腐有機組分進行發酵，才能有效地防止重金屬的滲入，從而保證有機肥產品達到國家標準，真正實現無害化和資源化[8-10]。
1.3焚燒處理
焚燒是指固體廢物中的可燃物在焚燒爐中與氧進行燃燒過程。實質是C、H、S等元素與O2的化學反應。固體廢物焚燒后，釋放出熱能，同時產生煙氣和固體殘渣。熱能要回收，煙氣要凈化，殘渣要消化，這是焚燒處理必不可少的工藝過程。
焚燒處理技術的特點是處理量大，減容性好，無害化徹底，焚燒過程產生的熱量用來發電可以實現固體廢物的能源化，因此，是世界各發達國家普遍采用的一種固體廢物處理技術。
由于城市固體廢物焚燒減容效果顯著、無害化程度徹底，在垃圾熱值較高、處理達到一定規模時，可以回收廢熱發電，而且占地面積小，對周圍環境的影響較小，近10年來城市固體廢物焚燒處理在我國發展很快，特別是在城市化進程快、經濟較為發達、人口密集、人均可利用土地資源少的大城市以及南方和沿海地區更是如此。
2綜合處理
2.1工藝流程
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圖1我國固體廢物綜合處理工藝流程圖
所謂城市固體廢物綜合處理就是將堆肥、焚燒和填埋三者有機結合，綜合為一體的處理方法。這種方法可以使垃圾得到合理處理與有效利用[11]。
資源得到充分回收利用，處理效率高。同時還可避免或減少單一處理的缺點和難度。其工藝流程為圖1所示。從圖1可以看出，綜合處理集中了填埋、焚燒和堆肥的優點，同時，也解決了單一處理的缺點。從建廠投資來看，建一座標準的日處理200噸生活垃圾的綜合處理廠約需1000萬元~1200萬元；建一座同樣規模的標準垃圾焚燒發電廠（尚只能靠引進國外的技術與設備）約需8千萬~1億元（國際市場價格）；而建一座同樣規模的標準的垃圾衛生填埋場至少需2千萬元，且填埋用的壓實機需要進口。
綜合處理和單一處理在效益上是顯然不同的。綜合處理的社會效益、環境效益顯然大大高于單一處理，污水與煙氣的排放量小，占用土地少，資源回收利用率高[12]。從經濟效益比較分析來看，綜合處理的建廠投資少；運轉費用低，生產肥料的盈利可維持整個處理廠的運轉費用，在肥料銷售好的情況下還略有盈利；焚燒爐壽命增長；設備不需進口等。
2.2綜合處理的優點
（1）城市固體廢物通過有效的預處理后，堆肥、焚燒原料質量大為提高，處理量大為減少，簡化了工藝，降低了設備投資運行成本；
（2）有機肥質量大為提高，具有一定的市場前景；
（3）減少了焚燒尾氣的處理難度；
（4）延長了填埋廠的壽命，減少了填埋滲瀝液和有機氣體的排放等問題；
（5）塑料、金屬、玻璃、紙、熱能等的回收利用提高了社會和經濟效益。
2.3綜合處理的研究現狀
總的說來，十多年來大多數這類綜合處理研究還停留于簡單的構想階段，缺乏系統化的深入研究，對綜合處理工藝的組織特性、環境特性、經濟特性等內容基本沒有涉及，對于分選垃圾區別于混合垃圾進行焚燒、填埋的特性也沒有研究。工程實踐中，我國目前運行的綜合處理廠很少，規模也不大，而且限于分選工藝與填埋、焚燒和堆肥的結合，噸投資一般在20萬元?t-1以下。由于這種綜合處理廠整體規模不大，其中的焚燒量、填埋量都很少，焚燒工藝效果較難控制，二次污染控制較差。其次，這些綜合處理廠大多以堆肥或其它制肥工藝為核心，但由于我國堆肥質量和市場的原因，堆肥處理在很多地區面臨困境，這也影響到綜合處理廠的運行效益。另外不同區域在自然條件、經濟實力、社會發展水平、生活垃圾特性等方面存在差異，適用的生活垃圾處理處置技術也有所不同，而目前有些地區盲目照搬發達國家和其它地區的經驗，使得部分固體廢物處理處置設施不能正常運行[13]。由于這些原因，這類綜合處理技術沒有得到廣泛的應用。
3綜合處理的發展趨勢
對于綜合處理工藝，雖然現有項目的投資成本較低，但其處理規模小，運行費用高，二次污染不能得到有效控制。另一方面，雖然垃圾處理的能量回用是資源化的一個重要方面，但是系統的能量自給從目前的技術水平看來難以實現[14]。從固體廢物處理的經濟性分析，這種“小而全”的綜合處理工藝難以獲得持久的生命力和廣泛的推廣。
發達國家固體廢物處理的歷史和經驗說明，源頭分類（產生者分類）是最經濟有效的固體廢物分類手段，在此基礎上建立固體廢物綜合處理系統，并通過數學模型[15]優化設置各種收運處理設施、分配車輛和垃圾物流，可以實現城市固體廢物的低成本、高效率管理，并最大限度的實現固體廢物的資源化。雖然我國目前普遍采用固體廢物混合收集模式，但分類收集對于固體廢物處理、資源回收等的重要意義已經得到了廣泛認知，全國很多大中城市開展了分類收集的試點工作，并制定了城市固體廢物分類收集規劃。隨著經濟實力的增強，固體廢物收運處理設施的完善，分類收集和綜合處理系統將互相促進，得到更為廣泛的推廣[16]。“分類收集、集中清運”系統較混合收集的垃圾收運方式具有一定的優勢。
在這一前提下，深入分析城市固體廢物綜合處理系統的系統特性、運行規律，提煉總結適應我國現階段及發展需要的系統模型和優化方法，將大大提高我國城市固體廢物的管理水平。我國目前采用混合收集方式[17]，基于這一前提，利用數學方法優化不同處理設施的數量和選址，優化固體廢物物流在不同處理設施之間的分配都具有重要的意義。
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