城市垃圾的綜合利用

楊滿平 唐川東 宋善策 范東旭 王鑫 郭金鵬 耿繼新

（燕山大學 河北秦皇島066004）

隨著我國城市化進程的加快和人口數(shù)量劇增，生活垃圾產(chǎn)量越來越大。處理方法的不當使其嚴重污染了空氣、土壤和水源，并引起蚊蠅的孳生、病菌的傳播，使人們的身心健康受到嚴重威脅。如何處理生活垃圾已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點，本文對綜合處理城市垃圾并生產(chǎn)沼氣的處理方法做了簡要的研究。

1 城市垃圾的危害

城市生活垃圾和其他固體廢物處理，如果管理不當，有害成分會通過各種途徑進入人體和環(huán)境造成極大的危害，對生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 對土壤的污染

城市生活垃圾和其他固體廢物長期露天堆放，土壤中有害成分的遷移滲透到地表徑流和雨水淋失土壤孔隙。在遷移的過程中，土壤的吸附有害成分。由于土壤的吸附能力和吸附容量大，隨著滲濾水的遷移，有害成分表現(xiàn)出不同程度的在土壤固相積累，導致土壤成分和結(jié)構(gòu)的變化，進而產(chǎn)生嚴重的土壤污染。

1.2 對大氣的污染

城市生活垃圾和其他固體廢物，如果在運輸儲藏過程中，凈化措施處理不當，會使粉塵隨風揚散；堆放和填埋垃圾使廢物進入土壤，通過揮發(fā)和化學反應(yīng)，釋放有害氣體，這將產(chǎn)生嚴重的大氣污染，使空氣質(zhì)量下降。例如：生活垃圾填埋后，有機成分在地下厭氧的條件下，分解會產(chǎn)生二氧化碳，甲烷和其他氣體排放到大氣中，如果聚集可能引起火災(zāi)和爆炸。垃圾焚燒爐運行時會排放顆粒物，酸性氣體和沒有燃燒的廢物，如重金屬和微量有機物。

1.3 對水體的污染

如果城市生活垃圾和其他固體廢物直接排入河流，湖泊和其他地方，或通過雨水沖刷徑流攜帶入水后，或漂浮到空氣中的小顆粒通過降雨和重力沉降進入地表水，水溶性后產(chǎn)生有害成分，導致嚴重的水污染，很難處理。

1.4 對人體的危害

生活垃圾產(chǎn)生的有害物質(zhì)通過水、空氣和土壤為介質(zhì)由呼吸道、消化道和皮膚等進入人體，引起疾病。

2 城市垃圾的主要處理方法

廢棄處置方法分為軟處理、硬處理兩種方法。軟方法主要有經(jīng)濟手段，技術(shù)手段，政治手段，法律手段，其目的是要落實污染者責任的，生產(chǎn)者責任延伸制度，受益者補償，抑制市場失靈，社會和政府失靈，市場的調(diào)節(jié)作用。硬方法主要有分流分類，可再生資源的回收利用，生物轉(zhuǎn)化，熱轉(zhuǎn)換與處理。

在2013世界城市垃圾的末端處理主要有分類回收，填埋，堆肥和焚燒。

2.1 填埋

填埋處理需要大量的土地。同時，也會對大氣造成嚴重污染土壤和水，垃圾中的有害成分，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，而且嚴重危害人體健康的。

2.2 堆肥

堆肥的垃圾要分類，要求有機垃圾含量高。堆肥不能減少，仍然需要占用大量的土地。

2.3 焚燒

焚燒是在高溫下與氧氣供給充足的條件下氧化成惰性氣體和無機不燃固體。首先把垃圾在焚燒爐燃燒，產(chǎn)生熱能并回收余熱用來供熱或電。煙氣凈化后排出，少量剩余殘渣填埋或用于其他目的。其優(yōu)點是完全無害的高溫處理，迅速減容，占地面積小，對周圍環(huán)境的影響較小，而且可以做到熱能回收利用。

3 沼氣工程技術(shù)

3.1 沼氣

沼氣是由多種氣體組成的混合氣體。它含有甲烷，二氧化碳，硫化氫，一氧化碳，氫氣，氧氣，氮氣和其他氣體。比例最大的是甲烷，占總體積的50%～70%，二氧化碳占25%～40%，其他氣體只占約2%的體積。甲烷可以燃燒，是一種無色，無味的氣體，將其與一定量的空氣，點火就可以燃燒，火焰是藍色的，產(chǎn)生大量的熱。有時會產(chǎn)生臭雞蛋氣味，這是硫化氫的獨特氣味，燃燒后氣味沒有了。

3.2 生產(chǎn)原理

沼氣發(fā)酵又稱為厭氧消化，厭氧發(fā)酵和甲烷發(fā)酵，是有機物質(zhì)（如人畜家禽糞便，秸稈，雜草等）在一定的水分，溫度和厭氧條件下，品種繁多，通過數(shù)量巨大，和不同的微生物代謝功能，最終形成甲烷和二氧化碳混合氣體（沼氣）的復雜的生物化學過程。

沼氣發(fā)酵是一個復雜的微生物過程，了解這一過程的微生物的功能和不同類型的活動規(guī)律，才能把沼氣發(fā)酵建立在科學的基礎(chǔ)之上。只有有了大量的沼氣微生物，并使各種類群的微生物得到最佳的生長條件，各種有機物原料才會在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為沼氣。

3.3 生產(chǎn)條件

（1）密封；（2）適當?shù)臏囟?；?）充足養(yǎng)分；（4）最優(yōu)含水量；（5）pH值7～8.5；（6）豐富的沼氣細菌；（7）適宜的發(fā)酵濃度。

4 沼氣工程技術(shù)可行性分析

中國是世界上城市垃圾產(chǎn)量最高的國家，城市固體廢物年產(chǎn)量已超過1.4×108t，超過世界總量的1/4，且每年仍在8%~10%增長速度。在城市環(huán)境日益嚴重的今天垃圾污染將成為一個嚴重的社會問題，需要政府高度重視和解決。傳統(tǒng)的垃圾處理方式不僅會造成大量的污染還會浪費了大量能源，因此，隨著人們環(huán)保意識的增強和垃圾收集工作的推廣和試用，采用沼氣工程技術(shù)處理城市垃圾將成為有效途徑。

初步研究結(jié)果表明，該方法在我國是可行的，具有廣闊的應(yīng)用前景。主要原因如下：（1）技術(shù)設(shè)備簡單，該方法具有工藝簡單的優(yōu)點，設(shè)備成本較低，可塑性較強，具有較好的普遍性。（2）環(huán)境條件適宜，容易建立垃圾填埋場規(guī)模大，效率高；城市生活垃圾有機質(zhì)含量很高，，有利于沼氣的生產(chǎn)，隨著中國改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，垃圾中的有機成分提高，而且有利于填埋場沼氣技術(shù)。（3）具有較高的經(jīng)濟效益。我國目前能源緊張，但勞動力較為廉價，且沼氣工程技術(shù)成本較低，具有低成本高收益的特性，符合中國國情。

5 實例分析

國際上，德國是當今世界上沼氣工程技術(shù)發(fā)展和實踐應(yīng)用最為成功的國家之一，在推進國內(nèi)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、保障國家能源安全、增加業(yè)主收入和生態(tài)安全方面發(fā)揮了重要作用。在2000年德國可再生能源法開始實施以后，沼氣工程得到了快速發(fā)展。在2000年之前的10年間德國沼氣工程的數(shù)量增加了1050座，而從2000年到2010年的10年間就增加了4750座，到2011年已累計建成沼氣工程7200座，遍布整個德國，分別應(yīng)用于私人農(nóng)莊、畜禽養(yǎng)殖場、垃圾處理，總裝機容量為2700MW，最大規(guī)模沼氣電站裝機容量高達55MW，而最小沼氣發(fā)電工程裝機容量僅為7kW。沼氣發(fā)電每年在200×108kW·h以上，超過我國三峽工程的年發(fā)電量，占德國年平均用電量的4.9%。目前，可再生能源已占德國整個能源消耗的8.6%，而且發(fā)展勢頭良好，潛力巨大。用于沼氣生產(chǎn)為目的的能源作物種植面積已達80×104hm2，占德國耕地面積的6.8%。

6 結(jié)語

利用垃圾填埋場沼氣工程技術(shù)處理不僅解決垃圾填埋氣體的環(huán)境污染問題，同時，做到了新能源的開發(fā)和利用，這是一個可行的項目，并且前景可觀。作為正在蓬勃發(fā)展綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)的中國來說，這將是一件非常有意義的事情。利用沼氣工程技術(shù)處理城市垃圾必將得到迅速推廣應(yīng)用。