城市垃圾的综合利用

2015-01-27杨满平唐川东宋善策范东旭王鑫郭金鹏耿继新

资源节约与环保 2015年6期

杨满平唐川东宋善策范东旭王鑫郭金鹏耿继新

（燕山大学河北秦皇岛066004）

随着我国城市化进程的加快和人口数量剧增，生活垃圾产量越来越大。处理方法的不当使其严重污染了空气、土壤和水源，并引起蚊蝇的孳生、病菌的传播，使人们的身心健康受到严重威胁。如何处理生活垃圾已经成为人们关注的焦点，本文对综合处理城市垃圾并生产沼气的处理方法做了简要的研究。

1 城市垃圾的危害

城市生活垃圾和其他固体废物处理，如果管理不当，有害成分会通过各种途径进入人体和环境造成极大的危害，对生态系统和环境，主要体现在以下几个方面。

1.1 对土壤的污染

城市生活垃圾和其他固体废物长期露天堆放，土壤中有害成分的迁移渗透到地表径流和雨水淋失土壤孔隙。在迁移的过程中，土壤的吸附有害成分。由于土壤的吸附能力和吸附容量大，随着渗滤水的迁移，有害成分表现出不同程度的在土壤固相积累，导致土壤成分和结构的变化，进而产生严重的土壤污染。

1.2 对大气的污染

城市生活垃圾和其他固体废物，如果在运输储藏过程中，净化措施处理不当，会使粉尘随风扬散；堆放和填埋垃圾使废物进入土壤，通过挥发和化学反应，释放有害气体，这将产生严重的大气污染，使空气质量下降。例如：生活垃圾填埋后，有机成分在地下厌氧的条件下，分解会产生二氧化碳，甲烷和其他气体排放到大气中，如果聚集可能引起火灾和爆炸。垃圾焚烧炉运行时会排放颗粒物，酸性气体和没有燃烧的废物，如重金属和微量有机物。

1.3 对水体的污染

如果城市生活垃圾和其他固体废物直接排入河流，湖泊和其他地方，或通过雨水冲刷径流携带入水后，或漂浮到空气中的小颗粒通过降雨和重力沉降进入地表水，水溶性后产生有害成分，导致严重的水污染，很难处理。

1.4 对人体的危害

生活垃圾产生的有害物质通过水、空气和土壤为介质由呼吸道、消化道和皮肤等进入人体，引起疾病。

2 城市垃圾的主要处理方法

废弃处置方法分为软处理、硬处理两种方法。软方法主要有经济手段，技术手段，政治手段，法律手段，其目的是要落实污染者责任的，生产者责任延伸制度，受益者补偿，抑制市场失灵，社会和政府失灵，市场的调节作用。硬方法主要有分流分类，可再生资源的回收利用，生物转化，热转换与处理。

在2013世界城市垃圾的末端处理主要有分类回收，填埋，堆肥和焚烧。

2.1 填埋

填埋处理需要大量的土地。同时，也会对大气造成严重污染土壤和水，垃圾中的有害成分，不仅破坏了生态环境，而且严重危害人体健康的。

2.2 堆肥

堆肥的垃圾要分类，要求有机垃圾含量高。堆肥不能减少，仍然需要占用大量的土地。

2.3 焚烧

焚烧是在高温下与氧气供给充足的条件下氧化成惰性气体和无机不燃固体。首先把垃圾在焚烧炉燃烧，产生热能并回收余热用来供热或电。烟气净化后排出，少量剩余残渣填埋或用于其他目的。其优点是完全无害的高温处理，迅速减容，占地面积小，对周围环境的影响较小，而且可以做到热能回收利用。

3 沼气工程技术

3.1 沼气

沼气是由多种气体组成的混合气体。它含有甲烷，二氧化碳，硫化氢，一氧化碳，氢气，氧气，氮气和其他气体。比例最大的是甲烷，占总体积的50%～70%，二氧化碳占25%～40%，其他气体只占约2%的体积。甲烷可以燃烧，是一种无色，无味的气体，将其与一定量的空气，点火就可以燃烧，火焰是蓝色的，产生大量的热。有时会产生臭鸡蛋气味，这是硫化氢的独特气味，燃烧后气味没有了。

3.2 生产原理

沼气发酵又称为厌氧消化，厌氧发酵和甲烷发酵，是有机物质（如人畜家禽粪便，秸秆，杂草等）在一定的水分，温度和厌氧条件下，品种繁多，通过数量巨大，和不同的微生物代谢功能，最终形成甲烷和二氧化碳混合气体（沼气）的复杂的生物化学过程。

沼气发酵是一个复杂的微生物过程，了解这一过程的微生物的功能和不同类型的活动规律，才能把沼气发酵建立在科学的基础之上。只有有了大量的沼气微生物，并使各种类群的微生物得到最佳的生长条件，各种有机物原料才会在微生物的作用下转化为沼气。

3.3 生产条件

（1）密封；（2）适当的温度；（3）充足养分；（4）最优含水量；（5）pH值7～8.5；（6）丰富的沼气细菌；（7）适宜的发酵浓度。

4 沼气工程技术可行性分析

中国是世界上城市垃圾产量最高的国家，城市固体废物年产量已超过1.4×108t，超过世界总量的1/4，且每年仍在8%~10%增长速度。在城市环境日益严重的今天垃圾污染将成为一个严重的社会问题，需要政府高度重视和解决。传统的垃圾处理方式不仅会造成大量的污染还会浪费了大量能源，因此，随着人们环保意识的增强和垃圾收集工作的推广和试用，采用沼气工程技术处理城市垃圾将成为有效途径。

初步研究结果表明，该方法在我国是可行的，具有广阔的应用前景。主要原因如下：（1）技术设备简单，该方法具有工艺简单的优点，设备成本较低，可塑性较强，具有较好的普遍性。（2）环境条件适宜，容易建立垃圾填埋场规模大，效率高；城市生活垃圾有机质含量很高，，有利于沼气的生产，随着中国改变燃料结构，垃圾中的有机成分提高，而且有利于填埋场沼气技术。（3）具有较高的经济效益。我国目前能源紧张，但劳动力较为廉价，且沼气工程技术成本较低，具有低成本高收益的特性，符合中国国情。

5 实例分析

国际上，德国是当今世界上沼气工程技术发展和实践应用最为成功的国家之一，在推进国内能源结构转型升级、保障国家能源安全、增加业主收入和生态安全方面发挥了重要作用。在2000年德国可再生能源法开始实施以后，沼气工程得到了快速发展。在2000年之前的10年间德国沼气工程的数量增加了1050座，而从2000年到2010年的10年间就增加了4750座，到2011年已累计建成沼气工程7200座，遍布整个德国，分别应用于私人农庄、畜禽养殖场、垃圾处理，总装机容量为2700MW，最大规模沼气电站装机容量高达55MW，而最小沼气发电工程装机容量仅为7kW。沼气发电每年在200×108kW·h以上，超过我国三峡工程的年发电量，占德国年平均用电量的4.9%。目前，可再生能源已占德国整个能源消耗的8.6%，而且发展势头良好，潜力巨大。用于沼气生产为目的的能源作物种植面积已达80×104hm2，占德国耕地面积的6.8%。