村镇生活垃圾生物处理环保高效

2016-11-23席北斗李鸣晓姜永海郝艳

中国农村科技 2016年6期

文|席北斗李鸣晓姜永海郝艳

村镇生活垃圾生物处理环保高效

文|席北斗李鸣晓姜永海郝艳

长期以来，我国广大农村最让人头疼的问题之一就是垃圾。由于村镇居民居住分散，区域人数较少，收入水平较低等种种原因，使得像城市一样的垃圾处理方式、投入既不经济也不实用。如何从科技着手，研发适宜村镇生活垃圾处理的技术与设施，是环保科技工作者一直在探索的难题。

针对城乡一体化地区垃圾填埋空间受限，渗滤液、填埋气污染重等问题，本课题组研发了生活垃圾生物强化预处理技术，实现生活垃圾减量40%，显著降低填埋量与环境风险。生物反应器填埋优化组合技术针对不同生物填埋方式，建立了填埋场中渗滤液有机物浓度动态变化模型，实现填埋过程中污染物降解的关键因素条件控制。相关技术应用于非正规垃圾填埋场综合整治工程，实现生活垃圾资源化、无害化处理与土壤、地下水修复相结合，取得良好效果和示范。

针对村镇生活垃圾有机质含量高等特点进行生物强化预处理与安全填埋，减少垃圾渗滤液对土壤和地下水污染，此项技术利用于非正规垃圾填埋场综合治理，按照风险评估、分级管理、分类防控的总体思路，开展危险废物填埋场地下水污染风险分级管理与防控技术攻关，提出分类防控技术方法与策略，其中针对“中低风险等级”的危险废物填埋场提出科学防控、监测预警技术方案，针对“高风险等级”的危险废物填埋场，研发多级准原位地下水污染修复技术、材料与装备，为我国危险废物填埋场垃圾处理与地下水污染风险分类防控提供科技支撑，辐射带动我国非正规垃圾填埋场治理工程。

我国村镇生活垃圾处理现状与技术背景

有机废弃物是我国村镇生态环境污染、影响村容村貌和村镇居民健康的重要因素。目前在我国每年大约40多亿吨，其中村镇生活源有机废弃物、人粪便，以及村镇服务业带来的有机垃圾量所占份额很大，且呈逐年增加趋势，农业污染控制与减排是我国“十二五”工作的重点。

垃圾处理一般可以分为卫生填埋、焚烧、堆肥等几种方式。在我国，垃圾处理以填埋为主，占70%以上，而这些填埋场中非正规填埋比例极高，近50%为IV级简易填埋，存在场底无防渗、渗滤液处理、日常覆盖不达标等问题，80%以上会有不同程度渗漏，严重污染环境。因此长期以来垃圾资源化处理与二次污染控制一直是国家社会关注的焦点。

本技术采取对生活垃圾中有机组分进行生物强化预处理，降低含水率和有机质含量，实现稳定、无害化填埋，并对已污染的非正规垃圾填埋场土壤和地下水进行多级强化修复，相关成果均在国内有规模化的工程应用，共获得国家授权专利40项，国际发明专利2项，获得2013年环境保护部科学技术一等奖及2014年国家技术发明二等奖。

关键创新技术

图1　堆肥前后微生物群落对比

（一）生活垃圾生物强化预处理+生物反应器填埋优化组合技术

垃圾填埋初期有机质以降解为主，类蛋白类物质和类腐殖质类物质均发生降解，苯环结构上的脂肪类取代基降解成羧基和羰基，有机质分子量降低。垃圾填埋中后期有机质降解速度减缓，腐殖化进程加强，随着时间延伸有机质分子量增大，腐殖化程度增强，稳定性提高。

生活垃圾生物强化预处理技术，是一项易腐烂有机物充分腐殖化稳定化、并促进有机污染物降解、重金属被腐殖质类物质络合降低其生物有效性的技术。该项技术包括生物强化腐殖化接种菌剂，及配套使用的有机废物动态返混生物强化腐殖化堆肥技术。通过分阶段接种和动态返混富含有益功能微生物、醌基物质的发酵物料，实现接种菌剂与土著微生物协同共生，使发酵系统有益活菌量提升1～2个数量级，达到10.0～11.0lgCFU/克，同时醌基物质不断富集，加速小分子物质的定向腐殖化，腐殖化率提高24%。为实现技术转化和产业化推广，开发了有机废物有毒有害物质分选系统、螺旋滚筒堆肥反应器、多阶段接种搅拌堆肥反应器等10多项专利设备，并通过耦合模糊顶点和因子分析方法，优化工艺技术参数，建立动态反馈调控系统，精确控制腐殖化条件，改善发酵微环境，同时利用富含腐殖酸发酵物料作为高效吸附材料去除恶臭气体，形成了有机废物返混发酵全程自动化控制成套装备，使处理周期缩短了14～16天。该技术不仅可用于填埋场修复筛分垃圾的污染土壤处理，也可以用于新鲜垃圾中有机组分处理。

针对不同的生物填埋方式，建立了填埋场中渗滤液有机物浓度动态变化模型，通过试验数据对模型中的参数进行率定，用效率系数法和T检验两种方法对模拟结果进行检验，结果表明实测值和模拟值具有较好的一致性，没有显著性差异（图2）。对模型的参数进行了敏感性分析，为在填埋过程中找到影响污染物降解的关键因素提供了条件。

（二）非正规垃圾填埋场综合整治

非正规垃圾填埋场，底部无防渗，垃圾渗滤液等污染物不断从底部渗漏，20～30年内持续排放，对土壤、地下水、地表水造成严重污染，并影响周边人居环境。针对这类污染严重的非正规垃圾填埋场，本成果从环境综合整治的角度，与地下水修复技术结合，可彻底解决非正规垃圾填埋场环境污染问题。

（1）以高效热解气化发电为核心的生活垃圾综合资源化处理技术

生活垃圾受料后，先经过破袋、人工分选去除大块物体，再经垃圾多级机械分选，可回收生活垃圾中的金属、玻璃、塑料等物质，经过漂洗之后可资源回收制成玻璃纤维与塑料颗粒。石、砼、砖等骨料用于制备绿色节能环保建材；筛上轻质有机物经破碎烘干制成RDF，再热解气化，热解气化产生的可燃气通过蓄温式燃烧室高温（1000℃以上）完全燃烧，并利用换热锅炉进行热量交换，温度由850℃降低至200℃，产生的高温蒸汽送入膨胀螺杆发电机发电，余热气体送入干燥滚筒用于生活垃圾的脱水干燥，烘干尾气送入末端尾气处理车间，采用三相催化氧化工艺达标处理。气化残渣用于绿色节能环保建材的制备。气体经过高温完全燃烧，进行二次均匀高温处理，彻底去除二英，高温气体换热余热用于垃圾脱水，尾气及生物发酵产生的恶臭气体经过生物吸附除臭、喷淋、三相催化氧化等工序处理，达到无尘排放，其余尾气确保达到欧盟的标准。废水部分经处理后回用至非铁金属分离与回收塑料、玻璃的漂洗，其余污水输送至原垃圾填埋场的渗滤液处理站进行集中处理。

图2　不同填埋方式BOD5变化预测

图3　缓释材料中心界面上修复材料浓度的时空分布

（2）地下水污染阻断与原位多级强化修复技术与材料

多级准原位地下水修复系统是一种新型地下水技术，是本项目的标志性成果。该技术是集渗透反应墙技术和地下水井灌技术为一体的地下水修复系统，其具有建设与运行成本低、易施工、对地下水环境的扰动小、灵活性强、适应性强等优点。特别是，采用缓释技术强化的修复材料，可以实现修复药剂定时精准释放，减少药剂浪费，降低地下水修复的运行成本30%，地下水中重金属和有机污染去除率达到85%以上。该技术受国家863课题资助，相关成果在我国长春三道填埋场以及腾格里沙漠地下水污染修复工程中均有应用。

技术推广与示范

（一）河北省高碑店市生活垃圾预处理减量稳定填埋科技示范工程

此项技术应用于中德合作垃圾处理项目——河北省高碑店市生活垃圾预处理减量稳定填埋科技示范工程，年处理生活垃圾4万吨，采用机械分选的方式实现垃圾分类，分类垃圾中无机组分填埋，有机组分通过生物发酵技术生产甲烷气氧化层材料用作填埋场覆盖土，可回收组分二次利用。此项目解决了高碑店市生活垃圾直接填埋的单一处理模式及资源化程度低的问题，降低了二次污染，实现了垃圾无害化、减量化、资源化处理。

（二）浙江省丽水市景宁县非正规垃圾填埋场综合整治科技示范工程

该示范工程分为通天门非正规垃圾填埋场综合整治示范工程和岚头岭垃圾填埋场综合整治示范工程两部分，此项目于2016年成功申请为住建部市政公用科技示范工程类项目。

项目采取“彻底移除污染源、开展非正规垃圾填埋场整治与原生垃圾深度资源化综合处理”三位一体工程技术，将生活垃圾、污染土壤、地下水三大主要污染防治部分进行妥善修复，其核心包括：以高效热解气化发电为核心的生活垃圾综合资源化处理技术、污染土壤生物强化腐殖化修复技术、地下水污染阻断与原位多级强化修复技术。项目节电75%，节煤4100吨，减排二氧化碳1万吨以上，再生土地33亩，实现了资源节约型和环境友好型。