基于生物处理技术的城市垃圾处理方式研究

屈紫忱，邓诗雅，闫荣，田璐，郑萌，曹会敏

西安交通工程学院 土木工程学院

一、引言

随着城镇化发展，城市人口数量会骤然增加，生产生活的垃圾也随之堆积如山，生活中的垃圾急剧增加，垃圾处理方式对生态环境的影响不容小觑。由于可用资源的有限性，不可能一直利用开发不可再生资源来发展经济，加之循环回收再利用比例较低，所以对垃圾进行无害化、回收资源化和减量化处理是当前面临的急迫解决的问题[1-2]。

当今应用较多的垃圾处理方法分为填埋法、堆肥法和燃烧法等，但是这些方法还不能完全解决成分混杂的垃圾所带产生的众多问题。目前很多城市提出了垃圾分类措施，通过垃圾分类处理后，可以更便捷地分类处理，这样可以使垃圾利用率进一步提高，但仍有大量不能直接回收利用加工的难处理部分，如何更大限度地回收利用这部分“资源”是一个难题[3-4]。通过对处理方法上进行优化，加快垃圾处理的进度可以节省垃圾所占用的土地空间，而且还能保证城市周边环境被破坏程度的减轻。尽进而地让垃圾“循环利用、变废为宝”，使之助力生态环境保护，让垃圾的资源价值得到充分提升。

二、背景

由于经济的快速发展，人们的生活质量明显提高，伴随而来的却还有城市垃圾危机，诸如各类工业垃圾、生活垃圾对环境的污染、生态破坏问题，尤其是城市垃圾带来的环境污染尤为普遍，工业的高速发展亦造成严重的环境问题，而环境问题具有不可预见性、过程的不可逆性的危害[5-7]。随着人类在生产过程和消费过程中对资源的不合理利用和浪费，导致资源不能充分吸收，排放的废弃物越来越多，即垃圾产量不断上升，对生活的周边环境造成了困扰。为了改进垃圾带来的环境污染，因此需要研究新技术处理垃圾。现在所使用的资源回收、垃圾回收等措施，就是因为资源的有限性、应该寻找可替代的产物，减少浪费，同时降低资源消耗所带来的环境污染率[8]。

总体而言，虽然大多数城市垃圾处理基础设施建设规模在不断扩大，一些城市环境水平也得到进一步改善，但由于一些地区对垃圾处置问题的重视程度不相同，导致管理水平低下，导致垃圾处理清运和处置量跟不上废弃物生成的速率，从而造成恶性循环，导致城市土地被垃圾处理占用、地下水污染、环境污染等问题普遍存。新发展理念模式下大中型城市都迫切需要对于生活垃圾绿色化处理，可持续化转型，资源再利用。如此不但能够解决生态问题，还能产生相对的经济效益[9-11]。

三、生物处理技术应用

针对城市垃圾中有很多不能简单处理的部分如厨余垃圾、生活废物等，将气膜技术引入到垃圾开采、输送、分选和处理整个过程中。生物处理过程使用日常生活垃圾处理具有高含水量的特性，处理过程后进行日常生活垃圾处理的减定量；厌氧技术中沼气的诞生，促进了日常生活垃圾处理的能量化；好氧堆肥技术的产物或者厌氧技术的沼渣可当作化肥进行土壤施肥，进行土壤修复，对生活垃圾的生物处理流程如图1 所示。

图1 生物处理基本流程

（一）生物处理

生物垃圾处置技术是指运用于大自然环境中所有的有益生物，重要成分是各种微生物，把城市生活垃圾废弃物中的可被生物垃圾降解处理的天然有机物等转变能量为有机能量、物质和利用其他生物有益的材料等的一种处置工艺技术。以资源循环利用产业链构建为指导，对广东某大型垃圾填埋场进行生物技术应用后可对其原有生态修复，转化为循环经济产业园区建设用地为研究对象论述。

生物处置技术主要用来处置有机废物，主要包括厨房残渣(腐败的水果、蔬菜、饭后残留等)、哺乳动物大便、植物落叶等。其他不适合生物处理的垃圾包括报纸、塑料盒、玻璃、金属、皮革、橡胶、衣服等；此外，尚有家庭清洁废物、涂料、油垃圾等不适合生物处理[8]。简言之，可用作生物处理的废物很容易腐烂。

生物处理技术主要利用生活废物中的有机成分进行转化，两种技术包括好氧和厌氧技术。好氧技术是通入空气，利用氧气浓度变化将有机物氧化的处理方式，可快速反应，生成物质量好，处理效果显著。厌氧处理技术是通过隔绝空气，制造无氧环境，利用垃圾中反应物自然发生微生物代谢反应，可产生沼气等有用资源；运行成本低，耗能低,利用率更高，但需要更高技术要求。

好氧技术和厌氧技术的代表有堆肥和厌氧消化。预处理堆肥生产工艺，如垃圾分离、细菌和有机物分解、有机肥料成熟、储存和处理。厌氧消化流程，先进行预处理(水解)、厌氧发酵、沼气收集、发电或天然气提纯。大多数微生物技术包含好氧和厌氧技术。好氧技术中有代表性的是堆肥，最后得到有机肥料和沼气等高价值产物，一般用于发电或替代天然气和燃油使用。

（二）防渗系统选择

填埋场底部的防渗透体系包括天然防渗透体系(也称天然防渗透)和人工防渗透体系。渗漏要根据当地实际情况严格确定的,防渗一般有粘土防渗及人工防渗层两种。以某大型填埋场项目为例，项目场地由含水量较高的红土形成，粘土渗透系数也较大，同时场外可用于更换的优良粘土量较少，若采用优质粘土换填法会导致该场地防渗工程量增大，成本增加。考虑采用人工防渗层施工法。

防渗系统设计根据防渗技术的发展以及本项目的投资建设要求，采用经济实用的复合防渗系统设计如下:

在填埋场底部均匀铺设一层一米厚挑选过的垃圾，须保证垃圾中不含钢筋大件金属和其他有可能造成防渗层损坏的物品。渗滤液排水层设计用一层厚度为400 um 级配较好的卵石作为渗滤液排水层。 上面铺设一层150 g/m2机制滤水布作为过滤层。在碎石排水层中再铺设开孔排水管收集渗滤液导致渗滤液调节池。在排水层和防渗膜之间加铺一层600 g/m2无纺土工布层作防渗保护膜，HDPE 底部防水膜采用 1.5 mm 厚的高密度 HDPE膜和双光土工膜，根据施工质量标准进行焊接和测试。GCL膨润土层在防渗膜下覆盖一层4800 g/m2的GCL 润土复合保护层。在防渗膜受损后起到补漏作用。基底层/地基土基底层将按设计标高平整、压实，对软土地方进行换土压实处理，保证地基土的稳定。地下水导排层在基底面下1.0 m 的标高面采用鱼骨状地下水导排沟，沟内设厚度为400 m 级配较好的碎石作为地下水导排层。在碎石导排层中铺设开孔排水管收集地下水并排至场外[3]。其中中温厌氧+HDPE+RO 处理工艺如图2所示。

图2 中温厌氧+HDPE+RO 处理工艺

（三）滤液收集管网

在调节池进行水质和水量的调节过程中，可根据渗滤液罐中的重力特点。设置滤液收集管网，将渗滤液收集到管网。渗滤液收集管网通常铺设在排水层底部，滤液收集排出层由砾石铺底。管网里由导排主管与导排支管组成，管道采用HDPE 管材。

（四）滤液调节容量池

滤液调节容量池是防渗系统中重要的一环。滤液调节容量池容量由于地区的降雨量在季节月份都存在分配不均的情况，渗滤液的水质也在不同温度下有很大的变化。并且有大量的水箱可调节不同季节产生的水量，以根据现有经验和填埋经验，减少每天的渗滤液量，处理废水处理系统。应尽量将容量做这样既可满足渗滤液严禁外排的环保要求，又可降低处理厂的冲击负荷，保证填埋场的安全运转。从偏安全的角度，考虑采用七日最大降雨量(375.5 mm)来计算调节池容积，还考虑到调节池库容的可调渗滤液量，能否满足渗滤液储存一年的可调渗滤液量控制。必须拥有完整的防渗透结构，防止压力调节罐的防渗透层渗漏污染地下水及土壤环境。

在场地周围要还需设置降排水管网，一方面可以减少雨水对场地内土壤的渗透影响，另外一方面可以收集后进入调节池，以减少进入垃圾填埋场的降雨。

四、结论与讨论

通过对某垃圾填埋场项目采用生物技术处理的研究，可以看出生物技术对垃圾处理的优势，能更可能地减少垃圾对生态环境的影响。在当前快速城镇化进程下，城市垃圾优化处理问题面临着需要提高垃圾资源回收率，减轻对生态环境污染的严峻问题。从垃圾处理的方式上，可以看出常见的掩埋法、燃烧法等会产生大量废气废液等危害，也存在非常多的潜在问题。对比这种粗放型方式，本文从废物处理过程的无害化、资源化和减量化方向分析，从垃圾填埋场地的选址和优化垃圾处理方式进行了论述，介绍了一种生物垃圾处置技术，以解决提高垃圾资源回收率问题，可达到垃圾资源高效利用，减少垃圾占用空间，改善生存环境质量，提高资源利用率。为解决环境污染，资源可再生以及生产生活安全等问题提供了借鉴意义。