城市固体废弃物资源化利用分析与研究

2024-01-02赵玉海魏显珍王鑫张松

再生资源与循环经济 2023年9期

赵玉海，魏显珍，王鑫，张松

（中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津 300191）

在经济大发展及城镇化进程不断推进的今天，城市固体废弃物处理问题逐渐引起社会公众的广泛关注[1-2]。城市固体废弃物的存在与发展对于城市环境变化以及居民生活质量提升都产生着极其不利的影响[3]。如何有效处置城市固体废弃物成为城市环境治理环节的重要难题。目前，在可持续发展理念的指引之下，资源化处置的思路与方法得到全社会的认可，并逐步应用于城市固体废弃物处置领域[4]。鉴于此，在对城市固体废弃物分类及危害全面分析的基础之上，重点分析了城市固体废弃物资源化利用问题。

1 城市固体废物分类及危害

1.1 固体废弃物分类

当前，城市固体废弃物的分类方法较多，大致可以按照其性质来进行划分[5]。按照固体废弃物的燃烧性质可以划分为可燃性固体废弃物和非可燃性固体废弃物；按照固体废弃物的堆肥特性可以划分为可堆肥固体废弃物和不可堆肥固体废弃物；按照固体废弃物的燃烧值可以划分为高燃烧值固体废弃物和低燃烧值固体废弃物；根据固体废物的资源化利用可能性可以划分为有机废物、无机废物以及可回收废物。

1.2 固体废弃物的危害

1.2.1 固体废弃物对水体的污染

固体废弃物对于水体的影响较为广泛[6]。伴随着国民生活水平的不断提升，国内旅游业发展迅猛，越来越多的旅行人员进入大自然，随之而来的生活垃圾随意丢弃、堆放，直接对大自然环境产生不利影响，其中，水环境的影响最为严重。例如各类生活垃圾遗留在河湖之中，并随水流向下游漂流。城市中的雨水浸泡过垃圾之后，渗入地下，直接污染地下水资源，进而对动植物生长及人类生活质量与健康产生不利影响。总之，固体废弃物中含有大量的病菌，而且重金属及有毒物质含量较高，严重威胁水质的质量与安全[7]。

1.2.2 固体废弃物对大气的污染

固体废弃物的长时间堆积将直接对周围空气产生恶劣影响[8]。固体废弃物在堆放的过程之中会产生刺鼻气味，且挥发出的气体中含有大量的有毒物质，影响空气质量。同时，当前建筑废弃物中含有大量的甲醛、苯环类有毒物质，其释放出的有害气体将直接影响空气质量指标。此外，建筑废弃物中的颗粒物质同样是影响人体呼吸系统的有害物质。

1.2.3 固体废弃物对土壤的污染

固体废弃物在与土壤的接触过程之中，会增加土壤中微生物的分解能力[9]。土壤中含有大量的微生物，其不但可以为植物生产提供充足的养分，促进植物的健康成长，还可以实现对土壤中有害物质的分解，提高土壤的肥力。但是，当土壤中的有害物质超过微生物的分解上限，则未被分解的有害物质将影响植物生长，并随植物进入到人体内，影响人体健康。比如重金属污染带来的植物重金属含量超标，人类一旦食用该植物，将引起重金属中毒。

2 城市固体废弃物处理技术

2.1 预处理技术

所谓的预处理技术指的是在垃圾进行后期处理之前所采取的处理技术[10]。目前，城市固体废弃物的预处理技术主要包括垃圾分类、垃圾压实、垃圾破碎等。其中，垃圾分类近年来受到国家的重视，并在全社会逐步推广，垃圾按照其属性，分为红、黄、绿3 种类型，其中红色垃圾代表有毒垃圾；黄色垃圾代表不可回收垃圾；绿色垃圾代表可回收垃圾。垃圾压实与破碎主要是方便垃圾运输、储存以及后续焚烧、填埋等处理。

2.2 堆肥与厌氧发酵技术

堆肥与厌氧发酵技术充分利用了微生物分解有机物质的原理，对有机固体废弃物进行物理化处置[11]。该技术已经成为城市固体垃圾资源化与减量化的重要技术途径。同时，为了提升处置效率，往往需要在处理过程之中增加调节剂以提升微生物分解的速度。完整且高效的堆肥与厌氧发酵技术需要满足有机物、氧气以及细菌3 者协同合作的条件。

2.3 化学法处理技术

固体废弃物综合处置方法中化学处理技术具有成本高、技术要求复杂等特点。但是，该技术可以从根本上实现固体废弃物的处置及环境修复[12]。例如，针对当前化工园区普遍存在的酸污染、重金属污染、油污染、氰化物污染等，可以借助中和、还原、氧化、沉析、电解、絮凝以及破乳等化学处理技术，从根本上解决固体废弃物带来的污染问题。

3 城市固体废弃物资源化利用途径

3.1 垃圾堆肥

虽然部分城市固体废弃物可以通过自然界的微生物实现自然分解，但是，该处理过程较为缓慢，尤其是在城市快速发展的背景之下，城市中每天产生的固体废弃物已经远远超过了自然界微生物的自然降解极限，造成未被分解的城市固体废弃物在长时间的堆放过程之中产生有毒气体，滋生蚊蝇、病原体，威胁居民健康。为此，借助生物分解技术，实现固体废弃物肥料化，最终实现资源化利用[13]。

3.2 固体废弃物复合材料

城市固体废弃物中含有大量的金属类、硅酸盐类废弃物，借助相应的复合加工技术，可以将固体废弃物加工成为各类复合材料[14]。例如，针对易拉罐、牙膏筒、铝合金等金属废弃物，可以通过增加相应的玻璃纤维以及碎玻璃，加工成为刚性良好、韧性十足的新型复合材料，满足生产需要，也实现了固体废弃物的最大限度资源化。再比如，针对部分固体废弃物中含有二氧化硅、三氧化铝等硅酸盐物质，可以通过相应添加剂的辅助，提炼出各类高强度材料，实现资源化利用。

3.3 生物环保砖块

城市固体废弃物中存在大量的渣土、水泥、废砖、砂浆、沙子等物质，此类物质经过简单的处理，都可以制作成为砖块[15]。例如，水泥和沙子经过一定比例的混合，并在加温加压之后可以形成砖块；废弃的渣土经过简单破碎、成型，可以制作成为土砖等。但是，上述砖块的强度较低，使用范围较窄，无法达到广泛应用。目前，国内外正在开展生物环保砖块的研制，借助相应的添加剂，实现砖块强度的大幅提升。

3.4 制备生态水泥

城市固体废弃物实现生态水泥化的主要工艺有两种。

第一，借助脱水后的城市下水道污泥以及焚烧之后的烧灰为原材料，加入石灰石、赤泥等材料，填充固体废弃物的不足成分，借助干法回转窑进行烧制处理，最终制作成生态水泥熟料，之后，加入硬石膏与Na2SO4对生态水泥熟料进行调凝，最终制作成为表面积450 m2/kg 的生态水泥。该工艺较为成熟，但是对于垃圾焚烧烧灰的成分要求较高，一般需要配建专门的垃圾焚烧厂，投资成本相对较高。

第二，水泥熟料与垃圾焚烧煅烧一体性，将垃圾直接倒入水泥回转窑，温度升至1 650 ℃进行高温煅烧，高温下水泥及垃圾灰能够通过固液相反应生成水泥熟料，配合石膏粉磨为水泥[16]。该工艺省略了焚烧炉，实现了垃圾的直接焚烧，焚烧温度高，垃圾处理效果显著，有害气体的排放量大幅下降，且垃圾焚烧过程中释放出大量的热量，为生态水泥制备提供了一定的能源供应，因此，该工艺的整体能效水平较高。但是，该工艺要求焚烧的垃圾需要具备较高的热值，应该在垃圾分类处理的过程中彻底将厨余垃圾、玻璃等物质剔除。

3.5 堆肥厌氧发酵

第一步，放入底料，该环节的主要处理对象便是底料。底料包括秸秆、污泥、废弃物等固态废弃物，在相应能源的调节之下，提升微生物的降解处理效率，此时，混合物的整体热量会显著增加。第二步，加快堆肥的熟化程度，该环节属于好氧反应阶段，因此，该阶段表现出较为显著的高温、臭味以及有机物质降解加快等特点，操作方式也是多以机械化堆肥为主，但是，该环节也表现出堆肥规模大、占地空间大、肥效不显著以及卫生条件差等问题，这是堆肥厌氧发酵技术需要进一步优化与革新的重要方向之一[17]。

4 城市固体废弃物资源化利用的保障措施

4.1 强化政府支撑力度

城市固体废弃物资源化利用是一项十分复杂而艰巨的社会任务，需要社会资本的广泛参与。由于城市固体废弃物资源化利用在我国还处于发展初级阶段，各项技术还不成熟，企业盈利模式与能力较弱，企业整体参与积极性不高。同时，相关的政策法规还处于空白水平，最终导致我国在该领域内整体实力较弱[18]。为此，国家应该切实提升对城市固体废弃物资源化利用的认识与支持力度，从法规政策到技术支持，给予该领域足够的支撑。鉴于此，建议政府部门制定城市固体废弃物资源化利用的规划，对该领域的广阔前景及社会价值进行评估，并为相关企业量身定制金融扶植政策、技术帮扶政策、税收优惠政策，提升社会资本进入该领域的积极性，并为其提供强有力的技术后盾和人才保障。

4.2 完善相关法律法规

城市固体废弃物资源化利用的高效运转需要完善的法律法规体系作为保障。为此，针对该领域目前存在的法律空白，建议国家基于城市固体废弃物资源化利用发展现状与需求，以母法为基础，从子法与条例方向入手，建立相应的法律法规，以实现城市固体废弃物资源化利用的过程有法可依，有法必依[19]。在具体的法律法规制定过程之中，建议重点做好城市固体废弃物资源化利用的强制性约定，比如结合城市固体废弃物的具体分类，强制性执行资源化利用的具体方向与比例；以垃圾分类管理为基础，强制对城市固体废弃物进行分类，便于后期资源化处理；以再生资源利用为基础，制定相应行业或者工序的再生资源使用规范，实现原始资源的低效利用。

4.3 提高城市固体废弃物回收与再生利用率

为切实提升城市固体废弃物回收与再生利用率，政府部门及相关企业应该切实重视对再生资源的推广意识与力度，提升全社会利用再生资源的积极性，进而实现原始资源损耗的有效控制，避免浪费问题加剧，最终从源头上降低固体废弃物的产生量[20]。例如，煤炭在各行各业中都有着广泛的应用，但是，不同行业对于煤炭的使用价值需求量不同，毫无差异地使用煤炭资源，不仅是对有限的煤炭资源的浪费，也带来了较为严重的固体废弃物危机，加剧环境问题。通过添加相应的辅助材料，比如粉煤灰与煤岩石混合，可以达到建筑领域的使用要求，进而降低建筑领域对煤炭的依赖性，从源头上控制了煤炭固体废弃物的产生量。