固体废物生物处理新技术及进展

固体废物生物处理新技术及进展摘要本文简要介绍了固体废物的分类及其危害，几种常见的固体废物的处理方法，以及机械生物处理技术。阐述了机械生物处理技术在固体废弃物治理方面的应用研究概况,并对机械生物处理技术在固体废弃物治理中的应用作出了展望。关键词固体废物；机械生物处理技术；生物处理；NewtechnologyanddevelopmentofbiologicaltreatmentofsolidwasteAbstract:Thispaperbrieflyintroducestheclassificationandhazardofsolidwaste,severalcommonsolidwastetreatmentmethodsandmechanicalbiologicaltreatmenttechnology.Wedescribetheapplicationandresearchofmechanicalbiologicaltreatmenttechnologyforsolidwastemanagementaspects,andtheapplicationofmechanicalbiologicaltreatmenttechnologyinsolidwastetreatmentisprospected.Keywords:Solidwaste；Mechanicalbiologicaltreatmenttechnology；biologicaltreatment；随着科技的进步，城市化进程不断扩大，人们生活水平的不断提高，固体废弃物的数量逐年递增。据有关报道，中国城镇居民每年人均产生垃圾约450kg，全国城市垃圾的年产生量为1.8～2亿t，并以平均年增长率8.98%的速度增加。2006年，美国产生了2.51亿t城市固体废弃物[1]，而欧盟的15个国家产生了2.19亿t城市固体废弃物[2]。固体废弃物的处理问题越显严重，如何处理固体废弃物已经成为目前当务之急[3]。1.固体废物的分类固体废弃物是指人类在生产、加工、流通、消费以及生活过程中利用完其实用价值后向环境排出的固体或泥状的物质[4]。固体废物种类繁多，按其组成可分为有机废物和无机废物；按其形态可分为固态的废物、半固态废物和液态（气态）废物；按其污染特性可分为有害废物和一般废物等[5]。在《固体废物污染环境防治法》中将其分为城市固体废物、工业固体废物和有害废物。1.1城市固体废物城市固体废物是指居民生活、商业活动、市政建设与维护、机关办公等过程产生的固体废物[6]，一般分为以下几类：1.1.1生活垃圾：城市生活垃圾是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物，我国城市垃圾主要由居民生活垃圾、街道保洁垃圾和集团垃圾三大类组成[7]。居民生活垃圾数量大、性质复杂，其组成受时间和季节影响大。街道保洁垃圾来自街道等路面的清扫，其成分与居民生活垃圾相似，但泥沙、枯枝落叶和商品包装较多，易腐有机物较少，含水量较低。集团垃圾指机关、学校、工厂和第三产业在生产和工作过程中产生的废弃物，它的成分随发生源不同而变化，但对某个发生源则相对稳定。例如，来自农贸市场的垃圾以易腐性有机物占绝大多数；旅游、交通枢纽的垃圾以各类性质的商品包装物及瓜果皮核为主；制衣厂、制鞋厂及电子、塑料厂的垃圾一般以该厂主要产品下脚料为主。1.1.2城建渣土：城建渣土包括废砖瓦、碎石、渣土、混凝土碎块（板）等。1.1.3商业固体废物：商业固体废物包括废纸、各种废旧的包装材料、丢弃的主（副）食品等。1.1.4粪便：工业先进国家城市居民产生的粪便，大都通过下水道输入污水处理场处理。而我国的城市下水处理设施少，粪便需要收集、清运，是城市固体废物的重要组成部分。1.2工业固体废物工业固体废物是指在工业、交通等生产过程中产生的固体废物。工业固体废物主要包括冶金工业固体废物、能源工业固体废物、石油化学工业固体废物、矿业固体废物、轻工业固体废物、其他工业固体废物。1.3有害废物有害废物又称危险废物，泛指除放射性废物以外，具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性因而可能对人类的生活环境产生危害的废物。世界上大部分国家根据有害废物的特性，即急性毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、浸出毒性和疾病传染性，均制定了自己的鉴别标准和有害废物名录。联合国环境规划署《控制有害废物越境转移及其处置巴塞尔公约》列出了“应加控制的废物类别”共45类，“须加特别考虑的废物类别”共2类，同时列出了有害废物“危险特性的清单”共13种特性。根据1998年1月4日由中华人民共和国国家环境保护局、国家经济贸易委员会、对外贸易经济合作部和公安部联合颁布，于1998年7月1日实施的《国家有害废物名录》中，我国有害废物共分为47类。其中规定，“凡《名录》所列废物类别高于鉴别标准的属有害废物，列入国家有害废物管理范围；低于鉴别标准的，不列入国家有害废物管理。”固体废物的类别，除以上三者之外，还有来自农业生产、畜禽饲养、农副产品加工以及农村居民生活所产生的废物，如农作物秸秆、人畜禽排泄物等。这些废物多产于城市外，一般多就地加以综合利用，或作沤肥处理，或作燃料焚化。在我国的《固体废物污染环境防治法》中，对此未单独列项作出规定。2.固体废物的危害废弃物不当堆放不但会影响到环境的美观，还会对周围的大气、水体造成污染。它会向大气中散发臭不可闻的气体、扬尘，当经雨水冲刷后，其中的一些易溶物会随水一起渗入地下或流到周围的水源，经一步污染土壤、水源。从而进一步影响人们正常的生产生活。还会为一些细菌、病毒提供繁殖的空间，其潜藏的危险更大[8]。所以对于固体废弃物的处理至关重要。3.常见固体废物处理方法固体废弃物的处理是以资源化、减量化、无害化为目的，经过分选,破碎,压实和固化等预处理，对固体废弃物进行填埋、焚烧和堆肥等最终处理[9]，高效回收有用资源，降低固体废弃物对环境的污染。3.1卫生填埋卫生填埋是选择合理的堆放场地，经过防水渗漏、复土等措施而进行垃圾处理的一种方式，在世界上许多国家得到广泛应用[10]。我国80%以上的垃圾采取卫生填埋，其优点是投资少、处理费用低、处理量大、操作简便。其缺点是占地面积大，而且随着人类生活垃圾的不断增多，其占地面积也会随之而不断增多,地处偏僻，运距较远,选址困难,固废中的有害物质渗漏可能会对地下水造成污染，会造成二次污染[11]。3.2堆肥堆肥法就是将固体废弃放在特定的条件下，经过自然或菌种作用，发酵升温降解有机物，实现无害化,经筛分处理后产生有机肥或深加工为有机复合肥的处理方法[12]。堆肥法分为好氧堆肥法和厌氧堆肥法。目前堆肥处理的主要对象是城市生活垃圾和污水处理厂污泥、人畜粪便、农业废弃物、食品加工业废弃物等。但有机物的分解难完全，无量化难彻底，堆肥时间长，占地面积大，且有机肥的肥力较差。在国内垃圾处理总量中，堆肥占到l0％~20％，这几年来其比例有明显下降[13]。3.3焚烧垃圾焚烧是利用高温将垃圾中的有机物彻底氧化分解，在燃烧过程中将碳及氢元素转化为CO2及水，高温下杀死病毒和细菌，有效地减量和减重的一种方式，燃烧后的残渣量只有原垃圾量的5％~20％,适合于可燃物含量较高的生活垃圾[14]。焚烧法是世界各个发达国家普遍采用的垃圾处理技术。目前等离子焚烧法和两段式气化焚烧法在国内也渐渐地普及[15]。垃圾焚烧法占地少、污染小，热能可以利用,但投资和运营成本高，焚烧产生的气体（如二恶英）[16]和灰烬可能会造成二次污染。目前在我国城市垃圾处理中焚化法占比仅为5％。3.4热解固体废弃物热解是指在无氧或缺氧条件下，使可燃性固体废物在高温下分解，最终成为可燃气体、油、固形碳的化学分解过程[17]。热解方法适用于城市固体废弃物、污泥、工业废物如塑料、橡胶等。热解产生的可燃气、油等，可以回收利用,其能源回收性好，环境污染小，减少焚毁造成的二次污染和需要填埋处置的废物量，这是热解处理技术最大的优点；热解处理缺点是技术复杂，投资巨大[18]~[19]。3.5微生物处理微生物处理法就是利用微生物的自身的新陈代谢对固体废弃物进行分解作用使其无害化。养殖蚯蚓是微生物处理垃圾的一种方法[20]。一条蚯蚓每天吞食的垃圾量相当于其体重的2～3倍，经蚯蚓吞食处理后的排泄物是优质无味、无害、高效的多功能生物肥料，可用于花卉栽培及果蔬生产。此外经过蟑螂分解后的有机物垃圾不仅仅没有腐败发臭的污染物生成，而且还是优质的有机肥料[21]。微生物处理方法投资少，简便易行，处理彻底，不形成二次污染，事实上重建一个物质的再循环过程，既可消除环境污染，又可变废为宝。3.6资源化利用由于固体废弃物含有各种各样的可以回收利用的组分，资源化地利用固体废弃物，不仅仅降低其对环境的污染，还可以具有良好的环境效益和社会效益。由上海亚顿公司研制的A—T垃圾资源化处理方法，将混合的陈腐垃圾、建筑垃圾或工业垃圾进行粉碎，然后加入适量的配物料和生化试剂，经过强制搅拌混合和一系列生物化学过程后注模成型，由此可以制成各种高强度、符合轻型建筑材料，且无废水、废气、废渣的排放，具有处理费用低，设备投资少，经济效益大，工艺简单等优点[22]。4.机械生物处理技术4.1机械生物处理机械生物处理（Mechanical-biologicaltreatment，MBT），是现代生物技术在垃圾处理方面应用的典型技术。最初的MBT处理技术为烟道式处理工艺，可去处20%～30%的有机垃圾，剩余70%左右的垃圾至填埋场填埋[23]。垃圾的机械生物处理技术的原理利用机械（破碎、分选等设备）和生物（好氧堆肥、厌氧消化）技术有机的结合起来[24]，可作为单独一项垃圾处理技术，也可以作为焚烧、填埋等工艺的预处理技术。机械生物处理（MBT）是废物的中间处理设施，而不是最终处置场所。MBT不是单一的处理技术，而是不同工艺单元的组合，因此有多重组合方式。不同的组合其功能、运行方式等各不相同[25]。每种组合工艺都有其优点和缺点。4.1.1机械处理阶段机械处理一般有两个主要目的：一是尽量回收垃圾中可资源化、但又不可生物降解的物质，如金属、塑料、玻璃等；二是为接下来的生物处理提供条件，如去除砂石、把物料破碎成比较小块物质[26]。机械处理阶段要尽可能去除不可生物降解的物质。不同的MBT工艺其侧重点不同，有的更侧重于能量物质（如甲烷气体）的回收，而有的侧重于分拣可回收物质。4.1.2生物处理阶段生物处理一般包括好氧堆肥和厌氧消化。厌氧消化系统是以产生可利用的能源气体（沼气）为目的的，利用沼气可发电或供热。好氧堆肥系统主要是为了是垃圾稳定成可利用的肥料，并回收塑料等物质（经堆肥处理后，塑料上附着的残余食物等被去除掉）。4.2机械生物处理的应用垃圾填埋一直是英国、德国、意大利等西欧国家及大多数发展中国家最主要的垃圾处理方式，但垃圾填埋场中渗滤液和填埋气体的产生在很大程度上受垃圾中可生物降解物质的影响[27]。垃圾经过机械生物处理滞后在填埋，可缩短垃圾的稳定化时间，还可以降低填埋气的产生量。在德国，MBT技术已成为城市生活垃圾管理和处理处置环节中的重要组成部分[28]。德国垃圾处理的方式有：机械生物处理，堆肥，焚烧，热处理和填埋等。其中MBT处理是德国废物处理过程中的重要环节。德国的机械生物处理技术是首先利用机械分选设备，把垃圾中高热值物质、金属和玻璃等有用物质分离出来加以利用，垃圾中的有机质部分经过生物的好氧或厌氧处理后实施填埋。德国厌氧发酵后的固体残渣一般经好氧处理后直接填埋处理而不是二次利用，这主要是考虑到固体残渣中含有高浓度的重金属，在应用过程中可能造成环境污染。2006年，德国共有36个典型的MBT处理厂，年处理能力达380万t。4.2.1机械生物联合处理技术机械生物预处理技术单独作为一种垃圾处理技术称为机械生物联合处理技术。一般体现为好氧堆肥处理技术和厌氧消化处理技术。好氧堆肥适合含水率为40%～70%的生物垃圾，厌氧消化适合含水率大于80%的生物垃圾[29]。现代化的垃圾好氧堆肥工程和厌氧消化工程均采用机械生物联合处理技术，