(上海同济大学)
城市生活垃圾问题,已经成为当今世界的公害之一。随着我国经济的高速发展,城市生活垃圾产量与日俱增,由此而带来的环境污染问题日益严重。据统计,到1997年底,全国668座城市生活垃圾清运量达到10981.92万吨,年平均增长速率达到6%;据估计至2010年城市人口将增达4.5亿,垃圾年产生量将达2亿吨。目前垃圾处理率为57.3%,而真正达到无害化处理和资源化利用的比例约为20%。大量城市生活垃圾露天堆放或简易填埋处置,对环境造成巨大危害。城市生活垃圾的成分也迅速变化,耐久性大件物品、高分子化学用品及有毒物质逐年增加,危害越来越大。
卫生填埋法
针对垃圾堆放法存在的严重弊端,英国和美国等国家率先采用卫生填埋法处置垃圾,其处理场地称为卫生填埋场。卫生填埋场的建造比较复杂。针对渗滤水渗透对地下水的污染,在卫生填埋场的底部和周围必须铺设高性能聚乙燃材料(HDPE)或其他有类似功能的材料,厚度在1.5~2.5 mm,同时在其上面还应铺设至少0.5 m的黏土以防止垃圾对衬底材料的破坏。若采用黏土作衬底材料,其渗透系数也必须小于10-7 cm/s,并且黏土厚度大于2米。在衬层上面铺设集水和排水盲沟,使渗滤水能够及时排出垃圾堆体。排出的渗滤水必须进行有效处理后才能排至水体。目前,用于防渗的材料(主要是高性能聚合物)基本上进口。进口材料40元/平方米以上。一座中等规模填埋场需要的防渗材料量在1000万元以上,约占征地以外投资的三分之一。
在垃圾填埋过程中,应安装间隔50~100米的矩阵型沼气导排管道系统。垃圾填埋高度在10米以上时,可以考虑沼气的利用。若沼气不加利用,应尽可能及时排空,使沼气浓度不在爆炸范围内。填埋场严禁烟火。
垃圾填埋时,应在尽可能小的表面上堆放垃圾,缩小作业面。每天的垃圾堆放高度一般为2~3米。填埋过程中经历倾卸、推土机推铺、压实机压实和土壤覆盖。土壤的日覆盖高度为30厘米左右。当垃圾填埋至所要求的最终高度后(如上海市老港填埋场的4米或杭州填埋场的140~170米),就必须进行厚度为60~100 cm的终覆盖,同时种植各种能够生长的植物,如耐酸耐碱的夹竹桃、四季青(青皮)龙柏、石榴、棕榈、海棠及农作物棉花等。目前上海市老港填埋场已成功地建造了绿化苗圃,面积由原来的30亩一跃成为今天的300亩,苗木品种也从原来的几种发展到今天的30多种,并建成了两个六连株大棚温室及一座占地15亩的盆景园,取得了明显的环境和经济效益。
一座日填埋200吨、使用年限为20年的中型山区型填埋场,其建设费用一般在5000万元以上。卫生填埋法是垃圾无害化处理最简单、费用较低的方法。不过渗滤水处理仍然存在问题。卫生填埋法虽然比堆放法在技术上有明显进步,但资源被埋在地下,无法利用,是严重的浪费。近年来人们意识到可持续发展的重要性,非填埋的垃圾处理方法受到重视,这些方法包括焚烧发电、堆肥农用、分类分选和循环利用等。
焚烧法
焚烧法是垃圾的一种高温处理技术,其最大优点是减量化和无害化程度高。垃圾在温度为850度第一燃烧室焚烧后,产生的烟气再通过温度为1200度的第二燃烧室彻底焚烧和破坏二恶英及氯苯(CB)、氯酚(CP)、多环芳香烃化合物(PAH)等化合物,最后采用各种方法进一步去除酸性气体(氯化氢、二氧化硫、氮氧化物等)、烟尘等。垃圾焚烧产生的热量用于发电或供热。
垃圾焚烧是以环境保护为根本出发点的,其次才是能源利用。因此,在进行垃圾焚烧时,最重要的是环境保护之需要。垃圾焚烧过程,特别是重金属和某些气态污染物的产生过程和这些污染物在气相和固相(底灰)之间的分配,对于二次污染控制技术的发展有重要指导意义。
随着人们环保意识的加强,制定的法律法规越来越严格,许多原有的工艺已经无法适应新的标准。如垃圾焚烧底灰,几年前底灰中的重金属按当时的标准是不超标的,但现在欧洲许多国家要求底灰中的重金属含量应与地壳中的土质相近才能填埋或利用。为此。瑞士、德国等国家又在原来的基础上进一步研究垃圾焚烧过程中重金属的分布与相转移问题,希望底灰中重金属含量下降到地壳土质含量,同时又要节省能源,避免二恶英的产生。
国际上经常采用的垃圾焚烧炉型一般为回转窑和机械炉排,该炉型炉体简单、运行可靠、对焚烧物适应性强,基本上可实现固体物料垃圾的彻底焚烧。由于炉温为700~850℃,底灰不会融熔,炉内不会产生粘壁现象,同时这一燃烧温度不会造成重金属的大量挥发,降低了尾部烟道重金属作为催化剂合成二恶英的可能性。然而,从现在的观点来看,这种工艺的缺点之一却是垃圾中重金属大部分保留在底灰中,致使底灰的重金属含量超过新的欧洲标准。
焚烧技术已成为我国城市生活垃圾处理产业的发展热点。深圳市在引进国外先进技术设备建设的我国第一座现代化大型焚烧厂的基础上,结合国家“八·五”攻关计划,完成了3
炉国产化工程,设备国产化水平达到80%以上,在技术性能方面达到了原引进设备的水平,为我国大中型垃圾焚烧设备国产化奠定了基础。但是“八·五”攻关的总体技术还存在局限性,限制了它的推广应用。当时层燃炉的关键部件一炉排尚未实现国产化。“九·五”攻关期间,出现了一些国产焚烧炉,代表性炉型为流化床焚烧炉,但在技术、投资和运行方面还存在着许多问题,目前不能被普遍接受。
除了深圳垃圾焚烧厂外,上海市有2座大型焚烧厂(300吨/天)在建。许多城市正在计划修建垃圾焚烧厂。
堆肥法
易腐有机废物如厨余、果皮、树叶等,可以通过沤肥、强制通风的好氧堆肥、隔绝空气的厌氧堆肥等措施使有机废物熟化和稳定化,杀灭有害病菌,从而达到无害化。传统的沤肥和厌氧堆肥时间长,一般需要20天以上,但耗能少,成本低。若土地允许,这两种方法是可取的。
通风高温好氧堆肥可使有机物快速稳定化和无害化,一般的堆肥时间为5~10天。但由于需要通风,耗电量大,平均每吨成品堆肥耗电量在10~15度。因此,好氧堆肥成本较高。若无法保本销售,堆肥厂就无法自我运行下去。
另外,传统的堆肥肥效太低,大约100~150吨有机肥相当于1吨普通复合化肥。目前堆肥法的发展方向是堆肥和化肥相结合的有机复合肥制造和在优势菌种的存在下的快速厌氧堆肥。寻找非农业用途的堆肥应用新领域也是堆肥法得以广泛应用的条件之一。
近年来,国内外正在兴起优势菌种高温好氧快速降解有机废物的应用热潮。有某些细菌的存在下,各种肉类、植物类废物能够被迅速分解(一般为1~2天),实现了有机废物就地消化的目标。不过,人们有点担心这种分解能力极强的细菌扩散到环境以后对环境和人类可能产生的影响。
循环利用
应该说我国城市生活垃圾资源化的历史并不短,但技术落后,基本上是原始性的,与国际水平相差很大。只有纸张、部分玻璃瓶、金属容器等可以回收处理,垃圾中绝大部分则送往填埋场或焚烧厂。迄今为止我国仅有极少数几家垃圾分选厂,并且还在发展阶段。由于产业调整等原因,许多机械厂准备从事城市生活垃圾资源化处理设备的研制与开发。国家应该尽快制定政策和投入研究开发费扶持资源化产业。目前,全国各城市都非常重视垃圾的处理,正在进行立项论证。其中大部分城市考虑资源化综合处理技术。一座日处理1000吨的城市生活垃圾资源化综合处理厂需要投资3000万元。我国需要建造这种规模的垃圾处理厂至少100座,相当于30亿产值。
国内这方面的研究开发刚刚起步。上海市、北京市、广州等在开展垃圾分类收集。但由于分类后许多成分无法处理,只好又混合在一起运往填埋场。不解决垃圾分类后的出路问题,将会给资源化方面带来不利影响。
国外许多国家如瑞士等,均已颁布法律,取消城市生活垃圾的卫生填埋处理。因此,大约在15年前,发达国家就开始进行城市生活垃圾的焚烧与综合处理研究,并迅速在工程上应用。目前,这些国家的绝大部分垃圾通过分选,回收含铝和铁废物、纸张、塑料等。易腐有机物进行发酵制成沼气和有机肥。对不能回收和发酵的废物则进行焚烧。综合处理厂并不一定进行回收废物的后处理,而是把回收废物送至有关企业进行再处理。因此,综合处理厂、废物再加工厂、焚烧厂各有分工。综合处理厂进行垃圾分选与分类,有时也进行有机废物的发酵制成沼气和有机肥,废物再加工厂进行某一种或几种废物的处理与再生,焚烧厂则焚烧那些不能发酵和回收利用的废物。
垃圾的分类收集与分选技术
我国许多城市正在开展垃圾源头分类收集,成效很大。在这方面,国外的经验值得借鉴。几年前,瑞士、德国、日本许多国家就进行了垃圾分类收集。在街道、企业、政府等部门放置不同颜色的垃圾桶,要求人们把玻璃制品、易腐物品、金属制品等分开放置。总的来说,市民可以配合得很好。不过,这种分类是很不彻底的。国内外情况完全相同。如厨余物与橡胶制品、布类、竹木、树叶等纤维质有机物、石头、砖瓦、土等混合;金属制品中含有铁、铝、铜制品以及废电池等。这些仍然是混合物的进一步处理,是垃圾分类收集能否全面实施的关键。
在瑞士,易腐有机物,如来自食堂、饭馆等的剩余物,均分类收集运输至生物发酵厂处理。源头分类的金属类废物,包括含铝、铜、铁、锌等为主的废物,需要进一步在分选厂分选。难降解有机废物如塑料、化学纤维制品、布料、植物纤维以及废纸张等可燃废物,在垃圾分类收集系统中属于一类,一般不再细分。对这类有机物,所采和的处理方法都是焚烧或作成衍生燃料提供给水泥厂使用。垃圾分选厂分选出来的废纸张、塑料、玻璃等运往专门的再生处理厂"进行处理回收。这些再生处理厂往往可支付一定费用给分选厂。因此,只要分选比较彻底,后续处理是可以自行维持下去的。