(一)发达国家城市垃圾管理基本状况
目前,国外发达国家的城市垃圾收集、运输和处理技术已很成熟,并积累了许多经验。在收集方面,大多数国家采取了分类收集;在运输方面,基本采用密闭压缩运输;在处理方面,城市生活垃圾广泛采用卫生填埋、焚烧、堆肥和综合利用(再生循环利用)四种处理方式,表1-1是世界主要工业发达国家城市垃圾处理方式比例;在投资方面,1992年欧洲用于垃圾处理方面的投资约为149.25亿欧元。
表1-1 世界主要工业发达国家城市垃圾处理方式比例(%)
近15年来,欧美发达国家在城市生活垃圾问题上经历了一场革命。这场革命的核心内容就是生活垃圾的综合管理思想的形成和实施,体现在一系列政策体系和管理体系上,最直接的表现就是分类收集的广泛推广和垃圾排放收费的普遍实行。
在过去15年中,工业化国家的垃圾产出量无论在绝对量上还是单位产值产量上,都在急剧增长。1995年欧洲主要国家垃圾产量见表1-2。
表1-2 1995年欧洲主要国家垃圾产量(1000t)
在这种情况下,发达国家的垃圾处理政策也发生了变化。经过不断探索和发展,欧洲国家在城市垃圾污染防治方面形成了一个崭新的思想,其核心就是“可持续发展”。20世纪90年代,许多发达国家治理垃圾的战略目标是:通过选择较高层次的管理目标,达到垃圾处理可持续发展的目的。首先,最优先方案是避免产生垃圾;如果必须产生,产出量要最小。其次,按实际情况,最大可能地进行回用或回收。最后,处理的目标应是回收能源和减少最终处置量。
1.美国城市生活垃圾处理。美国每年产生城市生活垃圾约3亿t,基本上都得到了处理。表1-3为美国部分州1993年城市生活垃圾的产量和处理方式比例情况。在美国,垃圾减量化和资源化始终放在第一位。尽管美国目前填埋处理率较高,但近20年来垃圾焚烧处理在美国发展很快,在大城市或某一地区联合建设大型垃圾焚烧厂已成为一种发展方向,垃圾焚烧量已占垃圾处理总量的10%以上,而庭院垃圾的堆肥和废物的回收利用已占垃圾总量的20%以上。
表1-3 美国1993年城市生活垃圾产量和处理方式比例
美国城市生活垃圾的处理在各个州都有不同的特点,垃圾处理的费用也因地而异,不同的州相差很大。美国垃圾填埋和焚烧处理费用如表1-4所示。
表1-4 美国1993年垃圾填埋和焚烧费用
2.英国城市生活垃圾处理。英国人均垃圾产量同世界其他各国相比是较少的,这同这个国家的工业化水平、人民生活水平以及环保意识关系很大。目前,英国对城市生活垃圾处理的主要方式仍采用填埋,焚烧只占很少一部分,也有一部分堆肥处理,见表1-5。
表1-5 英国垃圾处理方式
3.德国城市垃圾处理。
德国人口总数约9000万,城镇人口约占85%,全国人口的1/3居住在大中城市,约2800万人。德国城市生活垃圾在20世纪70~80年代增长较快,70年代城市垃圾问题已经非常严重,如1972年,德国城镇生活垃圾年产量达到1934万t,人均年产垃圾238kg,从1976~1985年的10年中,人均垃圾年产量从330kg增加到450kg,城市垃圾的总量每年增加8%~10%,1985年达到顶峰。德国政府对城市垃圾处理十分重视,在1991年6月12日实施《包装条例》,并于1998年8月进行了修改补充。该条例规定包装产品的生产商、销售商有义务回收并处理包装废弃物,并承担所需费用,同时规定了不同包装材料必需达到的回收利用率。《包装条例》在德国实施后,大大促进了清洁生产,减少了一次性包装产品的使用,自1990年以后,垃圾产量呈逐年下降趋势,到1995年以后人均垃圾年产量稳定在300kg左右。
德国有较完善的负责垃圾回收的双轨系统,也称绿点标志系统。其做法是每户发一个黄色垃圾桶(袋)(以区别倾倒普通垃圾的黑桶)。凡是印刷有绿点标志的商品包装物,用完后都可免费投入黄桶。现在这个系统又有了发展,在黄桶基础上又发展了蓝色垃圾桶和绿色垃圾桶,蓝色垃圾桶收集纸张,绿桶称“生态桶”,用以收集有机垃圾。在德国居住区的居民房前屋后均放置着这种带有颜色的垃圾桶,数量比较多,以收集厨房及庭院的有机垃圾。根据用户与垃圾收运部门的协议确定清运频率。另外,在几个路段或一个街区设一个收集点,并放置着一组标有不同颜色的垃圾桶,用来分别收集纸张、塑料、玻璃等可回收利用的城市生活垃圾资源,仅收集玻璃的垃圾桶就有三种颜色分别收集无色、棕色、绿色的瓶子。收集点的垃圾桶每30d清运一次,德国人也有自己将垃圾送到垃圾分选厂的习惯。
由于普遍采用了垃圾分类收集并建设了很多垃圾分选厂,使城市生活垃圾中的废品回收率大大提高。1996年,各种玻璃瓶的回收率为79%,废纸的回收率为71%。到1993年,德国的分类收集量已占城市垃圾量的75.5%,包括物质和能量的利用在内,德国城市垃圾的平均综合利用率达到50%。
德国城市垃圾综合利用和无害化处理技术发展很快。发展最快的是垃圾焚烧技术和热回收技术,20世纪70年代全国只有不到10台焚烧炉,年处理垃圾量71.8万t,到1999年已有61座垃圾焚烧厂,年处理垃圾量1000多万吨。同时,垃圾填埋量在逐年减少,为防止垃圾填埋渗滤液对土壤和地下水的污染,对进入填埋场的垃圾制定了严格要求,2005年后,其填埋垃圾中有机物含量不得超过5%。
4.新加坡生活垃圾处理。新加坡因为国土狭小,对于废物减量要求很严格。环境省的政策是以减量化为主要目标,现有的Tuas垃圾焚烧厂、Ulu Pandan垃圾焚烧厂和Senoro焚烧厂合计处理能力已达6000t/d,达到了全部生活垃圾减量化90%的指标。
新加坡环境发展部1987年的总支出额为4.272亿美元,其中,以经营管理垃圾处理设施的工程服务部支出4440万美元,占全部支出的10.4%。
新加坡环境发展部将全国划分成9个分区,并逐步将公共垃圾收集的服务私营化。一家德国公司已成为第一个分区的公共垃圾收集的服务公司,另一家本地公司也将负责第二个分区的公共垃圾收集的服务。
(二)发达国家垃圾处理技术现状分析
1.垃圾焚烧处理。
(1)垃圾焚烧发展过程。垃圾焚烧处理已有100多年历史,但出现有控制的焚烧(烟气处理、余热利用等)只是近几十年的事。它与填埋处理相比,具有占地小、场地选择易,处理时间短,减量化显著(减重一般达70%,减容一般达90%。),无害化较彻底以及可回收垃圾焚烧余热等优点,在发达国家得到越来越广泛应用。特别是近几年来,由于垃圾焚烧烟气处理逐步受到重视,特别是烟气处理技术不断进步(见表1-6),余热利用系统和尾气处理系统得到进一步完善,垃圾焚烧炉又取得新发展。进行余热利用的垃圾焚烧厂被称为“能源回收工厂”(Waste-To-Energy)。目前,垃圾焚烧处理,美国占17%,日本约占75%,德国和法国约占30%~50%,英国占9%~10%,加拿大占5%~6%。
表1-6 垃圾焚烧烟气排放水平单位:(mg/Nm 3 ,PCDD+PCDF为TE ng/Nm 3 )
注:本表摘自《Studies In Environmental Science 67 Municipal Solid Waste Incinerator Residues》,1997年。
(2)焚烧技术类型。目前,在发达国家应用的城市垃圾(MSW)焚烧,主要有:①全量焚烧系统(Mass bum system),通常焚烧处理量250~3000t/d,用来焚烧混合垃圾。②将混合垃圾进行分选处理制成一定尺寸规格的垃圾衍生燃料(Refuse derived fuel简称RDF),制成的RDF燃料比混和垃圾具有较好的均匀性,可以和煤、木屑等其他燃料混和燃烧。③块装组合式焚烧系统(Modular system),通常是指在制造厂制造好标准组件到现场组合安装,此类型焚烧系统处理量相对较小(10~200t/d)。④流化床焚烧炉、热解(Pyrolysis)等,这种处理工艺应用较少。1996年美国垃圾焚烧厂(WTE)统计见表1-7。
表1-7 1996年美国垃圾焚烧厂(WTE)统计
注:资料来源于From 1996 IWSA MWC DIRECTORY,Integrated Waste Services Association,Washington,D.CC.,1996.With permission.
1)全量焚烧系统(Mass burn system)。全量焚烧系统专门设计用于不经预处理的混合垃圾焚烧。这类焚烧炉多为炉排炉。垃圾在一个倾斜的移动的炉排上能够和空气进行充分地混合从而得到较完全的燃烧。目前,有多种专利炉排在实际中得到应用(如摇动式、移动式、反推式等),也有一些系统采用旋转窑代替移动炉排的搅动和混合,并应用于全量垃圾焚烧系统。发达国家城市垃圾大多采用无预处理焚烧系统并进行余热利用,该系统利用率达85%以上。
2)垃圾衍生燃料(RDF)系统。在美国,有一部分地区将混合垃圾通过机械分选、破碎处理等方式制成物理性较均一的垃圾衍生燃料(RDF),RDF最终加工形态根据不同要求可制成不同尺寸规格的颗粒或压缩成块状。由于RDF可部分代替煤直接用于工业锅炉,也可和煤或木屑混合燃烧,因而RDF厂址选择具有较大的灵活性。主要设备有输送皮带、滚筒筛、磁选机及空气分选机等。由于机械设备较多,系统能耗较高,因此系统利用率较低。
3)组合式焚烧系统(Modular system)。这类焚烧系统(又称Controlled Air Oxidization System)一般焚烧量较小,最大处理量为200t/d以下。它的主要部件为两个标准化燃烧室,由制造厂家生产好,现场组合安装,因而适于就地焚烧,多用于医院垃圾、工业垃圾焚烧。通常第一燃烧室采用缺氧燃烧,温度一般为540~760℃,第二燃烧室温度为980℃以上,进料方式为连续进料或批量进料。
4)其他焚烧系统。流化床焚烧又称沸腾炉。炉床由耐火砂粒组成,燃烧时砂床在风力作用下呈“沸腾”状态。物料以砂床为载体呈悬浮状态燃烧,这种焚烧炉的特点是燃烧效率高,占地面积小,但对燃烧物料的尺寸有一定要求。流化床焚烧炉主要有两种类型,一种为内旋流化床(Bubbling Fluidized bed),物料只在炉床上燃烧;另一种为循环流化床(Circulating Fluidized bed),部分没有完全燃烧的物料经过旋风器进入流化床底部循环燃烧。
热解(Pyrolysis),其过程通常是在490~590℃条件缺氧热分解,分解产生的气体送到二燃室进行充分燃烧。热解工艺具有烟气处理简单的特点,目前在美国、德国、加拿大有少量应用。
据1998年统计,德国现有垃圾焚烧厂61座,年处理能力为1389.73万t。其中,焚烧炉58座,热解炉2座,气化炉1座;焚烧炉中约30%为滚动炉排,70%为炉排炉,约83%的垃圾焚烧厂是2~4条生产线。
2.卫生填埋处理。所谓卫生填埋,就是能对渗滤液和填埋气体进行控制的填埋方式。早期的垃圾填埋处理由于未控制其对环境的污染,造成了严重的后果。直到20世纪30年代,在美国的加利福尼亚才首次提出“卫生填埋”的概念。由于垃圾产量大大增加,而且含有有毒有害物质,因此造成环境污染的可能性也大大增加,所以人们对垃圾填埋场的环境影响越来越重视,垃圾填埋场的操作运行管理也越来越严格。
(1)填埋场防渗与渗滤液收集处理。
1)防渗。防渗处理是生活垃圾卫生填埋场选址和建设要考虑的重要因素之一。在填埋场基底没有天然隔水层的情况下,为防止垃圾渗滤液污染填埋场及其周围的地下水,需要对填埋场采取防渗处理。
填埋场的防渗处理包括水平防渗和垂直防渗两种方式。水平防渗是指防渗层水平方向布置,防止垃圾渗滤液向下渗透污染地下水;垂直防渗是指防渗层竖向布置,防止垃圾渗滤液向周围渗透污染地下水。一般填埋场防渗处理要考虑结合采用水平防渗和垂直防渗两种方式。根据填埋场的具体情况,也有采用一种防渗方式就可满足防渗要求。
①水平防渗。填埋场衬层主要有两类,一类是粘土衬层,另一类是人工合成衬层(又称土工膜)。粘土衬层包括天然粘土衬层和人工粘土衬层。在很多地区,粘土衬层由于造价相对较低应用较多。人工合成衬层又称土工膜(Geomembrane),它是不透水的土工合成材料的总称。国外从20世纪80年代开始在垃圾填埋场防渗处理中使用土工膜作为衬层材料,逐步成为一项成熟的技术并得到广泛的应用。通常采用2~2.5mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)塑料作为衬里材料,其渗透系数可达10 -12 ~10 -13 cm/s。目前,土工膜已形成了系列产品,并制定了相应的设计、施工标准。
人工合成衬层作为最近20多年发展起来的新技术应用有所增加,美国环保署(EPA)1987年对美国填埋场使用衬层情况的统计也表明了这一点(见表1-8)。
表1-8 美国填埋场衬层类型统计(%)
注:总数超过100%是因为有的采用了两种以上类型。
根据德国垃圾技术指南要求,从1999年6月1日起,所有新建、扩建生活垃圾填埋场都应设基底、终场防渗系统。图1-1是1995年德国生活垃圾填埋场防渗系统状况,目前设有防渗系统的生活垃圾填埋场比例已有很大的提高。
图1-1 1995年德国生活垃圾填埋场防渗系统状况
②防渗幕墙。填埋场四周采用垂直防渗幕墙并使之与天然隔水层相连接,使得填埋场场底以下形成一个相对独立的水系,垃圾渗滤液就不会通过填埋场的基底和侧壁向周围扩散而污染地下水。填埋场四周的垂直防渗幕墙主要功能就是防渗。在美国、欧洲,膨润土幕墙防渗方式应用较早,一般用于早期无防渗措施并已污染的填埋场的改造,防止垃圾渗滤液进一步污染,在四周设置膨润土幕墙,使得填埋场场底以下形成一个相对独立的水系,通过渗滤液收集井抽取渗滤液并处理。
2)渗滤液处理。填埋场防渗的目的是防止渗滤液扩散进入地下水,要消除渗滤液对地下水和地表水的污染还需要对其进行收集和处理。国外的渗滤液收集系统一般由一系列收集管(通常为 φ 200HDPE收集管)、集水层、过滤层、集水管、集水槽组成。管网布置于衬层之上的集水层中。集水层由砂、碎石组成,一般衬层设计有一定坡度便于渗滤液收集。渗滤液收集后一般有以下几种形式处理:①回喷填埋场;②运输(或管道输送)至城市污水处理厂统一处理;③现场处理。
垃圾渗滤液回喷主要用于降雨量少的干旱地区(年降雨量小于700mm)。垃圾渗滤液经过适当处理,运输(或管道输送)至城市污水处理厂是目前比较好的选择方式之一,但要求城市具有污水处理厂并相距不太远。由于渗滤液水质水量变化大,且污染物浓度高,垃圾渗滤液现场处理并达标排放处理工艺较复杂,投资和运行成本较高,因此,要求从填埋场管理和填埋工艺等方面尽可能减少污水产生量。
1991年根据联邦德国150个生活垃圾卫生填埋场多年监测的50多万个数据统计,渗滤液产生量约为作业区降雨量的30%~60%(年降雨量>500mm),约6~10m 3 /ha/d。表1-9为国外垃圾填埋场渗滤液典型成分,表1-10为国外渗滤液处理技术的主要方法,表1-11为德国垃圾填埋场渗滤液排放控制值。
表1-9 国外垃圾填埋场渗滤液典型成分
续表1-9
表1-10 国外渗滤液处理技术的主要方法
表1-11 德国垃圾填埋场渗滤液排放控制值
注:该标准修改前 -N≤50mg/L。
近10年来,由于垃圾分类收集及垃圾回收利用率的提高,进入垃圾填埋场的有害物及有机物逐渐减少,因此,实际上渗滤液的浓度逐年下降,许多垃圾填埋场的渗滤液不做预处理已可达到排放至城市污水厂的标准。因此,从发展趋势看今后新扩建填埋场的渗滤液将主要集中到城市污水处理场统一处理。图1-2是1995年德国渗滤液的处理体系状况。
图1-2 1995年德国渗滤液的处理体系状况
(2)填埋场作业与填埋机械。填埋方法一般为阶梯式,即操作表面呈斜坡状,坡度为1∶3。这种方法通常由垃圾压实机操作,既可提高场地利用率,又可以减少雨水对垃圾的冲刷。另一种方式为平面式,填埋为分层操作,填完一层后,再填下一层,其优点是操作方便,但由于外露面积大,承受降水量相对也多,故增加了雨水冲刷机会。现代大型卫生填埋场大多采用单元填埋、垃圾压实和日覆盖。
1)垃圾压实。垃圾压实可以延长填埋场使用寿命,此外还可以减少沉降、日覆盖土量以及渗滤液和甲烷的迁移,为垃圾车运行提供更坚实的运行面。影响垃圾压实的主要因素有:①垃圾层厚度。垃圾层的厚度是影响压实程度的最主要因素,为了获得最大程度的压实,垃圾应铺成不大于0.6m厚的薄层,垃圾层越厚,压实效果越差。②压实次数。压实机械一般碾压3~5次即能达到较好的效果。③小单元边坡。1∶3的边坡能使压实机得到较好的压实效果,当压实机械爬这种坡时,通过碾撕垃圾成较小的污块,而获得较高的密度。
2)日覆盖与中间覆盖。一个工作日完成后,一般需进行日覆盖。覆盖可利用附近的自然土,也可用建筑渣土等。覆盖的目的是防止垃圾中的纸张等轻质组分被风吹散等,日覆盖以盖住垃圾为宜,一般覆盖厚度约为15cm。填埋层达到一定高度后(一般4~5m),或一部分暴露时间较长(如2年以上),应进行中间覆盖。中间覆盖主要是为了减少降水进入填埋场,减少渗滤液的形成。中间覆盖对于控制和收集填埋气体也很重要,中间覆盖允许表面径流存在。中间覆土的厚度一般为50cm左右。
3)终场覆盖。终场覆盖能使降水和地表水最低限度进入填埋场,减少渗滤液的产生;可控制害虫繁殖、气体的迁移和不良气味;使火灾危险控制在最低程度;可改善填埋场的景观。覆盖结构基本上可分为两类,简单终场覆盖和HDPE合成膜终场覆盖。绝大多数填埋场采用简单终场覆盖,即使用粘土和表面耕植土覆盖。
4)填埋机械。填埋场的主要作业机械是推土机和垃圾压实机。目前,我国填埋场使用的主要作业机械是推土机,垃圾压实机主要依赖进口,目前全国各城市先后共引进约30台压实机,每台压实机的进口价格约300万元人民币。就全国范围来说,填埋场作业机械也是一个较大的市场,需要工程机械厂家进行专门的研究和开发,以便进一步提高填埋作业机械的工作效能。
(3)填埋场封场管理与填埋气体回收利用。垃圾填埋后会进行一系列复杂的生物反应,填埋气体(LFG)是其主要产物之一。填埋气体的主要成分是甲烷和二氧化碳,甲烷含量约占50%~60%,二氧化碳约占40%~50%,其余为少量的氢、氮、硫化氢等气体。填埋气体的主要成分甲烷(CH 4 )是一种可燃气体,其低位发热值为8570kcal/Nm 3 ,但是CH 4 在空气中的体积达到5%~15%时,可能导致火灾和爆炸事故。由于植物对CO 2 和CH 4 具有一定的敏感性,如果根部聚集LFG,会导致植物根部缺氧,从而危害其生长。硫化氢的主要影响是在大量气体逸出的地方产生臭味。二氧化碳的主要影响是在水中溶解形成碳酸,从而溶解矿物质使地下水矿化。随着环境要求的提高及垃圾填埋技术的发展,卫生填埋场规模不断加大,而且密闭性越来越好。填埋气体有可能大量产生并在场内聚集,其结果将导致场内压力升高,引起填埋气体的迁移。这种无控制的迁移,不仅可造成大气污染,而且可能造成重大火灾、爆炸事故。因此,必须控制LFG的自由转移或扩散。通常采取的方法有:①通过石笼等形式排空;②通过石笼和收集管进行燃烧排空;③通过收集管网系统抽取收集后经过净化处理作为能源回收。
德国垃圾技术指南规定,除一些甲烷(CH 4 )排放量很低的老填埋场可采取被动自然排放外,其他填埋场均应采取主动抽气集中点燃排放。是否利用并无硬性规定,但由于采取主动抽气系统有利于利用,因此,大多数有条件的填埋场均对气体进行了利用。根据德国生活垃圾特性分析,其每吨生活垃圾可产气150~250m 3 ,可发电3.5~5.5kW·h/m 3 。图1-3是1995年德国生活垃圾填埋场填埋气体收集、利用情况。目前,填埋气体收集、利用比例有了很大提高。
发达国家填埋气体收集、利用技术的研究、应用已达到相当高的水平,已开发出成套技术、设备,并制定了详尽的技术标准,多数填埋场的填埋气体收集、利用系统实现了自动化、无人值守。
从发展趋势看,由于进入填埋场的有机物逐渐减少,填埋气体产量亦将逐渐减少,因此国外今后对填埋气体收集、利用技术的研究和应用将呈下降趋势。
图1-3 1995年德国生活垃圾填埋场填埋气体收集、利用情况
3.堆肥处理。
(1)概述。现代堆肥技术是从20世纪30年代开始发展的,已经形成了各种完善的工艺系统和成套设备。由于堆肥产品的市场等原因,垃圾堆肥处理特别是城市生活垃圾的堆肥处理在发达国家曾一度处于停滞甚至萎缩状态。进入90年代以后,由于以下几方面因素,堆肥处理又呈上升的发展趋势:欧美发达国家垃圾填埋场的标准和焚烧处理的排放标准都进行了不同程度的修订并进一步提高,焚烧处理和填埋处理成本也随之增加;垃圾分类收集的普遍推行为垃圾的再生利用也包括堆肥处理的发展提供了良好基础条件;垃圾再生利用(Reuse and Recycling)得到广泛地重视。近几年来,欧美发达国家把垃圾堆肥也看作为可降解有机物的再生利用。垃圾的再生利用是垃圾减量和垃圾资源化的最佳途径。以美国为例,由于禁止庭院垃圾进行填埋处置的条例的实施,庭院垃圾堆肥处理场发展很快,1996年全国庭院垃圾堆肥处理场达到3400座,比1988年增长了4倍以上。为提高城市垃圾再生利用率,城市垃圾堆肥处理也有明显增长(见表1-12)。由于欧洲推行“填埋税”,使得垃圾填埋处理费用显著提高,以及限制进入填埋场的有机物含量的填埋标准将在欧盟内实施等因素的影响,欧洲大陆大型垃圾堆肥场从1990年87座增加到1996年684座;英国的垃圾堆肥场从1990年4座增加到1996年57座;至1999年德国共有550家堆肥设施年处理约650万t垃圾、50家厌氧发酵设施年处理约100万t垃圾、27家机械—生物处理设施年处理约160万t垃圾。表1-13是1995年欧洲主要国家有机垃圾利用情况。
表1-12 美国1988~1996年垃圾(城市垃圾与庭院垃圾)堆肥场数量统计
注:资料来源于Wastes Management April 1997。
表1-13 1995年欧洲主要国家有机垃圾利用率
(2)堆肥系统与设备。作为城市生活垃圾处理手段之一,堆肥就是把生活垃圾中可生物降解的有机物部分进行生物分解,并使之稳定化、无害化和可安全使用于土地。城市生活垃圾中可堆肥物主要是厨余垃圾以及落叶等植物类垃圾,国外用于堆肥的垃圾主要是分类后的有机垃圾、庭院园林垃圾等可堆腐物,只有部分国家采用混合垃圾堆肥,见表1-14。用于处理城市生活垃圾的堆肥系统有许多种。按生物发酵方式可分为厌氧堆肥和好氧堆肥;按垃圾所处的状态可分为静态堆肥和动态堆肥;按发酵设备形式可分为封闭式堆肥和敞开式堆肥;按垃圾物料流动形式可分为间歇式堆肥和连续式堆肥。
表1-14 欧洲主要国家垃圾收集和堆肥方式一览表(1997年)
1)好氧堆肥。根据堆肥供氧方式和物料流动形式,目前国外常用的城市生活垃圾堆肥系统可分为以下几类。表1-15是德国堆肥设施通风方式与处理能力。
①自然通风静态堆肥。这是一种最简单的堆肥方式,就是将准备堆肥的物料堆在一块场地上,堆高在2m左右,料堆形状一般是长条状,也可以结合场地条件堆成其他形状。有条件的地方将堆料场地硬化并加盖防雨设施。这种堆肥方式与敞开式自然堆积很相似,料堆内部常处于受压状态,外面的空气常常不能扩散料堆内部而使其呈厌氧状态,异味大,发酵不够充分,不均匀,发酵周期较长,需3~6个月以上。垃圾经过腐熟发酵后一般通过筛选处理,筛下物作为粗堆肥出售。堆肥过程常用设备为装载机、滚筒筛、皮带机和磁选滚筒等。这种堆肥方式成本较低,目前这一技术在国外已很少应用。
②强制通风静态堆肥。为克服自然通风静态堆肥堆体内常出现的供氧不足的缺点,一般在料堆底部,沿着长度方向设置通风管或通风槽,由高压离心风机根据堆体的发酵状况强制通风。由于通过控制鼓风量能够对堆体的需氧量和含水量实现一定程度的控制,强制通风静态堆肥的发酵周期比自然通风静态堆肥明显缩短。采用强制通风静态堆肥的一次发酵的时间可缩短至10~20d。强制通风静态堆肥多为非露天堆肥。
③机械翻堆条形堆肥(Turned Windrow Composting)。条形堆肥就是采用机械把堆肥物料堆为长条形。料堆的截面为梯形状,高度一般为2m左右,宽度4m左右;料堆的长度根据场地确定。通过机械翻堆来促进料堆与空气的接触称为机械翻堆条形堆肥。翻堆的机械可以是装载机,也有专用的堆肥翻堆机。专用的堆肥翻堆机翻堆效率较高,大型翻堆机翻堆量可以达到1000~2000t/h。
④密闭式机械化翻堆堆肥。该方式主要工艺流程是:混合垃圾经预处理后的可堆腐物进入专门的发酵车间,采用专用翻堆设备翻倒垃圾以利于垃圾的好氧发酵。一次发酵后的垃圾经二次发酵后再根据需要进行筛分处理。
⑤卧式发酵滚筒。又称Dano滚筒,该发酵装置主体设备是一个长20~35m,直径为2.0~3.5m的卧式滚筒。堆肥物料从滚筒的一端进料口进料,物料在筒体内在摩擦力的作用下,随着筒体旋转而提升,同时借助自重而跌落。通过如此反复升落,物料被均匀地翻倒而与供入的空气接触,并在好氧微生物的作用下进行发酵。此外,由于筒体斜置,当物料沿旋转方向提升并靠自重跌落时,逐渐向筒体出口一端移动,这样可实现连续进出料。滚筒旋转速度一般为0.2~1.0转/min,物料填充率为80%左右,筒内温度为45~65℃,停留时间为1~6d。发酵滚筒构造简单,制造、安装、操作和维修方便;具有良好的混合和搅拌功能,不仅有效控制发酵参数呈最佳状态,而且可将一次发酵周期缩短到36~48h,大大提高了效率,减少了占地面积和对环境的污染。但其缺点是运行费用较高。
表1-15 德国堆肥设施通风方式与处理能力 单位:1000t
2)厌氧消化。有机垃圾厌氧消化处理(Digestion)是一种在厌氧状态下利用微生物使垃圾中的有机物快速转化为甲烷和二氧化碳的厌氧消化技术。它是发达国家特别是欧洲近10年来积极开发并获得应用的一项新的垃圾生物处理技术。它与传统的卫生填埋相比,将厌氧消化过程由几年缩短到30d以内,与好氧堆肥相比,改变了占地大、处理时间长、管理复杂和有气味等问题。厌氧消化处理具有过程可控制、易操作、降解快、生产过程全封闭、能源化效果好、产物可计量和再利用等特点。表1-16是垃圾厌氧消化与好氧堆肥技术的比较。
表1-16 垃圾厌氧消化与好氧堆肥技术的比较
注:小型平均:5000~6000t/a;中型平均:10000~12000t/a;大型平均:20000~25000t/a。