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快速增长的生活垃圾对人类生活和环境都有严重危害,这些垃圾不仅占用了大量的土地,还破坏了城市景观,污染空气,污染水体,易引起火灾,而且对人类赖以生存的环境造成了持续性的污染,进而对人体健康及生态都构成威胁[3]。
因此,如何实现生活垃圾的减量化、资源化、无害化成为城市发展可持续所关注的新焦点。
本文以北京市为例,分析其生活垃圾的处理现状、组分及理化性质,探讨生活垃圾资源化处理模式的可行性,以期为现代城市生活垃圾处理和资源化再利用提供参考。
1现行生活垃圾处理方式
生活垃圾处理专指垃圾中由居民排放的各种废弃物(不包括市政设施与修建垃圾)的处理,包括为了运输、回收利用所进行的加工过程。
处理的目的是使垃圾的形态和组成更适于处置要求。
目前生活垃圾的处理方法主要有填埋、堆肥及焚烧三种处理方法。
填埋法是指利用天然地形或人工构造,形成一定空间,将垃圾填充、压实、覆盖,达到储存的目的。
目前我国垃圾填埋处理的比例超过85%[4]。
堆肥法是利用自然界广泛分布的细菌、真菌和放射菌等微生物的新陈代谢作用,在适宜的水分、通气条件下,进行微生物的自身繁殖,从而将可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化。
堆肥技术适合于易腐烂、有机物质含量较高的垃圾处理。
利用生活垃圾堆肥在我国已有较长时期。
焚烧法是一种高温热处理技术,即以一定的过剩空气量与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应,废物中的有毒物质在高温下氧化、热解而被破坏,是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术[5]。
焚烧法减容减重性好(减重一般达70%,减容一般达90%),无害化彻底,可回收能源等特点,因此是世界各发达国家普遍采用的一种垃圾处理技术。
以上三种主要的生活垃圾处理方式有各自的优点,但也存在着一定的不足(表1)。
表1城市生活垃圾处理技术经济比较
项目比较
卫生填埋
堆肥
焚烧
机械设备
设备相对较少,处理技术相对简单
配套设备较多,分选要求高
设备复杂,高新技术投入多
占地面积
占地大,场地受限
中等
小
对垃圾质量要求
无要求
有机物含量≥40%
垃圾低位热值>
4186000J/kg,水分<
50%,灰分<
30%
二次污染
难以彻底解决渗滤液污染
轻微污染,易控制
须用先进技术控制有害气体排放
单位投资(万元/t)
低(2~7)
中等(4~6)
高(6~16)
无害化程度
可达无害化
无害化彻底
资源化产品
沼气,资源化利用率低
粉肥和有机复混肥,资源化利用率较高
热解,资源化利用率低
运行费用(元/t)
低(10~20)
中等(5~18)
高(20~50)
优点
处理工艺简单,处理量大
占地适中,投资较低,产品可作肥料
占地小,无害化彻底,减容效果好
缺点
占地大,场地难选,渗滤液难处理
可燃有机物不能处理,堆肥销路不好,处理受限
投资高,运行费用高,烟气处理难,易造成二次污染
从某种意义上说,生活垃圾具备被资源化利用的潜力[1]。
废弃物是相对某一过程或在某一方面没有使用价值而言的,而并非在一切过程或一切方面都没有使用价值。
如果利用恰当,某一过程中的垃圾往往是另一过程的原料,如垃圾中可降解有机物,是生产有机肥料的上好原料[5.6]。
随着经济发展,人民生活水平的提高,城市生活垃圾的构成发生了很大变化,表现为垃圾中灰土量减少,废品含量增大,可利用价值提高;
同时,随着对城市生活垃圾处理水平由过去的野外堆放、简易填埋等初级处理渐渐提高到现在的高温堆肥、卫生填埋、焚烧等高级处理,使得垃圾处理过程中产生的副产品可以利用,如卫生填埋过程中产生的沼气,焚烧过程中产生的热能用来发电和供热。
像这样通过物理、化学、生物等各种方法从垃圾中或处理过程中回收有用物质和能源为主要目的的处理过程,可称为城市生活垃圾资源化。
常用的垃圾资源化方法有三大类,一是循环再利用类,如啤酒瓶的回收再利用;
二是加工再利用类,如塑料的熔融再生,纸及纸板的制浆造纸,纸和塑料等可生产复合板材,可燃垃圾可作燃料;
三是转换利用类,包括塑料和橡胶的热解,可生物降解有机物做沼气,可燃垃圾焚烧作燃料,无机垃圾和玻璃等的固化[7],塑料橡胶类的汽化熔融,可生物降解有机物用于堆肥,食品垃圾用作饲料等等。
在过去近二十年中,几乎所有工业国家在城市生活垃圾的管理上,都由单纯的处置(填埋、堆肥、焚烧)转向综合利用与处置,从根本上改变了生活垃圾处置的内涵。
我国对城市生活垃圾污染防治起步较晚。
目前,我国城市生活垃圾处置最主要方式是填埋,约占处理量的70%以上,其次是高温堆肥,约占20%以上,而焚烧量甚微[8.9]。
生活垃圾综合处理不但提高了生活垃圾的处理率,而且实现了垃圾的无害化、减量化和资源化。
易腐物和可燃物都得到了利用,故填埋量小(只占总体积的15%~20%),节省了填埋空间,填埋物主要为不可再利用,或再利用产生的终极废物,不会带来严重的二次污染;
综合处理中仅可燃垃圾进行焚烧,焚烧物易燃,产生的烟气少,二次污染小;
采用综合处理方式后,堆肥法只处理易腐有机物,成分单一,轻易堆腐,而且处理费用低,产品质量好。
2北京市生活垃圾近几年变化情况
图12004-2008年北京生活垃圾年产量变化图
北京作为一个发展中的特大型城市,其产生的生活垃圾数量本身就庞大,并且有不断增长的态势。
由图1[3]可知,北京市生活垃圾产生量由2004年的495万吨增长到2007年的619万吨,并在2008年达到672万吨,生活垃圾已经成为限制其可持续发展的一个主要影响因子。
3北京市生活垃圾现行的处理现状
到2008年底,北京市共有垃圾处理设施23座,总设计处理能力为157l0t/d,包括:
小武基、马家楼、大屯等6座生活垃圾转运站,北神树,安定、阿苏卫、六里屯等13座生活垃圾卫生填埋场,南宫、怀柔2座生活垃圾堆肥厂,昌平、顺义2座生活垃圾焚烧厂(厂建情况如表5-3)。
填埋、堆肥、焚烧三种处理方式的比例分别为:
90%、8%、2%。
虽然全市垃圾无害化处理率从2005年的81%提高到2008年的94%,但其分类收集及资源化率还停留在中等水平。
截至2007年底,垃圾分类收集率仅达到52%,资源化率也只有35%[3]。
虽然北京市的城市生活垃圾处理成效显著,但是90%是靠卫生填埋,而且填埋前的大部分仍未经过分类分拣,多以混合垃圾填埋,其中的大部分可回收物、可焚烧物或可堆肥物等被一并填埋,不能再生利用,资源利用率低。
生活垃圾混合填埋还会污染地下水及土壤,造成后期处理成本高。
垃圾堆放产生的臭气也严重影响周边环境的空气质量,大多数填埋场产生的填埋气体直接排入大气,即污染环境、浪费资源又造成安全隐患。
混合垃圾大量占用填埋场的空间资源,导致填埋场占地面积大,消耗大量土地资源,而且各填埋场处理能力有限,服务期满后需重新投资建设新的填埋场。
北京市生活垃圾经堆肥、焚烧处理的百分量刚达到10%,而且处理前也没有对其进行分类分拣。
在堆肥处理时不能处理不可腐烂的有机物和无机物,垃圾中石块、金属、玻璃、塑料等不可降解部分也没有分拣出来进行另行处理,因此减容、减量及无害化程度低。
混合生活垃圾成分复杂,未经分拣直接焚烧,导致燃烧的效率低,焚烧尾气污染严重,增加烟气处理的难度和污染控制成本。
总体来说,北京市生活垃圾的处理方式多为单一处理,不仅资源化水平低、占用大量土地,而且安全隐患多,同时还严重污染大气和水环境。
北京市生活垃圾处理有待寻求资源化的新出路。
表2北京市城市生活垃圾处置的建设情况
项目名称
建设时间
年处理量(万t)
项目介绍
董村垃圾焚烧厂
1997~1998
21.9
处理能力为600t/d的垃圾焚烧厂
六里屯垃圾卫生填埋场
1996~1998
54.7
处理能力为1500t/d的垃圾卫生填埋场
安定垃圾卫生填埋场
1995~1997
18.3
可使宣武、丰台垃圾无害化处理,占地27.3ha,有效填埋容量400万m3,减少占地0.035km2,经济效益52.5万元/年
北神树垃圾卫生填埋场
可使崇文区、朝阳区部分垃圾无害化处理,占地33.8ha,有效填埋容量435万m3,减少占地0.035km2,经济效益52.5万元/年
南宫垃圾堆肥厂
14.6
年堆肥4万t,占地684ha,减少占地0.028km2,经济效益42万元/年
大屯垃圾综合处理厂
处理能力为600t/d的垃圾综合处理厂
高碑店粪便处理厂
1995~1998
36.5
一期处理能力达400t/d,最终为1000t/d
五路居垃圾转运站
—
总占地16500m2,日转运垃圾1500t
马家楼垃圾转运站
日转运垃圾980t
小武基垃圾转运站
4北京市城市生活垃圾组分及理化性质
根据城市垃圾的组成,可将垃圾分为有机物和无机物两大类。
有机物包括食品类、纸类、塑料类、织物和木竹,无机物包括灰土、砖瓦、金属和玻璃。
表3中列出了北京市2001、2005和2008年生活垃圾中有机物和无机物的百分含量[10.11.12]。
从表中可知,有机物中若不把食品类计算在内,其含量计算分别为41%、43.4%和46.7%,使呈增长趋势的。
无机类的增长,主要是可回收品(金属、玻璃)的增长,这也证明了城市经济发展水平和居民消费税品直接影响着城市生活垃圾组分。
表3北京市城市生活垃圾各组分百分含量(%)
年份
2001
2005
2008
有机物
食品类
纸类
塑料
织物
木竹
合计
40.5
15.6
15.7
2.1
7.6
81.5
38.3
16.2
17.4
2.2
81.7
36.4
17.2
19.8
2.3
7.4
83.1
无机物
灰土
砖瓦
金属
玻璃
8.7
1.4
7.1
18.5
1.6
7.9
4.9
1.8
8.6
16.9
采用何种垃圾处理技术,就垃圾而言,除了构成的组分,还取决于垃圾的理化性质指标。
而垃圾理化性质指标需要通过垃圾组分和各组分的理化性质指标进行转换。
生活垃圾理化性质指标主要有以下几个:
(1)垃圾含水率
垃圾含水率是研究垃圾特性,确定垃圾处理方法必不可少的参数。
垃圾中所含水分质量与垃圾总质量之比的百分数,就是垃圾含水率W,用(%)表示,计算公式为:
(1)
式
(1)中:
W—垃圾含水率(%);
wi—垃圾中第i种组分含水率(%);
mi—垃圾中第i种组分百分含量(%);
ci—测定的第i种组分含水率(%)。
(2)垃圾灰分
灰分是指垃圾中不能燃烧也不挥发的物质,即灰分是反映垃圾中无机物含量的参数,常用符号A表示,其数值即是灼烧残留量(%)。
计算式为:
(2)
式
(2)中:
A—垃圾灰分量(%);
Ai—垃圾中第i种组分灰分(%);
ai—测定的第i种组分灰分(%)。
(3)垃圾中可生物降解有机物总含量
城市生活垃圾可生物降解的有机物主要有食品类、纸类、织物类、木竹等。
计算式为
(3)
式(3)中:
G可—垃圾中可生物降解的有机物总含(%);
mi·
可、wi·
可、ai·
可—分别为垃圾中第i种可生物降解的有机物含量、含水率和灰分的百分含量(%)。
(4)垃圾中不可生物降解有机物总含量
城市生活垃圾中不可生物降解的有机物主要有塑料和橡胶。
(4)
式(4)中:
G不—垃圾中不可生物降解的有机物总(%);
不、wi·
不、ai·
不—分别为垃圾中第i种不可生物降解的有机物含量、含水率和灰分的百分含量(%)。
(5)垃圾中可生物降解有机物干基高位热值
城市生活垃圾热值对分析燃烧性能,判断能否选用焚烧处理工艺的一个极为重要的特性参数。
(5)
式(5)中:
H可—垃圾中可生物降解的有机物干基高位热值(kJ/kg);
hi·
可—测定垃圾第i种可生物降解有机物组分干基高位热值(kJ/kg);
(6)垃圾中不可生物降解有机物干基高位热值
(6)
式(6)中:
H不可—垃圾中不可生物降解的有机物干基高位热值(kJ/kg);
h不可—测定的第i种不可生物降解有机物组分干基高位热值(kJ/kg)。
表4生活垃圾各组分的理化性质指标(湿基)
类别
组分
含水率
(%)
挥发分
灰分
干基高位热值
(kJ/kg)
68.8
26.2
5
4650
纸类
27.7
66.3
6
16600
塑料
16.7
73.3
10
32570
织物
26.4
70.6
3
17450
木竹
20.3
88.2
1.5
18610
不可燃物
2~25
75~98
表52008年北京市生活垃圾的理化性质指标
项目
有机物(%)
生物可降解
生物不可降解
可降解部分
不可降解部分
理化指标
36.8
20.5
28.5
14.5
3992
2738
由表5可知,北京市2008年生活垃圾中有机物含量较高,几乎达到83%,有机物生物可降解含量也大于不可降解的含量,具有较高的生化处理潜力,而且干基高位热值也处在较高的水平,其焚烧产热能力不可估量。
可见北京市生活垃圾资源化处理,具有非常大的潜在发展前景。
5生活垃圾的综合利用--资源化处理模式
生活垃圾资源化处理流程如图2:
首先将混合垃圾破袋、分拣、回收可再利用组分,包括金属、塑料类、纸类等共38.6%。
其剩余物可主要采用风力分选剔除不可焚烧的无机物,如灰土、砖瓦及玻璃等,这一部分有15.3%,可以作为建筑原料回收利用[13]。
经以上分类分拣后的部分,其中占36.4%的食品类垃圾产沼或堆肥,沼气可燃烧,堆肥后可用于园林、绿地肥料。
生活垃圾中的织物、竹木等共9.7%用来焚烧发电、供热。
焚烧后产生的9.72%废弃物则运往垃圾填埋场进行卫生填埋处理。
在这个系统中出现的会严重污染大气、水环境或土壤的有毒有害物质,最后送至危废中心处理。
图2:
生活垃圾资源化处理流程
6结论
经过以上的分析研究,北京市生活垃圾处理采用综合处理的资源化模式可达到资源化再利用率90%以上,所以这种综合处理的资源化模式是可行的。
在此模式中,应首先加强生活垃圾的分类收集,这可以大大减少垃圾分选、分拣的投资。
其次建设综合化处理系统,已达到生活垃圾的最大资源化处理。
以回收加工再利用、堆肥产沼及焚烧为主,减少垃圾的填埋量,同时将有毒害物质送往危废中心处理,以尽量减少对大自然的危害。
大力发展循环经济,做到城市垃圾减量化、资源化和无害化,努力提高生活垃圾的资源化利用率。
随着社会经济的发展和市民环保意识的不断增强,以及环境管理水平的提高,在各现代化城市中,应大力、逐步推行生活垃圾的分类收集,建立再生资源回收再利用企业,并同时发展堆肥产沼及沼后沼渣再焚烧发电供热产业,使生活垃圾变废为宝,达到资源化利用的目的,解决现代城市生活垃圾问题。
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致谢
本课题的学位论文是在我的导师李青松老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。
他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。
从课题的选择到项目的最终完成,李老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。
近段时间来,李老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在工作、思想上给我以无微不至的关怀,在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
在此,我还要感谢在一起愉快的度过了四年生活的同学和老师,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。
在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我最诚挚的谢意,谢谢你们!
指导教师评语(主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内容与特点、写作水平等):
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论文的主要内容与特点、写作水平:
签名:
20年月日
答辩委员会评语及论文成绩(主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、答辩情况、不足等。
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20年月日
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