大城市生活垃圾處理系統工藝選擇與規化設計
摘要:本文闡述了大城市生活垃圾的特點，介紹并比較了三種傳統垃圾處理工藝的特點和優缺點，提出大城市生活垃圾處理系統工藝選擇的影響因素和優化方法。
關鍵詞:大城市;生活垃圾處理系統;影響因素;優化設計
隨著我國城市化進程的加快，在城市數量增加的同時，城市規模也在不斷擴大。根據我國城市的規模統計管理工作的需要，按市區（不包括市轄縣）的非農業人口總數的多少進行劃分，50萬人口以上稱為大城市（含特大城市和超大城市）。根據建設部統計數據：1978至2003年，100萬人以上的特大城市從13個增加到49個，50萬至100萬人的大城市從27個增加到78個。大城市具有人口多，城市功能綜合等特點，因此城市的垃圾的產生量大且種類復雜。
1 城市生活垃圾的特點
1.1成分
國內外部分大城市生活垃圾的組成見表1、表2。
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注：本文為中央級科研院所社會公益研究專項資金項目。項目編號：2001DIA10017。
1.2產量
隨著經濟的高速發展、城市規模的擴大、城市化進程的加速、人口高度集中、國民消費水平的提高，我國城市生活垃圾的產生量和堆積量也在逐年增加。根據有關資料，近幾年我國城市生活垃圾的年增長率均在8%～10%，人均生活垃圾產量已超過1kg/人·日，這對于大城市來講，垃圾產生總量十分驚人。
2 城市生活垃圾處理的主導工藝
2.1衛生填埋
傳統的垃圾填埋方式不僅污染環境，而且潛在危害大，現已逐漸被衛生填埋代替。衛生填埋法不同于傳統的填埋法，它是采用嚴格的污染控制措施，將整個垃圾填埋過程的污染和危害減少到最低限度的處理方法。
垃圾衛生填埋場的工藝流程見圖1。
 圖1 垃圾衛生填埋場工藝流程 |
填埋法作為城市垃圾最終處理手段之一，在國內外城市垃圾處理中已被廣泛應用，但垃圾填埋占地面積巨大且穩定復墾的時間漫長，嚴重影響了該方法的發展。
2.2垃圾焚燒
垃圾焚燒是將城市生活垃圾進行高溫處理。在800℃～1000℃的焚燒爐里，垃圾的可燃成分與空氣中的氧進行劇烈的化學反應，釋放出熱量，轉化成為高溫的燃燒氣和固體殘渣。
垃圾焚燒具有減容量大、能極大地減少填埋所需空間、延長垃圾填埋場使用壽命、熱能可回收利用、替代部分化石燃料、可減少溫室效應等優點，但也存在如投資和運行費用較高、對垃圾熱值有一定要求、對運行人員技術要求高、飛灰中含有重金屬等有害物質、需要特殊處理等缺點。如果技術和設備選擇不當，運行管理水平低，還會產生較嚴重的二次污染。
垃圾焚燒廢電廠的工藝流程見圖2。
 圖2 垃圾焚燒發電廠工藝流程 |
2.3垃圾堆肥
垃圾堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N比和通風條件下，通過微生物的發酵作用，將有機物轉變為肥料的過程。根據在處理過程中起作用的微生物對氧氣要求的不同，堆肥處理可分為好氧堆肥法（高溫堆肥）和厭氧堆肥法。現代化堆肥工藝，特別是城市生活垃圾堆肥工藝，大都是好氧堆肥，通常由前處理、主發酵（一次發酵）、后發酵（二次發酵）、后處理及貯藏等工序組成。由于好氧堆肥的溫度一般為50℃～60℃，極限可達80℃～90℃，故亦稱為高溫堆肥。
垃圾堆肥廠工藝流程見圖3。
堆肥產品由于市場等原因，垃圾堆肥處理在發達國家曾一度處于停滯甚至萎縮狀態。20世紀90年代以來，由于歐美發達國家垃圾填埋場的標準和焚燒處理的排放標準都有了進一步的提高，焚燒處理和填埋處理成本也隨之增加；而垃圾分類收集的普遍推行，為垃圾再生利用和堆肥處理提供了良好的發展條件，因此垃圾堆肥處理又得到了重新肯定。
 圖3 垃圾堆肥廠工藝流程 |
2.4垃圾處置工藝比較（見表3）
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3 城市生活垃圾處理系統的優化
3.1城市生活垃圾處理系統
典型城市生活垃圾處理系統工藝路線分為轉運+衛生填埋、轉運+焚燒+衛生填埋、轉運+堆肥+衛生填埋、轉運+焚燒+堆肥+衛生填埋四種，由于大城市生活垃圾的種類復雜且產生量大，所以大城市的生活垃圾處理宜參考最后一種路線，統一規劃。
大城市生活垃圾處理優化系統見圖4。
 圖4 大城市生活垃圾處理優化系統 |
（1）應當建立和完善收集分類系統。其中廚余垃圾應單獨建立分類收集系統，由于廚余垃圾占垃圾總量的比例較大（50%以上）且含水率高（80%～90%），因此填埋會造成不易壓實、滲濾液處理量較大等問題；焚燒則會消耗大量能源用于水分蒸發。此外，市政污水處理廠污泥由于含水率高及產生渠道單一便于收集，且有機物和營養元素含量較高，因此可與廚余垃圾一起送到堆肥廠進行堆肥處理。
（2）應當建設能適應大城市特點的分選轉運站。混合垃圾先就近送入分選轉運站，將粒徑小于15mm的垃圾送到填埋廠，粒徑大于60mm、熱值相對較高的可以送到焚燒廠，粒徑在15～60mm之間的垃圾可送到堆肥廠。設置分選轉運站的優點在于能節省運費，減少二次污染的可能性，使物流順暢。
（3）應當建設焚燒廠和堆肥廠以實現垃圾的無害化、資源化處置，并建設統一規劃、與之互補的若干座填埋場。焚燒廠主要處理危險廢棄物和熱值較高的垃圾；堆肥廠主要處理有機廢棄物；焚燒剩余的灰燼和堆肥過程中分離的物質可與其它垃圾一起進行衛生填埋。
3.2城市生活垃圾處理系統優化
3.2.1 影響城市生活垃圾處理系統綜合效益的因素
（1）城市垃圾成分
城市生活垃圾的組成、熱值和有機質含量是影響城市生活垃圾處理系統綜合效益最直接的因素，也是選擇城市生活垃圾處理系統工藝的依據。若有機物成分含量高，則可以擴大堆肥規模；若熱值高或者有毒有害固廢比重相對較大，則可以加大焚燒（發電）規模；填埋場的規模應該在最后考慮，即堆肥、焚燒無法消納的垃圾可考慮填埋。
（2）經濟性和市場因素
焚燒和堆肥都屬于固體廢物資源化處理范疇，且投資相對于衛生填埋要大，因此其經濟性和市場因素會直接影響到項目的整體效益。一般認為，電力缺乏的地區適合垃圾焚燒處理的形式，農業和林果業發達的地區適合采用垃圾堆肥。
（3）其它因素
自然、地理、氣候、人文因素也都是影響城市生活垃圾處理系統綜合效益的因素。自然、地理、氣候因素主要是關系到二次污染問題，例如重點保護流域要謹慎采用填埋方式，空氣質量要求高的地區應謹慎采用焚燒方式等。人文因素是指人口素質，對于垃圾（主要指廚余垃圾）的分類收集規模應根據當地的人文情況進行深入分析、保守預測，可以從特定場所如餐廳、賓館著手，逐步擴大到居民家庭。
3.2.2 常規優化方法
結合以上分析，可給出大城市垃圾處理系統規劃設計優化的一般程序（見圖5）。
 圖5 大城市生活垃圾處理系統規劃設計優化程序 |
4 結語
（1）垃圾處置的三種傳統方式各有利弊，大城市垃圾處理采用“轉運+焚燒+堆肥+衛生填埋”的綜合系統可以實現相對高效率和高效益的目的。
（2）垃圾成分調查和影響因素分析是垃圾處理系統設計優化的基礎，而準確的垃圾成分、產生量和分類收集實現程度的預測是垃圾處理系統設計優化的關鍵。
（3）針對大城市的情況，應首先確定垃圾焚燒和堆肥規模，然后再考慮填埋規模，即填埋處置應作為焚燒和堆肥的必要補充。
（4）應該正確對待資源化問題，由于市場等方面的因素，資源化產品未必具有經濟性，因此作為公益事業的垃圾處理方式，應首先考慮無害化。系統經濟性評價也應當注意這一點。
（5）垃圾處置作為一項新興產業需要政策的支持和體制的創新，市場化運作是提高行業水平的有效方法，但對于大城市來說，應當特別注意整體規劃和系統優化的問題。
參考文獻：
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