城市生活垃圾綜合處理新理念
1. 前言
一種能夠使城市擺脫“垃圾圍城”困擾的技術必須滿足以下條件：其一是廉價；其二是可超大量消納垃圾；其三是不污染環境（或污染極小）；其四是具有可持續性發展前景。只有同時滿足了以上4個條件的技術才能真正使全部城市垃圾無害化。這是環境保護要實現的首要目標。
如果通過綜合處理工藝，能夠做到最大限度地利用城市垃圾中的再生能源，并回收其中可利用物質，則是實現了環境保護的“資源化”目標。這是錦上添花。
通過政府教育及頒布相應法規來限制垃圾產量，無疑是一種永遠不會過時的積極措施。但垃圾減量化問題在很大程度上已經不屬于技術領域范疇，故不在本文討論范圍。
2. 填埋工藝對比
現行的“分層復土填埋工藝”由于不能使被填埋垃圾與周圍環境完全隔絕，故由此產生的水污染及氣體污染不可避免，很難實現真正意義上的“衛生填埋”。同時，也并不具備有效發掘和利用再生能源的前景。
在“平原建造垃圾填埋場新構想”[1] 和“一個平原建造垃圾填埋場的典型設計” [2]論文中，筆者介紹了采用一種廉價且構造簡單的柔性構筑物對城市垃圾實施“分倉填埋”的垃圾處理新工藝。由于被填埋垃圾無論是在“分倉填埋”階段，還是在“圍合成型”以后都能夠處在良好的全封閉狀態，所以這是一種真正意義上的“衛生填埋”，同時能夠最大限度地利用垃圾中的沼氣能源。
因篇幅所限，有關“分倉填埋”工藝的介紹不在此詳述，現僅將 “分層復土填埋” 現行工藝與“分倉填埋” 新工藝對比如下表：
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然而填埋工藝再好也要占用土地，是處置了垃圾，卻沒有消滅垃圾，故可持續性發展前景差。只有通過其它綜合處理工藝從物質上徹底消滅垃圾才是最佳選擇。
其后本文將論述填埋氣的收集，以及對經“分倉填埋”后熟化垃圾的焚燒處理。不過，由于“填埋”一詞已經被定性為最終的處置手段，所以若將倉內熟化后的垃圾再取出做其它焚燒處理，則顯然仍沿用“分倉填埋’一詞似有不妥，更廣義地稱作“分倉熟化”（或“分倉儲存”）較合適。
3. 有效的人工干預
垃圾滿倉后進行覆蓋，使其形成一個封閉的生化反應倉。除了無法攪拌外，垃圾倉內垃圾的濕度、溫度、氣壓及氣體成分都可以由人工加以監測和控制。例如：1.全封閉可構造厭氧環境，產生沼氣。2.向垃圾倉內注入液態生物菌種可提高沼氣產量。3.如果在垃圾倉四周均勻分布插入若干側向帶孔的通氣管，然后開啟真空泵，使垃圾倉中央集氣箱內形成負壓，以迫使倉體外空氣經過通氣管進入垃圾倉內，并且向中央集氣箱匯集，這就形成了氣體的流動。由此工藝可以做兩件事：一是用于構造好氧發酵環境。二是用于對已腐熟垃圾進行強制脫水，為最終開倉焚燒做準備。此外，若輸入水蒸氣（以沼氣做能源）可以使倉內垃圾升溫，加速生化反應。總之，如何處理倉內垃圾還大有文章可做，主動權在環保專家手里。
最近在互聯網[3]上看到有一文：“有機垃圾高濃度發酵產沼氣新技術”，特復制后粘貼如下：
“這種采用先進氧化酵后厭氧發酵工藝，可用城市有機垃圾產生高濃度的沼氣。它適宜處理總團體含量為30－40％的城市有機生活垃圾，能避免直接厭氧發酵生產沼氣工藝存在的啟動漫，處理周期長及容易造成酸中毒的問題，使發酵周期縮短為15～20天，沼氣產率平均為 0.3m3[infoil]/3·d，最高達0.6m3/m3·d，發酵后的有機垃圾含水量低，有利于生產有機復合肥；除蟲卵和滅病菌效果好，大腸桿菌降到1％，蛔蟲卵死亡率達100％，整個發酵過程不存在廢水、廢氣對環境的污染。該技術適合于不同規模的垃圾處理。”
4. 厭氧產沼效率比較（一）
應該看到，在垃圾倉中的厭氧發酵環境與現行專用的厭氧發酵裝置相比還是有差距的，主要表現在：1.垃圾無法攪拌；2.垃圾壓實密度高；3.不可能使垃圾處在液態環境中。這將導致在“分倉熟化”工藝下的發酵熟化周期不會在短時間內完成，而要延長至數月，甚至1年。
然而更應該清醒地看到，“分倉熟化”工藝具有能夠超大量消納城市垃圾這一無與倫比的優勢，是任何現行專用的厭氧發酵裝置所無法比擬的：前者可以“鯨吞”全城生活垃圾，從根本上解決垃圾圍城問題；而后者只能做些“小動作”。
5. 厭氧產沼效率比較（二）
與現行“分層覆土填埋”工藝相比，“分倉熟化”工藝在厭氧產沼效率方面更具有無可爭議的優勢。由于封閉效果的不同，前者只能收集到到沼氣產生量的5％左右，而后者可達到90%，比較如下：
5.1. 按分層覆土填埋工藝模式
在此工藝模式下，必須是在大型填埋場運營中、后期才有可能實施沼氣采集工藝。中小型填埋場，或者是大型填埋場運營初期，垃圾填埋量一般都難以滿足使建廠采氣產生效益，或者至少可以收回成本。故一般都聽任填埋氣排入大氣中。
垃圾產沼的必要條件是必須與空氣隔絕。在分層覆土填埋條件下，原生垃圾入場后一般需要過3～5年才能勉強處于厭氧環境中，所謂“勉強”是指：雖然經過3～5年時間，先前入場填埋的垃圾已經被后續入場的垃圾所層層覆蓋（估計覆蓋厚度不少于6米），但填埋場內眾多導氣盲溝和豎向井卻一直是在阻礙厭氧環境的形成。
凡實施過分層覆土填埋工藝的人可能都有這種體會：取消導氣盲溝和豎向井是斷不可行的，在填埋運營過程要真正要做好它也不容易，最后當要抽取沼氣時要封堵眾多豎向井又是一件令人頭疼的事。
況且，長期暴露在大氣環境中的垃圾已經自然熟化得差不多了，此時再進入厭氧產沼流程已經損失了許多。至于由此對大氣造成的環境污染就更不用多說了。
5.2. 按分倉熟化工藝模式
在此工藝條件下，首先應將沼氣的加工設備和儲氣罐實施到位，而后才能進行分倉熟化作業。這樣就可以依次對已經填滿封倉的垃圾倉采集沼氣，且不論填埋規模大小均可適用。這一點與上述分層覆土工藝下，采集沼氣必須是大型填埋場，且只能在運營后期進行有很大不同。
分倉熟化采用的是各個擊破戰術，各個不同時期入場的垃圾是被單獨儲存的，互相獨立。單個垃圾倉填滿后立即封倉進入全封閉狀態，倉內氧氣將被迅速耗盡，而后轉入厭氧產沼階段。每一個垃圾倉都將受到跟蹤觀測和監控，倉內垃圾腐熟程度如何，氣體成分、氣壓、含水量、溫度等一切人們關心的數據都可以得到，并以此進行有效的人工控制。
由于熟化垃圾被處理后原地又可以重新容納新垃圾，故場地可以重復利用，這也就意味著采集沼氣的過程將永無止境。假定以一日產1000立方米垃圾（壓實體積）產量的城市計，填滿一個直徑30米、高35米的垃圾倉約需要25天左右。若按單倉垃圾熟化周期為1年計，該城市只要征用15個垃圾倉位的土地即可滿足循環使用。對于垃圾日產量在數千噸以上的大城市，則應選擇數倉同時作業。
為綜合處理建造的垃圾倉因不必實施“圍合成型”工藝，故沒有必要象實施填埋場那樣多排緊密排列。單排靠近焚燒廠（或其它綜合處理設備）即可。另外，原生垃圾的垂直運輸還可以考慮采用穩定性較好的門吊，熟化垃圾的取出應配置高效率的挖掘機和輸送機械。
6. 焚燒熟化垃圾
垃圾厭氧產沼希望含水量越大越好，而垃圾焚燒則希望含水量越小越好。這是一對矛盾，但只要因勢利導就能化解此矛盾。因無實施先例，姑且作如下推測：垃圾在厭氧熟化過程中需要消耗大量水分，為提高沼氣產量（實際也是加快熟化進程）應人工補充水分（或有利于甲烷細菌繁殖的營養液），使倉內垃圾保持有較高含水量。而當厭氧產沼高峰期已過，呈逐漸減緩趨勢，則可停止補充水分，任其沼氣產量和垃圾內水分同步減少。最后當沼氣日產量已經達到下限值時，停止采集沼氣并轉向強制脫水：在倉體周圍均勻插入通氣管并加大倉內集氣箱的真空度，通過強制通風來使基本腐熟穩定的垃圾趨于進一步脫水。
原生垃圾之所以難以焚燒，就是因為生活垃圾中含有大量高含水量的瓜果類及廚余垃圾。它們在脫水前不可能自燃，必須消耗垃圾中的其它成分，如包裝物之類的燃燒熱能，當垃圾中的可燃物質不足時還必須向焚燒爐內噴射助燃劑。因此，無論人們怎樣改進焚燒爐，只要是焚燒原生垃圾都不可能獲得理想的高效率。
垃圾熟化并脫水后情況就大不一樣了：垃圾中的無機物基本無變化，而其中的可腐有機物（如廚余垃圾、動植物等）卻發生了很大變化。熟化后的可腐垃圾不僅體積縮小，質量減輕，而且因其已基本脫水，入爐后即可直接自燃。另外還有一點很重要：經驗告訴我們，凡腐熟后的物質通常是不耐燒的，例如：取同樣體積的兩段木料，一段是潮濕的新鮮樹枝，另一段是干燥的朽木進行對比焚燒……，不難想象，結果同樣是化為灰燼，而后者所耗費的時間將遠遠少于前者。再比如：在我國西藏、青海地區常以干燥的牛糞作為燃料，但是如果我們將新鮮的牛糞投入焚燒爐燃燒結果又會如何？毫無疑問：在相同的焚燒環境中，焚燒熟化垃圾的效率將遠勝于焚燒原生垃圾。另外，對于一些老式的焚燒爐來說也許是獲得了一個起死回生的好機會：焚燒原生垃圾被判定為不合格，但焚燒腐熟垃圾也許未必不合格。
每天的焚燒量還可根據爐子狀態進行人為調節，能燒多少取多少，如遇焚燒爐發生故障，可隨時熄火檢修。而焚燒原生垃圾由于缺少分倉熟化環節進行緩沖，來量多了“吃不了”，來量少了“吃不飽”，常常很被動。
焚燒高含水量的原生垃圾會產生大量有害氣體，固體污染物消滅了，氣體污染卻因此而產生了，這一直是困擾環保專家的棘手難題。而干燥的熟化垃圾因其十分有利于燃燒，故有害氣體必定會大量減少。
7. 分選
垃圾經焚燒后殺滅了細菌，并形成惰性殘渣，這就為下一步“分選”作業創造了有利條件。垃圾中的有機物經焚燒后已經“化為灰燼”，這一類呈粉灰狀物質可通過風力分選工藝輕而易舉將其分離出。其余在焚燒爐中難以改變性狀的無機物，如金屬、玻璃及建筑垃圾等也可選擇其它分選工藝進行分選，以便進一步回收利用。
經焚燒后的垃圾體積已經大幅度減少，且經過高溫殺菌并完全脫水。所有這些因素都將大大有利于各種分選機械的運用。
現行的分選工藝一般都放在綜合處理的首位，也就是說分選的對象是高含水量的原生垃圾。事實上，無論是采用人工或者機械，分選這種呈粘糊狀的原生垃圾很難獲得高效率，更何況在分選過程中原生垃圾所散發出的惡臭十分有害于操作工人的身心健康。
綜上所述，采用新工藝處理垃圾不僅不會排斥對現有焚燒爐及垃圾分選設備的利用，相反，只會大大提高現有環保設備的使用效率。
8. 實施模式及經濟效益分析
現僅以近期建設一個垃圾填埋場，且不考慮遠期焚燒及其它綜合利用項目為例，簡述垃圾填埋場實施模式及經濟效益分析。
8.1. 實施模式
近期實施垃圾填埋建設項目可主要由建設方（即市政府）、垃圾填埋承包商和沼氣利用承包商三方組成。各自應承擔的義務如下：
政府方面：在工程前期投資填埋場征地和建設進場道路。在垃圾填埋場運營期間按垃圾填埋量（即按已填埋垃圾倉個數）付款給垃圾填埋承包商，據筆者測算，每立方米垃圾約為8元，注意：此費用不包括垃圾最終圍合成型的費用，如果計入此費用，則每立方米垃圾約為16～20元。
垃圾填埋承包商：在工程前期投資購置（或租用）起重和碾壓設備，建造生活用房和招募操作工人。在填埋場運營期，根據建設方償付的填埋費建造垃圾倉和敷設地下排水管道等。
沼氣利用承包商：提供所有有關填埋氣收集、儲存和加工設備。當沼氣產生效益后由政府負責有償收購，使該承包商得益，不僅能夠收回全部設備投資，還應當有利可圖。在獲得適當利潤后將全部設備移交建設方管理。
政府償付給沼氣利用承包商的費用實際是由享受沼氣效益的城市居民付費有償使用。
8.2. 經濟效益分析
基建費：現行的無論哪一種垃圾處理工藝都必須由政府首先投入高額的基建費，動輒數千萬甚至上億！但采用本工藝政府只需提供進場道路和填埋場征地費用即可。而且，征地費也不必一次性付出，可根據垃圾填埋倉的建倉速度，每隔1～2年逐步擴大征地。
運營費：每立方米垃圾的填埋費約為20元（其中包括垃圾倉圍合成型費），應由政府向生產垃圾的市民和單位收取，再由政府償付給垃圾填埋承包商。
垃圾填埋承包商一般自備有起重設備和碾壓設備，他首先只需墊入少量資金購置2～5個垃圾倉的費用即可。等這幾個垃圾倉填滿，政府應償付的填埋費也可到位了。而后可以利用此費用繼續建造垃圾倉、鋪設排水管。
垃圾倉最終圍合成型的費用（即：20－8＝12元）可由政府保管，不必交給垃圾填埋承包商。只有在最終實施圍合成型時才付給垃圾填埋承包商。
若遠期采用分倉焚燒工藝，則垃圾填埋費為8元/m3，原用于圍合成型的12元/m3可用于建造焚燒爐。
沼氣經濟效益：根據杭州天子嶺垃圾填埋場提供資料：一噸含39%有機物的生活垃圾能夠產生約90立方米沼氣[4]。按沼氣單價0.8元/m3計（蘇州管道煤氣價格為0.95元/m3），回收率為90％，則每噸垃圾經濟效益為：90×0.9×0.8＝64.8元/噸。若按垃圾壓實容重為0.8噸/m3，則每立方米垃圾的經濟效益為：64.8×0.8＝51.84元/m3。
扣除部分償付給沼氣利用承包商的費用后，仍有可觀結余，可由政府用于回收建設進場道路和征地費用。
從技術角度而言，生活垃圾的無害化和資源化已經不再是遙遠的奢望，近在咫尺。
9. 結束語
新理念的一個重要特征是：無論對生活垃圾采用何種綜合處理工藝，“分倉熟化”應放在首位。焚燒熟化垃圾固然是一種很好的選擇，但卻并非是唯一的選擇，對于熟化垃圾其它處理方法還有待于有關專家進行更多地試驗和研究。
人類制造了垃圾，并因此而深受其害。如何在發展經濟的同時保護好人類的生存環境，已經越來越引起各國政府的關注。垃圾處理工藝需要不斷地進行技術創新，有時甚至是觀念的更新，這樣才能早日達到人們夢寐以求的垃圾 “無害化、資源化”的理想境界。
城市生活垃圾的綜合處理工藝是一門涉及面甚廣的交叉型學科，需要集中各方面專家的知識和智慧。不管白貓黑貓，能夠捉住老鼠的就是好貓。
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