城市生活垃圾处理及资源化回收利用对策探讨

    城市生活垃圾主要指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物。其中大部分来自居民的生活与消费、市政建设和维护、商业活动、市区的园林绿化及市郊的耕种生产、医疗和旅游娱乐场所。包括一般性垃圾、人畜粪便、厨房弃物、污泥、垃圾残渣和灰尘等固体物质,其构成主要受城市的规模、性质、地理条件、居民生活习惯、生活水平和燃料结构、季节等的影响。

我国城市生活垃圾2000年清运量为1.2×10⁸t左右^[1]，垃圾总量以每年8%～10%^[2]的速度增长，平均每人日产垃圾1.2kg左右^[3]，预计到2010年我国城市垃圾产生总量将达到3.1×10⁸ t ^[1]。

 目前，我国城市垃圾组分具有“一多二少”的特点，即灰渣及砖石等无机物较多,约占50%左右；塑料、纸张、纤维、食品废物等有机物含量较少，约占24.5%，且其中食品垃圾占较大比例；玻璃、金属、陶瓷等废品约占15%；水分占7.5%；其它废物占3% ^[4，5]。城市垃圾的组分因受消费水平、燃料结构、区域气候及季节变化等多种因素的影响，使其具有垃圾组分复杂、不同城市间垃圾组分差别大、随季节变化明显等特点。随着经济的持续发展,生活能源的逐步改善，人们生活水平的不断提高，城市垃圾中无机物的含量将会逐渐减少，垃圾中的可回收废品及有机物含量将增加。

国内城市生活垃圾，目前采用单一处理方法居多，每一种处理方法只是对垃圾中一种或几种组分有效，而对其它组分常常不起作用。为了发挥某一种方法的优点，避开缺点，采用多种方法联合处理，是实现垃圾处理资源化、减量化、无害化的根本保障。而垃圾分选是实现垃圾综合处理的关键。垃圾不分选，就不能将这种复杂的混合物分成若干组分，分而治之。例如分选出易腐有机物用堆肥法处理；纸、布、塑料、金属等废品则可回收循环利用；无法回收的可燃物则采用焚烧处理，并且回收热能，而石块、焚烧残渣等可作建材或填埋处理。

2我国城市生活垃圾处理现状及存在的问题

2.1现状

2.1.1填埋技术

填埋是最原始最常见的城市垃圾处理技术，一般有露天堆放、自然填沟和填坑等方式，这些方式是最不卫生的做法，是病虫、病菌的繁殖之地，危害人体健康，并且污染空气、水源和影响市容，已被许多国家禁止。可是，我国城市生活垃圾有相当部分仍是露天堆放和自然填沟。

卫生填埋是将垃圾在选定的合适场所，填埋到一定高度后，加上覆盖材料，（以免鼠、虫鸟等前来吃垃圾，传播病菌）让其经过长期的物理、化学和生物作用达到稳定状态。但此法使用时间有限，且侵占了宝贵的土地资源、浪费了垃圾中宝贵的可回收资源，地下水系统受到了污染的威胁。

2.1.2堆肥技术

垃圾堆肥技术是将有机垃圾送入机械消化机中，利用微生物在合适的条件下对城市生活垃圾中的有机物进行降解，使之变成稳定的腐殖土。将其中的有机可腐物转化为土壤可接受且迫切需要的有机营养物，为农业提供适当的腐殖土，解决土壤板结问题，并维持了自然界物质的良好循环，基本实现垃圾的无害化、资源化，变废为宝，具有很好的前景。

但是这种垃圾处理技术应以垃圾分类为前提。因为从垃圾处理和利用角度看，未经分拣的垃圾成分相当复杂，仅仅靠机械筛分的办法，许多有害物质就会随着堆肥产品进入土壤，从而造成二次污染。

2.1.3焚烧技术

焚烧是发达国家普遍采用的一种垃圾处理方法，焚烧处理是指在高温（1200℃）^{[ 6]}条件下，垃圾中的可燃成分与空气中的氧进行剧烈的化学反应，放出热量，转化成高温的燃烧气和量少而稳定的固体残渣，同时杀灭病毒细菌的方法。优点是能显著地减容、节省填埋场空间，可以进行余热回收利用或发电。

但焚烧产生的烟气含有大量环境污染物，如二恶英有毒气体^{[ 6]}（二恶英是一类急性剧毒物质，其毒性是氰化钾的1000倍以上，即使在很微量的轻情况下长期摄取也可引起癌变、畸形等顽症），尽管从理论上讲焚烧炉内温度达850℃以上^{[ 7]}，二恶英便可分解，但要做到垃圾焚烧炉的持续稳定运行亦非易事。因此必须采取措施尽量避免或减少此类物质的排放，防止对环境造成新污染。从整体上看，我国采用焚烧技术尚处于起步阶段。焚烧技术的设备工艺和技术复杂严格，一次性投资巨大，而且如果解决不好排烟净化问题，很容易使得垃圾这种固体污染转化成气体污染。 

2.2存在的问题

我国目前在MSW(城市生活垃圾)处理方面存在垃圾日处理量小，设备容量小，垃圾资源利用率低，垃圾无害化处理率低等问题，尤其是自然填埋的处理方式对土壤、地下水、大气等都会造成现实的影响和潜在的危害；国产焚烧炉装置配套不完善，缺乏可靠、经济的烟气净化设备，导致烟尘及有毒气体,形成二次污染；堆肥肥效不高，客观上造成再次堆积，由MSW一次污染转为二次污染。 所以采取有效的垃圾处理技术和引进符合国情的技术设备朝着垃圾处理的减量化、无害化、资源化方向发展已成为我国垃圾处理的当务之急。

3城市生活垃圾资源化利用途径、前景及方式

3.1前景

国外城市垃圾资源化已进入综合利用阶段．其资源化利用率已在60%以上，而我国尚不到5%^{[ 5]}。以废纸为例，我国目前废纸回收率仅为20%左右，每年流失废纸约600×10⁴t，相当于浪费木材2400×10⁴m³。浪费森林资源10～20hm²。据估计^{[ 8]}，目前全国垃圾填埋场和堆放场中甲烷气体1年的排放量，相当于700×10⁴t左右的煤炭的能源潜力，直接经济价值达10×l0⁸元。中等发达城市的垃圾资源的物料和能量回收价值分别可达到16.3元/t和28.3元/t，已超过了目前垃圾填埋处理的成本(12 ～20元／t)^{[ 9]}。可见城市垃圾资源化利用具有极大的潜力和广阔的发展前景。

3.2途径

城市垃圾资源化主要包括物质回收、物质转换和能量转换等3个范畴。 根据我国城市垃圾资源的基本特点、开发利用现状，在城市垃圾资源化过程中必须坚持以下原则：先考虑垃圾减量化、资源化，节省和加速资源循环；继而考虑垃圾处理处置，加速物质循环和能量回收；最后对残留的不可利用部分进行最终处置。这一原则即要求今后城市垃圾资源化实施可持续开发和利用战略。建立和逐步完善垃圾减量化—废旧物质回收—能源回收—安全填埋的垃圾资源综合开发与利用系统。目前适合我国垃圾资源化回收利用途径及对策 ^[10,11]有：

（1）混合收集—堆肥，回收有机肥料，此方式适合中小城市利用；

（2）混合收集—填埋—产沼直接用于燃烧，适合汽化率为60%～80%的大中城市；

（3）分类收集—焚烧发电—灰渣填埋—回收金属、玻璃等，适合大中城市利用；

（4）分类收集—厌氧产沼—沼渣焚烧发电—灰渣填埋—回收金属、玻璃、塑料等，适合汽化率大于80%的大、中城市；

（5）分类收集—厌氧产沼—中高温堆肥—沼渣填埋—回收金属、玻璃、塑料等，适合汽化率大于80%的大、中城市；

（6）分类收集—生化处理、热解、汽化，此方法为中近期的发展方向。

3.3方式

3.3.1制作农肥

城市垃圾中有大部分来自厨房和食品，这些垃圾是制造肥料的可贵资源，此种组分含大量有机质、又易降解，制成有机肥料还能改良土壤。人类在发明化学肥料以前，千百年来都是利用人畜粪尿和垃圾堆肥作为农田肥料的，后来农民不愿用未经筛分的垃圾制堆肥，又麻烦又不卫生，就逐渐抛弃了这种作业，代之以化肥肥田，方便又速效。但很快出现城市生态和农业生态上的恶性循环，加剧了垃圾围城、环境污染、土地板结、地力下降。

利用垃圾集中的堆放场地建厂，采用现代化装备和技术，可把经筛分出来的垃圾组分制成优质有机肥料或复合肥料。这种肥料既无毒又卫生，生产具规模化和标准化。同时，垃圾生化成有机复合肥不仅可以解决垃圾处理问题，而且符合世界肥料的发展方向，（世界肥料的发展方向是单一肥料—无机复合肥—有机无机复合肥）。优质农业呼唤有机复合肥的使用，这样可以减少因过量施化肥引起的果品变酸，蔬菜变淡的现象。因此，城市垃圾再生成有机复合肥，既能推动我国垃圾资源化的进程，又能促进我国农业上新台阶，其前景十分广阔。

有试验表明^[12]，施入垃圾堆肥对促进油菜、小麦生长发育，提高产量和改善品质有一定的作用，对改良棕红壤农化性状的效果很明显。垃圾堆肥中矿质元素与重金属元素在土壤、植株茎叶和籽粒中有一定程度积累。随施入垃圾堆肥量的增加，土壤中积累非常显著，而植株茎叶和籽粒中的积累则比较缓慢，甚至有下降趋势^[13]。

有研究表明^[14]，使用城市生活垃圾制成的高效生物有机肥能明显提高作物的总生长量及植株的生长量，可促进果实早熟、提高作物的抗病能力，具有很好的增产效果。使用高效生物有机肥后，土壤中氮、磷、钾、有机质等各主要指标的含量均有不同程度的提高，说明该高效生物有机肥能改善土壤的理化性质，提高土壤肥力。

3.3.2养殖蚯蚓

利用蚯蚓处理城市垃圾，目前已成为世界各国比较感兴趣的课题，具有投资少、见效快、无污染的特点，蚯蚓的消化力极强，它的消化道分泌蛋白酶，脂肪分解酶，纤维素酶，甲壳酶、淀粉酶，除金属、玻璃、塑料、橡胶外，几乎所有的有机物都可被它消化，蚯蚓的食量很大，若养1亿条，一天可吞食40～50t垃圾^[15]，排出约20t蚯蚓粪。如美国洛杉矶蚯蚓养殖场饲养1000万条蚯蚓，每月可以处理垃圾7.5万t。日本一产业商社，计划建立一座16500m²的蚯蚓养殖厂，每月处理废物3000t。印度、缅甸、菲律宾、我国台湾省，都有规模不等的处理城市垃圾的蚯蚓养殖厂。                                                         

蚯蚓粪是很好的有机肥料，肥效比原垃圾有明显的提高。此肥养分全、肥效长、无臭、多孔、呈团粒结构，具有化学肥料不能相比的优点。可作为城市花卉，绿化树木，乡村蔬菜和农作物的肥料资源。蚯蚓体内的蛋白质含量很高，是一种潜力很大的经济动物，可作为牲畜、家禽等动物饲料。此外蚯蚓还是医药和化工的重要原料。因此处理垃圾所获得的蚯蚓粪和蚯蚓，可以带来较大的经济效益。

我国近几年来也开始考虑利用蚯蚓处理垃圾及废物。如北京市环境卫生科学研究所、重庆第一师范学校和渝洲大学师范部、武汉市环境卫生科学研究所、辽宁省化工设计院，都先后在这方面有过研究，摸索出蚯蚓处理城市垃圾的基本规律，为我国城市垃圾处理厂大规模利用蚯蚓处理垃圾积累了经验，在技术上提供了可行的依据和方法^[15]。

3.3.3焚烧发电

目前，世界每天排放的城市垃圾多达27Mt，而且其排放速度每年以8%~10%递增。20世纪80年代以来，世界各国都开始研究开发垃圾能源，成为研究垃圾处置的热点，进而形成了新的能源研究分支——城市垃圾能源学。由于垃圾中含有大量的有机可燃废弃物热值较高，如废纸可以达到16884 kJ/kg、废塑料32830.6 kJ/kg、纺织品17589.6 kJ/kg、废橡胶23446.1 kJ/kg、园林废物6562.1 kJ/kg、城市垃圾5040~5880 kJ/kg ^[16]等。据美国和日本等国的测定表明^[17]，城市垃圾的热值与褐煤、油页岩成分相似，大约2t垃圾的热能相当于1t 煤，焚烧1t垃圾相当于燃烧0.2t石油，焚烧1kg垃圾可得到5040~5880kJ的热量，约为城市煤气热量的30%左右。如果按现在日本的技术计算，全球每天产生的垃圾全部用于焚烧发电，则每天可发电10.8×10⁹kW^.h。如果将日本每年产生的垃圾全部焚烧发电，可发电7.8×10⁹kW^.h。若将美国的城市固体废弃物全部变成能源，则可满足全国所需能源的3%~5%。若将我国城市垃圾1995年122.39Mt全部用于焚烧发电，则可达到49×10⁹kW^.h。 我们经过估算。全球固体废弃物每年的潜在能源为5.36×10¹⁶kJ，约相当于目前世界总能耗5.56×10¹⁷kJ的1/10；若将全球垃圾全部用于焚烧发电，则每年可发电3.94×10¹²kW^.h，相当于1987年世界电力工业总发电量1.06×10¹³kW^.h的37%。垃圾是一种连续不断地、可以无限期开发利用的资源，充分利用城市生活垃圾的热值可以为世界节约巨大的能源。   

4利用生物工程技术处理城市生活垃圾

4.1 CBS（城市垃圾生化处理）系统产品

美国CBS公司开发和拥有的城市垃圾生化处理系统^[18](以下简称CBS系统)，是利用高科技对城市生活垃圾和污泥进行有机合成。解决了城市垃圾堆放和填埋所带来的问题，同时又生产出急需的有机肥料，使城市的生态进入良性循环。

4.1.2 CBS系统优点

    CBS系统垃圾直接进入反应罐，变垃圾处理前的分选为处理后对有机活性肥(颗粒状)的筛选，工艺简单可靠，处理效果保障。

    生活垃圾中往往混有电池等危险废物，垃圾处理时应先分离出危险废物，但很难做到。CBS系统是分解有机垃圾，对无机的危险废物并不破坏，因此用筛选分离更有效且经济，并使危险废物的集中处理得到保障。

4.1.3 CBS有机活性肥的优势

CBS系统将城市垃圾分解并生成有用产品—有机活性肥（CBS有机活性肥）。该肥能促进土壤固态磷、钾的转化，对改土培肥作用明显，可提高农作物的产量，而且还能改良作物的品质，其与尿素的比较优势在于：

（1）CBS有机活性肥是由微生物和有机物结合而成，而尿素是人工合成的化学物质。

（2）含氮量相对较低，但除有机物本身含氮外，还可以通过微生物的固氮作用把空气中的氮气转变为植物可利用的氮。

（3）有机活性肥稳定性好，并能促进保持土壤微生物生态系统的平衡，而尿素易分解，消耗快。

（4）有机活性肥可以抑制消化大肠杆菌、沙门氏菌及伤寒、霍乱等病毒，清洁土壤，创造无病环境。

（5）有机活性肥可以消除降解土壤中有害的有机污染物。

4.2 城市生活垃圾(MSW)厌氧消化处理

某些城镇生活垃圾含水量大、有机物含量高，采用厌氧消化进行处理是一种较为理想的垃圾处理方式，厌氧消化法处理城市有机生活垃圾，产生沼气，具有成本低、环境效益高及可持续发展等特点。厌氧消化后的剩余物用来喂蚯蚓，再以蚯蚓饲料养鸡、貂等，可取得较好的综合利用效果，其底物不仅是优质的农作物有机肥料，而且因其富含微生物菌体、氨基酸等活性物质，经加工可作为优良的鱼、鸡等动物饲料。可见这种方法是城市有机生活垃圾资源化处理的有效途径之一。对于我国的中小城市，由于垃圾中的可燃成分较少、热值低，不易焚烧，采用厌氧消化的方法较为有利。