固体废弃物综合处理技术工艺概述及产业化应用

＊呼斯冷

（1.鄂尔多斯市城市矿产研究开发有限责任公司 内蒙古 017000 2.鄂尔多斯市东胜区固体废弃物资源化工程技术研究所 内蒙古 017000）

随着我国经济的快速发展和城镇化的加快发展，导致城市生活垃圾及其有机固体废弃物的产生量迅速增加。城市生活垃圾及其他有机固体废弃物含水分较高、组分复杂并且容易产生易生物质降解等特点，因而有机固体废弃物是造成污染环境的主要污染源。城市生活垃圾产生量巨增加，“垃圾围城”现象日益严重，垃圾处理难度复杂。传统的生活垃圾处理技术—焚烧、堆肥、填埋已不能满足垃圾资源化处理的要求，具有减量化、无害化和资源化的综合处理技术逐步受到人们的重视，并中小城镇已经开始产业化应用。由于中小城市的有机废弃物产生量比较大，对人体健康和生态环境也产生较大的危害，所以城市生活垃圾及其有机固体废弃物的处理已引起当代社会的广泛关注，是全世界研究的课题，甚至是当前环保行业迅速发展的主要原因。

对于城市生活垃圾以及其他有机固体废弃物而言，以往的处理和处置方法主要有焚烧处理方式、填埋处理方式、堆肥处理方式和综合处理技术方式等四种有效方式。但是由于城市生活垃圾及其他有机固体废弃物中含着大量生物质菌种，其含水率比较高的特性又为生活垃圾及其他有机固体废弃物的生物菌种转化提供了有利条件，很好的利用这类生物质菌种，处理城市生活垃圾及其他有机固体废弃物，对实现自然环境保护和当代经济的可持续性发展具有重大意义。所以针对城市生活垃圾及其有机固体废弃物的厌氧发酵综合处理技术现在已经成为当代环保科学工作中迫在眉急的事情，也是攻关的重点和热点工作，并且中国环保行业迅速成长发展。以往有机固体废弃物厌氧发酵综合处理技术方面的研究和产业化应用方面的研究仅仅只局限于餐厨垃圾、有机垃圾、粪便和生活污泥的各单一物料，对于混合物料联合厌氧发酵的综合处理技术研究和产业化应用的研究目前较少。然而，混合物料综合处理技术与单一物料的厌氧发酵技术相比，混合物料联合厌氧发酵综合处理技术的优势是拓宽了发酵原料来源，解决了单一物料对厌氧消化过程的抑制作用，同时可最大限度地处理生物质菌种有机质，降低污染物，联合厌氧发酵综合处理技术还可以有效利用多种物料之间的互补性，解决了单一物料碳素与氮素的比例（C/N）、空隙率和含水率不合适等多项弊端，良好地实现城市生活垃圾及其有机固体废弃物的无害化处理和减量化的目的。真正实现城市生活垃圾及其他有机固体废弃物的减量化、无害化和资源化。

1.综合处理技术工艺概况

综合处理技术工艺主要是采用“有机固体废弃联合厌氧发酵工艺”为核心的综合处理技术，整个综合处理技术主要分为四部分，即前分选预处理系统、联合厌氧发酵系统、资源化利用系统、无害化处置系统。其中，生活污泥、粪便及农业废弃物的前分选预处理系统，餐厨垃圾前分选预处理系统主要包括固液分离系统和油水分离系统，生活垃圾预处理系统，主要包括前分选（又包括行车抓斗-均料机-板式给料机-破袋滚筒筛-人工分拣-磁选机-卧式风选机-弹跳筛等）和制浆（又包括调解和破碎制浆）等。厌氧发酵系统有机物厌氧发酵后产出物包括沼渣、沼液、沼气。资源化利用系统沼渣进入有机肥系统，制作有机肥。无害化处理系统主要包括水处理系统和焚烧系统，其中沼液进入水处理系统，经过水处理系统处理后厂区回用，无废水排放。沼气和生产线分选的轻质物料及塑料、可燃物进入焚烧炉进行焚烧，再通过换热器提供厂区供暖。整个工艺的组成如图1。

图1 工艺图

2.预处理系统

生活垃圾、餐厨垃圾、生活污泥和粪便等有机固体废弃物的前分选预处理工艺是为整个综合处理工艺的核心，由于混合垃圾在多种物料进入厌氧发酵系统之前，需要分别进行不同的前分选预处理，去掉杂质、将分选出的有机质进入厌氧系统前的关键部分，以保证联合厌氧发酵系统的高效稳定运行的前提。

(1)生活垃圾前分选工艺

城市生活垃圾组分复杂，混合物料较多，尤其是北方地区生活垃圾中混杂的杂质较多，在进入厌氧发酵系统之前，必须进行人工分拣和机械分选相结合的预处理方式，去取杂质选出有机物。城市生活垃圾前分选工艺主要采用：行车抓斗-均料机-板式给料机-破袋滚筒筛-人工分拣等方式，对城市生活垃圾中的大件干扰物分拣出，再通过磁选机选出金属部分-利用卧式风选机选出轻物质塑料选出-利用弹跳筛等方式细筛分并筛出砂土-水洗等技术选出比较纯的有机物，对城市生活垃圾进行综合处理，最终可形成城市生活垃圾有机固体废弃物厌氧发酵有机物料、可回收物料和填埋物料三大类。其中可有机固体废弃物厌氧发酵物料再经过破碎机进一步破碎、水洗处理后沉沙等方式选出有机物，有机物即可进入联合厌氧发酵罐进行发酵处理。其中可回收物主要为骨头、金属、纺织物、电器电子产品、玻璃和纸浆类等物料，这些可回收物都可以直接销售给再生资源回收企业进行回收和处理。另外填埋物主要包括砂土、瓦砾、石头等无机物，同时无机物都可直接进入垃圾填埋场进行卫生填埋处置。塑料及可燃物等轻物质类物料直接进入焚烧炉进行高温焚烧处理。前分选预处理工艺选出的金属分选率大概88%以上，选出的玻璃主要人工分选，分选率大概95%以上，选出的塑料等轻物质大概92%以上，起到有效减量作用。

(2)餐厨垃圾预处理工艺

餐厨垃圾中杂质比较多，另外有含水率较高、油脂高、黏度高和盐分高等特点。餐厨垃圾前分选预处理工艺主要通过人工分选选出玻璃瓶以及大件干扰物等杂质，再通过固液分离机和油水分离机，把餐厨垃圾中的油脂和固液分离，再通过破碎分选、离心机等工艺达到匀浆状态进入调节罐，与其他物料一定的比率进行调节，再进入联合厌氧发酵罐进行发酵处理。其中选出的杂物进行分选后可回收进行回收处理。经过前分选预处理将餐厨垃圾中的有机物分选率达96%以上，有机物粒径均匀，经过这样的处理非常适于后续的厌氧发酵处理，并且发酵效果比较好。

(3)生活污泥和粪便预处理工艺

该工艺主要通过设置固液分离设备将生活污泥和粪便中掺杂的织物、塑料、石头和瓦砾等大粒径干扰物分离出，得到粒径均匀、再进入调节罐进行一定的比率调节后进入联合厌氧发酵罐进行发酵处理，也是联合厌氧发酵物料之一。

3.厌氧发酵系统

城市生活垃圾、餐厨垃圾、生活污泥及粪便等多种垃圾经过很多前分选工艺分别预处理后，选出的生活垃圾中的有机物、餐厨垃圾、生活污泥和粪便等有机质物料，形成粒径小于8mm的厌氧发酵混合物料，混合物料在调节罐中进行充分的调解和搅拌后方可进入联合厌氧发酵系统进行联合厌氧发酵处理。整个有机固体废弃联合厌氧发酵系统主要由厌氧发酵罐主体、搅拌系统（厌氧发酵罐内设机械搅拌功能，主要各种物料更好的搅拌作用）、加热系统（主要北方地区冬季加热保温）、沼液收集设备和物料输送单元、沼气收集储存柜等部分组成。采用中温（35±2℃）发酵，发酵时间为18～25d。厌氧发酵罐采用半连续进料方式，进料含固率为8%～12%，发酵系统的容积负荷大于3.8kg/(m3·d)，通过厌氧发酵后产出沼渣、沼液、沼气等物料，进入下一个环节资源化利用系统。

4.资源化利用系统

(1)再生资源回收利用

生活垃圾、餐厨预处理过程中分选出的塑料瓶、金属、玻璃等有价可回收物，直接作为成品出售给再生资源综合利用公司。

(2)沼渣利用

联合厌氧发酵系统产生的沼渣通过烘干和制肥机制作颗粒有机肥。沼渣经过压滤板块机脱去水分，之后将泥饼输送至沼气烘干炉进一步烘干操作，然后再调节氮、磷、钾等营养元素，由造粒机制作颗粒有机肥。通过造粒机制作的颗粒有机肥具有良好的团粒结构和保水性能，经过肥料检测部门的检测，颗粒肥中有机质含量为30%～46%，腐植酸含量为18%～42%，粗蛋白含量为5.6%～14%，全氮含量为0.9%～2.3%，全磷含量为0.8%～1.24%，全钾含量为0.6%～1.2%，营养成分含量较高。

Translator's note（译者注释）:“Han Xin, a native of Huaiyin, was so poor in his early days that he asked a washerwoman to share her meal with him. He later helped Liu Bang defeat Xiang Yu and was entitled Prince of Qi, but then he was killed for plotting against Liu Bang.”

(3)沼气利用

北方地区冬季气候寒冷，延长发酵周期、降低产气效率，对厌氧发酵极为不利。本项目拟采用厌氧发酵产生的沼气净化后用于供热，原生沼气组分复杂、热值低，还含有水、二氧化碳、硫化氢和其它不助燃的杂质气体，无法直接使用，通过沼气提纯技术路线及相应成套化设备，研制具有复合功能的高效吸附/吸收分离介质，优化相关工艺参数，去除沼气中CO2、H2S、水蒸气和其它杂质气体，将沼气用于厌氧系统加热和厂区供暖，从而达到节能减排的目的。另外使用沼气制作有机肥时点燃沼气造粒机。

5.无害化处理系统

(1)沼液无害化处理

厌氧发酵系统产生的沼液，沼液经过水处理系统处理后无害化处置，并部分水回用于本工艺循环使用，部分水用于园林绿化。

(2)废气无害化处理

厌氧发酵系统产生的沼气综合利用后产生的其他气体和生产线收集的废气，直接进入焚烧炉进行焚烧，进入焚烧炉后更加促进该焚烧效果。

(3)可燃物无害化处理

6.该工艺的产业化应用情况

目前该工艺已在鄂尔多斯市东胜区、准格尔旗薛家湾镇、沙圪堵镇、伊金霍洛旗、乌审旗、乌海市海勃湾区、江西都昌等7座生活垃圾综合处理厂得到成功应用。其中“准格尔旗沙圪堵镇生活垃圾无害化综合处理项目”是鄂尔多斯市城市矿产研究开发有限责任公司建设的“升级版”和“样板”工程，同时也是中国科学院生态环境研究中心产业化示范基地。

图2 内蒙古准格尔旗沙圪堵镇固体废弃物综合处理厂

图3 有机固体废弃联合厌氧发酵工艺示范工程

准格尔旗沙圪堵镇生活垃圾无害化综合处理项目，2012年开始建设，2014年年底试运行，2015年1月1日正式投产。日处理设计能力生活垃圾及其他废弃物总量350吨，其中生活垃圾150吨，粪便150吨，餐厨垃圾20吨，污泥30吨。日产沼气4600立方米，颗粒有机肥20吨，液态有机肥20吨，制作垃圾衍生燃料（RDF）20吨，回收玻璃4吨、金属3吨、塑料10吨。

图4 生产线车间内部照片

图5 肥料生产线

7.综合处理技术存在问题及分析

从目前产业化实践看，生活垃圾综合处理技术是虽然比填埋处理和焚烧处理相比一定的先进性和有效处理方式，但是还存在以下不足之处：（1）对于整个垃圾综合处理工程来说，不同地域对于垃圾处理的资源化利用效率不够稳定，所以经济收入不是很高，导致投入和产出不是正比。（2）由于垃圾分选后的可回收物以及厌氧发酵后所得的资源化利用产品，难以在市场上产生更多的经济效益。

基于以上分析，今后研究方向主要有以下几点：（1）制定行业或者企业内部垃圾前分选预处理技术规范和标准，同时加强和加大垃圾分类方面的宣传教育。（2）因地制宜，根据南北地区不同区域垃圾的资源化方法和产品，以此提高经济效益。（3）通过研究提高垃圾资源化产品，加强垃圾资源化的产品推广力度，产生更多的经济效益。

8.结论

采用以“有机固体废弃物联合厌氧发酵工艺”为核心的综合处理工艺，分别将生活垃圾、生活污泥和粪便前分选预处理后，可用的无机物回收利用，选出的有机物进行多种物料联合厌氧发酵，产生的沼渣制成固态有机肥、沼液进行水处理回用、沼气用于焚烧或提纯后资源化利用和无害化处置。“有机固体废弃物联合厌氧发酵工艺”能够有效地实现城市有机固体废弃物的减量化、无害化和资源化的目的。总之，综合利用技术，在中小城市生活垃圾及其其他固体废弃物综合处理过程中，垃圾资源化利用效果明显，达到无害化和减量化目的，工艺运行比较稳定，具有推广价值和产业化应用前景。