微生物处理技术在城市生活垃圾处理中的应用研究

魏淑巧 WEI Shu-qiao

（甘肃省天水市清水县住房和城乡建设局，天水 741400）

0 引言

目前，我国的城市化进程加快，大量的城市生活垃圾的产生给环卫工程带来了很大挑战，特别是在可持续发展背景下，城市生活垃圾处理问题越来越受到人们重视。选择微生物处理技术，使城市生活垃圾处理环节更加节能环保，对维护城市生态环境、保护城市居民生活质量与身体健康而言，具有十分重要的现实意义。

1 环卫工程城市生活垃圾处理

我国大部分的城市生活垃圾都是由生活中产生的固态废弃物组成，现在大部分城市都是将生活垃圾进行混合，然后进行统一处理，所以它们的组成状况比较复杂，有塑料、灰土、厨余等，而且城市生活垃圾的组成还会受到自然环境和居民生活习惯等多种因素影响[1]。随着我国城市生活垃圾日益增多，对垃圾处理技术提出了更高要求。城市生活垃圾处理是环卫工程中的一个关键环节，能有效地降低废弃物产生量，降低有害物排放量，促进资源循环利用。通过对生活垃圾进行处理，可以有效地降低垃圾带来的环境污染，保护水源、土壤和空气质量，实现可持续发展。循环经济中，城市生活垃圾的分类处置是一个重要步骤。循环经济就是在有限资源条件下，对废物进行再利用，使其达到最小化，从而达到对资源的有效利用。对垃圾进行分类处置，可以有效地推进我国的循环经济，达到资源的可持续利用与循环再生，达到经济发展与环境保护的双赢。

2 微生物处理技术在城市生活垃圾处理中的应用

2.1 堆肥处理技术

堆肥处理技术是在一定的分解环境下，通过微生物使生活垃圾分解为具有营养功能的腐殖物质的一种工艺，该工艺要求对其分解的温度、湿度、酸碱度等进行调控，确保其高效分解。将城市垃圾作为一种新型的生物降解材料，既可以降低城市中的有机废物含量，达到无害化处置目的，又可以提高土壤养分含量，提高土地质量，在农业生产和城市园林绿化等领域具有重要的应用价值。堆肥法是一种常见的城市生活垃圾处理方法，其体积可降低约50%，且该工艺无毒、无污染，同时可加速材料转换，使其有效成分更早地进入天然循环。按照不同的厌氧和好氧方式，将其划分为好氧和厌氧两类，前者是为了产生具有肥沃功能的腐殖物质，后者是为了制造具有肥沃功能的腐殖物质，而后者是在分解时产生的甲烷，可以应用于制氢等领域。

2.2 生物填埋工艺

采用生物反应器的生物填埋工艺可以极大地提高污泥中可降解有机物的转化率。利用生物填埋工艺，可以把填埋场地看成一个大型的微生物群落。利用该方法对垃圾焚烧过程中的微生态系统进行调控，使其成为可控的生物反应器，加速微生物增殖，并赋予填埋场生物降解和污染控制等功能。采用回灌的方法，也可将渗滤液纳入生化反应，既可以实现对废水中污染物的逐步削减，又可以减少废水的处理费用。城市生活垃圾中水分含量和有机物含量都比较高，符合厌氧发酵基质的要求。

2.3 厌氧消化处理技术

在厌氧微生物的催化下，厨余可以产生甲烷和氢气等能源性气体，从而提升了资源的利用效率，同时在发酵过程中也可以减少二氧化碳、臭气和病原菌等的排放量，发酵后的残留物也可以作为有机肥的原料[2]。与其他发酵底物相比，生活垃圾具有更高的沼气产量，可以降低能耗，与气化、焚烧相比，还可以实现废弃物的再利用，是一种高效的垃圾处理方法。

2.4 生物干燥技术

生物干燥技术是一种新型的堆肥法，其对垃圾进行预处理和机械通气，可以达到对垃圾进行干燥和脱水的目的。在通风和高温的条件下，利用其中的有机物质代谢所释放的热能，加快了土壤中的水分挥发速度，从而达到预期干燥目的。相比于常规堆肥工艺，生物干燥技术在处理过程中采用先好氧发酵、后将有机质氧化为腐殖物质的方法，但在不改变底物生物量的前提下，通过生物反应将水分去除。

2.5 好氧堆肥技术

好氧堆肥技术是指在有氧环境中高效利用好氧微生物，可将发酵设备或地表堆放的废弃物中的有机质转化为高营养、高稳定性的腐殖物质。城市生活垃圾中的餐厨垃圾具有很高的营养价值和较高的有机物含量，是一种理想的堆肥材料。目前，国内部分城市已逐渐采用好氧堆肥工艺生产有机肥，既可充分利用资源，又可解决目前城市生活垃圾处理方法单一的问题。

3 应用案例

清水县城镇居民人均日产垃圾量约为1.15kg/人·d，结合清水县人口规模以及增长率，预测2023年～2035年期间清水县平均日产生活垃圾102t/d。当前，清水县垃圾处理方式首先将垃圾分类然后焚烧处理，但是从实际情况来看，清水县缺少生活垃圾分类回收体系，垃圾转运也容易造成环境污染，缺少末端回收导致很多可回收物混入焚烧厂，造成资源浪费。清水县生活垃圾组分如表1 所示。

表1 清水县居民生活垃圾组分

清水县建设正在快速发展，生活垃圾分类逐渐优化，以及清水县规划新建垃圾处理厂，基于以上情况，清水县处理生活垃圾可以选用微生物处理技术。该技术基于垃圾分类，并设有末端分类回收环节，能够实现可回收物再利用，最终产物经过微生物处理转为生物能源，能够有效节约垃圾处理成本，同时也具有较高经济效益和环境效益。

3.1 生活垃圾分选

生活垃圾分选系统结构较为简单，给料方式为计量给料，可防止因过多的废物一起涌入粉碎设备而影响粉碎效率，确保最佳分选结果。进料滚轮及粉碎滚轮为钟摆滚轮，不会出现喂料堵塞现象，整个分选系统装置安全性高，可靠性高。在破碎仓使用具有速度可调节、转动方向可调节的碾碎机，从而有效克服粉碎过程中物料容易被卷绕的难题。采用风选箱及针式分选机对水分含量高的易腐烂物料进行分选，减少可燃物料的水分含量，有利于能源的二次利用。采用重力梯度分级传送带，可将玻璃瓶，瓷器等重量较大的物品拣出，方便以后再循环使用。整个城市生活垃圾分选高度自动化，占地面积小于300m2，每天可以处理10～15 吨城市生活垃圾，整个系统装置的总功率在80kW以下，具有设备占地小、能量消耗少、运行简便高效、安全性高等优点，同时也为后续微生物处理做好垃圾分选工作，提高后续处理效果。

3.2 可燃组分烘焙处理

烘焙对分类后的可燃组城市生活垃圾进行预处理是一种行之有效的方法。在烘焙过程中，固态产品中仍有较多能量残留，焙烧技术可显著降低固态产品中的氯离子浓度，降低58%以上，可有效减少后续热解气化或焚烧过程中二噁英产生。在350℃以下的烘焙温度下，固态产品的热值很高，可加工率可达90%，固态产品脆性大、易粉碎，便于热解、气化、焚烧等资源再利用。烘焙温度达到450℃以上，易挥发性有机物和部分中间产物发生二次热解，使得可燃固废热解趋于完全。低温热解过程中，固体产物的挥发性显著降低，固碳量显著增加，使得固态物质在燃烧过程中能够降低焦油生成，降低烟气污染，改善燃料性能。

3.3 可腐组分产沼处理

经过分类处理的生活垃圾，可腐组以厨余、落叶等有机物为主，但仍含有少量的无机物质，如塑料，沙土等。针对这类污染物，传统的处理方式是通过厌氧产甲烷，通过微生物降解有机质生成生物能源，从而达到减少生活垃圾产生量的目的。目前，国内外普遍采用的厌氧产沼技术为湿式湿地，即将这一类有机物与水混合粉碎后，通过运输泵将其送入具有15%固含量的发酵槽中。然而，该技术的应用受限于污泥中的塑料、沙土等非生物物质，常会对污泥粉碎及运输设备造成损害，且污泥产生的沼液难以有效处置。所以，对于可腐性物质，可以采取干式产沼或将其直接填埋后再覆膜抽气的处理方法。

3.3.1 干式发酵产沼处理

相对于常规的湿式发酵产沼，干式发酵产沼由于其无需粉碎、易操作、不需沼渣等优势，尤其适用于我国城市生活垃圾处理，厌氧干发酵工艺流程如图1 所示。经过筛选的有机废物暂存于材料堆置区，由铲车装载材料至干燥发酵仓，待至设定体积后，将液压仓门关上，利用湿式CSTR发酵槽中的沥滤液喷洒，或将前一批的发酵残留物与新垃圾混合用作微生物接种。经过发酵生成的渗滤液进入收集池当中，并利用发电预热使渗滤液温度升高，然后进入湿式CSTR 发酵罐。该发酵罐利用产热废热与苯板隔热，在保温条件下进行发酵，渗滤液在完成发酵后，进入干发酵仓并与仓内物料进行混合，同时也起到仓内升温的作用[3]。将二者混合产生的沼气与CSTR 发酵罐生成的甲烷收集起来，经脱硫环节和气水分离环节处理后，再送入CHP 系统，利用其所产热量进行干发酵及CSTR 发酵加热。

图1 厌氧干发酵工艺流程

3.3.2 填埋气利用

可腐物质通过干发酵或填埋后，可以生成以甲烷、二氧化碳，硫化氢为主的气体，其中以甲烷为主，约占总量50%-65%，常用的方法是发电，而沼气发电是比较成熟的一种。采用液氮冷能直接将甲烷直接转化为甲烷，无需繁琐的冷却装置，且无需对冷却速率进行控制，使其具备启动时间短，开停灵活，负荷可调节等特点。变压吸附法用于沼气净化环境，变压吸附法是一种利用特殊物质如活性炭、硅等的吸附能力，通过增压、减压等方式实现对甲烷的吸附与排放[4]。含杂质的气体经加压装置送入带有多级分子筛的吸收塔内。将二氧化碳、硫和水等杂质通过吸收剂吸收到气体中，留下较高浓度甲烷气体和微量氮气和氧气进入换热器。将生物气提纯后，再通过换热装置与液氮交换，生成液化的甲烷，再由加压装置输送到贮藏箱中。经交换的氮气用作再生气，经减压及非活性气回喷，便于吸附材料排除杂质。

3.3.3 填埋覆膜抽气

为了避免填埋产生臭气影响周边环境，要采取“源头治理”的方法，在臭气扩散到大气中以前就将其消灭，以薄膜负压抽气为主要方式，同时在日间工作面上辅以可移动的风炮车喷洒除臭剂，达到对臭气的提取与净化，此外，铺设薄膜还能起到良好的排水效果。为了使非作业区的臭气得到控制，在垃圾填埋上方覆盖HDPE 膜，膜的厚度选用1.0mm。根据填埋场施工需要和场地地势，对填埋场上部进行分段固定，将薄膜固定在较小区域内，避免恶臭逸散，并通过HDPE 管材将薄膜下方的恶臭气体排出，用于发电或焚烧。

因施工表面在日间暴露，无法采取遮盖方法从源头防治，可使用流动空气炮喷雾除臭，在使用覆盖层后，其臭味明显降低，且工作面的臭味相对较小，所以使用除臭药剂喷洒的方法应当更为有效[5]。在覆膜前，应先在工作表面铺设若干条多孔管构成抽气通道，在此区域通过管道与除臭器相连，将此区域所生成的恶臭物质经物理脱臭后排放。根据夜间施工工作面排出的臭气成分分布不均匀，并针对其臭气成分和烟气的浓缩特点，采用活性炭吸附法对其进行处理，采用风扇驱动，在正压或负压作用下，将气体分子抽吸到装置内，利用自身的物理吸附和化学反应，将气体分子聚集在装置表面，吸附固定，再经过滤送至设备除尘系统，达到较好的净化效果。

3.4 经济效益

以清水县日产102 吨城市生活垃圾为例，比较焚烧发电处理技术和微生物处理技术的经济效益。垃圾焚烧发电处理技术存在很多不足，城市生活垃圾组成极其复杂，其燃烧热值远远达不到最小热值3360kJ/kg 的需求，且在实际应用中，还需加入助燃剂，这无疑加大了垃圾处理成本。在某些不发达的城市，自然不可能实现大面积无害化焚烧，但如果直接将其焚烧，则会释放出二噁英等有害物质，危害生态环境与人类健康。如果采用焚烧发电处理技术，则该项目的总投资金额约为0.4 亿元，焚烧发电厂的收益约为每天1.8 万元。如果采用微生物处理技术，则总投资金额在0.2 亿元左右，营业利润约为每天1.9 万元。如果不考虑运营费用和土地使用费用，采用微生物处理技术的建设投入远低于焚烧发电处理技术，大约节省二分之一成本，但其经济效益明显高于焚烧发电处理技术，因此具有较高的经济价值。但是，如果填埋场地无法对可腐物采取发酵处理，微生物处理技术需要建立干式厌氧发酵污泥体系，其投资与焚烧发电处理技术相当[6]。

3.5 环境效益

从环境效益方面来看，如果采用微生物处理技术每日处理102 吨城市生活垃圾，则一年可减少有害物质排放量如表2 所示。

表2 可减少有害物质排放量

此外，还可以大大降低填埋所需的堆填量，从而大大提高了填埋的服役时间，从最初预计的20年，提高到60年以上，节省了相当多的耕地费用，不必在填埋工程中投资过亿的巨大投资，也不需要对珍贵的耕地进行浪费。微生物法将固体废弃物直接转换为液化天然气或固体燃油，不仅可以显著降低二噁英、重金属等有害物质的排放量，还可以显著降低填埋量，防止臭气、渗沥液等对周围环境造成污染，从而达到降低或缓解居民对垃圾处理的抗拒心理，节约垃圾处理所需成本费用，达到能源二次利用的目的。

4 结束语

在环卫工程中，选择微生物处理技术能够减少污染物排放，避免垃圾处理过程排放出的废弃物对周边环境造成二次污染。减少对城市环境的危害，从而保障居民生活水平。政府部门还要带头做好生活垃圾分类工作，提高垃圾处理效率，这样不仅能够实现部分垃圾二次利用，同时还为微生物处理环节前的城市生活垃圾分选预处理提供了便利。