固体废物处理处置生物技术

1. 固体废物的概念与分类 （1）固体废物的概念 固体废物（solid waste）一般指人类在生产、加工、流通、消费以及生活等过程提取目的组分之后，废弃去的固态或泥浆状物质。

有资料显示，全国668个大大小小的城市中有2/3的城市处于垃圾的“包围”之中，有人形象地称之为“垃圾围城”效应。 它们绝大多数采取就地焚烧，易地堆放或挖坑填埋，既污染环境又耗费土地和人力。 垃圾占地还像烈性传染病一样由城市向农村蔓延，一些废旧大棚的塑料薄膜堆积在田间地头，既烂不掉，也扔不掉。

（2）分类 按化学性质分：有机废物和无机废物 按危害状况分：有害废物和一般废物 按来源分（欧美）：工业固体废物、矿业固体废物、城市固体废物、农业固体废物和放射性固体废物； 按固体废物的管理需要（我国）分：工矿业固体废物、有害固体废物和城市垃圾。

⑶固体废物对环境的危害 侵占土地（1990年，我国历年工业固体废物堆存总量为64.82亿吨，占地5.84亿平方米）； 污染土壤和地下水（ 堆存垃圾渗滤液会污染土壤和地下水）； 污染水体（许多人将垃圾倾入水体，造成水体污染）； 污染大气（尾矿粉煤灰、污泥和垃圾颗粒随风飞扬；固体废物的焚烧产生有害气体和粉尘等）。 影响环境卫生

⑷固体废物的特点 首先，具有呆滞性和不可稀释性（污染物的最终形态） 其次，在自然条件下，固体废物中的有害成分会转入大气、水体和土壤中，参与生态系统的物质循环，具有长期潜在的危害性； 最后，由于固体废物具有呆滞性、不可稀释性、长期潜在的危害性，因而对固体废物必须从其产生、运输、存贮、处理及处置的每个环节都进行控制，即具有全过程管理的特点。

⑸固体废物综合管理的主要目标 减量化：通过适宜的手段减少和减小固体废物的数量和容积。 要求：减少数量、体积、种类、降低危险废物中有害成分的浓度、减轻或清除其危险特性等——全面管理。 措施：开展清洁生产。

资源化 采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源 ①物质回收：即处理废弃物并从中回收指定的二次物质如纸张、玻璃、金屑等物质； ②物质转换：即利用废弃物制取新形态的物质，如废玻璃和废橡胶-铺路材料，炉渣-水泥和其他建筑材料，利用有机垃圾-堆肥等； ③能量转换：即从废物处理过程中回收能量，作为热能或电能，例如通过有机废物的焚烧处理回收热量发电．利用垃圾厌氧消化产生沼气。

无害化：将固体废物通过工程处理，达到不损害人体健康，不污染周围的自然环境(包括原生环境与次生环境)。

2.固体废物处理方法 固体废物处理是指将固体废物转变成适 于运输、利用、贮存或最终处置的过程。 物理处理 化学处理 生物处理

2.1 生物处理 生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化和综合利用。 固体废物经过生物处理，在容积、形态、组成等方面，均发生重大变化，因而便于运输、贮存、利用和处置。

生物处理方法包括好氧处理、厌氧处理、兼性厌氧处理。 与化学处理方法相比，生物处理在经济上一般比较便宜，应用也相当普遍，但处理过程所需时间较长，处理效率有时不够稳定。

3. 堆肥法（composting） 在人工控制的环境下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。 分为厌氧堆肥与好氧堆肥；

废物经过堆肥化处理制得的成品叫做堆肥(compost)。它是一类腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为“腐殖土”。 具有改良土壤结构，增大土壤容水性、减少无机氨流失、增加土壤缓冲能力， 提高化学肥料的肥效等多种功效的廉价、优质土壤改良料。 废物经过堆制，体积一般只有原体积的50～70％。

好氧堆肥化具有发酵周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等特点，故国内外用垃圾、污泥、人畜粪尿等有机废物制造堆肥的工厂，绝大多数都采用好氧堆肥化。

3.1 好氧法堆肥 自然界中有很多微生物具有氧化、分解有机物的能力，而有机废物则是堆肥化微生物赖以生存、繁殖的物质条件。 好氧堆肥化是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程，堆肥温度高，一般在55～65℃，有时高达80℃，故亦称高温堆肥化。

(1)堆肥化过程 好氧堆肥化大致分为三个阶段。 中温阶段(亦称产热阶段) 堆肥初期，堆层基本呈中温，嗜温性微生物较为活跃，并利用堆肥中可溶性有机物旺盛繁殖。 它们代谢产热，由于堆料有良好的保温作用，温度不断上升。 此阶段微生物以中温、需氧型为主，通常是一些无芽胞细菌，其中最主要是细菌、真菌和放线菌。

高温阶段 肥堆温度升到45℃以上时，即进入高温阶段。嗜温性微生物受到抑制甚至死亡，嗜热性微生物逐渐活动，堆肥中可溶性有机物质继续分解转化，复杂的有机化合物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被分解。 在50℃左右主要是嗜热性真菌和放线菌；60℃时，真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性放线菌与细菌在活动；70℃以上时，对大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。

腐熟阶段 在内源呼吸后期，只剩下部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质，此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降。 此阶段嗜温微生物又占优势，对残余较难分解的有机物进一步分解，腐殖质不断增多且稳定化，此时堆肥即进入腐熟阶段。降温后，需氧量大大减少，含水量也降低，堆肥物孔隙增大，氧扩散能力增强，此时只须自然通风。

⑵堆肥程序 现代化堆肥生产通常由前处理、主发酵(一次发酵)、后发酵(二次发酵)、后处理、 贮藏等五个工序组成。 其中主发酵是整个生产过程的关键，应控制好通风、温度、水分、 C/N比、C/P比及pH值等发酵条件。

堆肥流程图

前处理 城市生活垃圾往往含有粗大和不可堆肥化物质，影响垃圾处理机械的正常运行，降低发酵仓容积的有效使用，需要用破碎、分选等预处理方法去除粗大垃圾和降低不可堆肥化物质含量。 颗粒变小，物料表面积增加，便于微生物繁殖，促进发酵过程。但颗粒也不能太小，要保持一定程度的孔隙率与透气性能，以便均匀充分地通风供氧。适宜的粒径范围是12～60mm。

当以人畜粪便、污水污泥饼等为主要原料时，由于其含水率太高等原因，前处理的主要任务是调整水分和碳氮比，有时需添加菌种和酶制剂，以促进发酵过程正常进行。

主发酵 将温度升高到开始降低为止的阶段，称为主发酵期，以城市生活垃圾为主体的固体废物好氧堆肥化的主发酵期约为4～12天。

在发酵仓内进行，靠强制通风或翻堆搅拌供给氧气。 首先是易分解物质分解，产生二氧化碳和水，产生热量使堆温上升。 发酵初期物质的分解作用靠嗜温菌(30～40 ℃)。随着堆温的升高，嗜热菌(45～65℃)取代了嗜温菌，进行高效率的分解。

后发酵 经过主发酵的半成品被送去后发酵。在主发酵工序尚未分解的易分解及较难分解的有机物可能全部分解，变成腐植酸、氨基酸等比较稳定的有机物，得到完全成熟的堆肥成品。 后发酵也可以在专设仓内进行，但通常把物料堆积到1～2m高度，进行敞开式后发酵。 为提高后发酵效率，有时仍需进行翻堆或通风。

后发酵时间的长短决定于堆肥的使用情况。例如堆肥用于温床时，可在主发酵后直接利用。对几个月不种作物的土地．大部分可以使用不进行后发酵的堆肥，即直接施用堆肥；而对一直在种作物的土地，则有必要使堆肥 充分腐热。 后发酵时间通常在20～30天以上。

后处理 二次发酵后的物料中，几乎所有的有机物都变细碎，数量减少。然而，在城市固体废物发酵堆肥时，在前处理工序中还没有完全去除的塑料、玻璃、陶瓷、金属、小石块等杂物依然存在，因此，还要经过分选工序以去除杂物。 用回转式振动筛、振动式回转筛、磁选机、风选机、惯性分离机、硬度差分离机等预处理设备分离去除上述杂质，并根据需要(如生产精制堆肥)进行再破碎。

净化后的散装堆肥产品，可以直接销售给用户，施于农田、菜园、果园，或作土壤改良剂，也可以根据土壤的情况、用户的需要，在散装堆肥中加入N、P、K添加剂后生产复合肥，做成袋装产品，便于运输贮存。有时还需要固化造粒以利贮存。 除分选、破碎设备外，还包括打包装袋、压实选粒等设备，在实际工艺过程中，根据需要来组合后处理设备。

贮存 堆肥的供应期多半是集中在秋天和春天(中间隔半年)。一般的堆肥化工厂有必要设置至少能容纳6个月产量的贮藏设备。堆肥成品可以在室外堆放，但必须有不透雨水的覆盖物。 可直接堆存在二次发酵仓内，或袋装后存放。加工、造粒、包装可在贮藏前也可在贮存后销售前进行。要求包装袋干燥而透气。

3.2 沼气化 有机固体废物沼气化是另一种成熟的生物转换技术。 固体废物中的有机物质在隔绝空气和保持一定的水分、温度、酸碱度条件下，经过多种微生物的发酵分解作用产生的以甲烷为主的气体混合物。 适用于城市污泥、农业固体废物、粪便处理。

对固体废物起到稳定无害的作用，且可以生产一种便于贮存和有效利用的能源-沼气。 沼气是一种比较清洁且热值较高的气体燃料，固体废物的沼气化对节约能源、增加有机肥料、改善环境卫生都有重要作用，因而是一种经济而理想的生物转换技术。

3.3 固体废物的填埋处置技术 固体废物的土地填埋是一项最终处置技术，是一种非资源化利用的技术。 具有处理成本低、工艺较简单、维护费用低和运行人员少等优点，目前被广泛采用。 根据废物种类及有害物质释放需要控制的水平分为4类：安全土地填埋、工业土地填埋、卫生土地填埋和惰性填埋。

惰性填埋是土地填埋处置的一种最简单的方法。主要用于将建筑废石等惰性废物直接埋入地下。 工业废物土地填埋适于处置工业无害废物。

卫生土地填埋是处置一般固体废物，而不会对公众健康及环境安生造成危害的一种方法，主要用来处置城市垃圾。 卫生填埋是目前世界范围内城市垃圾处理的主要方式。

安全土地填埋是一种改进的卫生土地填埋方法，还称为化学土地填埋或安全化学土地填埋。 主要用来处置有害废物，因此对场地的建造技术要求更为严格。如衬里的渗透系数要小于10-8cm/s，浸出液要加以收集和处理，地表径流要加以控制等。

⑴卫生土地填埋 卫生土地填埋主要分厌氧、好氧和半好氧三种。 广泛采用的是厌氧式填埋，它具有操作简单，施工费用低，并可回收甲烷气体。 好氧和半好氧式填埋温度高，降解速度快，但工艺复杂，费用较高，尚未实际应用。

卫生土地填埋是把垃圾在填埋场内分区分层填埋。 运到土地填埋场地的废物在限定的区域内铺成40～75cm的薄层，然后压实以减少废物的体积，并在每天操作之后用一厚15～30cm的土壤覆盖，压实。 废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，称填筑单元。 具有同样高度的一系列相互衔接的填筑单元构成一个填埋层。

完成的卫生土地填埋场是由一个或多个填埋层组成的。 当土地填埋达到最终的设计高度之后，再在该填埋层之上覆盖一层90～120cm的土壤，压实后就成为一个完整的卫生土地填埋场。

浸出液（渗滤液）的生成 垃圾在堆放和填埋过程中，由于发酵和雨水对垃圾的浸泡，以及受垃圾填埋场内地表径流等影响，将产生大量的污水即垃圾渗漏液，污染地表水和地下水，严重危害生态平衡和人类健康。城市生活垃圾在填埋后由于发酵产生有毒气体，进入大气扩散而污染环境。 浸出液的主要来源： (a)降水、(b)地表径流、(c)地下水、(d)垃圾含水。

垃圾填埋渗滤水含有大量的有机物、无机离子及离子有机化合物等，是有毒、有害的高浓度有机废水，对环境的危害比普通废水大，必须进行处理。 因渗滤水的水质、水量变化大，其处理是个棘手的问题。

气体的生成 垃圾填埋后，由于微生物的生化降解作用，会产生气体。垃圾的分解分为好氧和厌氧两个阶段。填埋初期，垃圾中的有机物进行好氧分解，此阶段的气体特征产物是二氧化碳、水和氨； 当填埋区内氧被耗尽时，垃圾中的有机物生化反应进入厌氧阶段。有机物厌氧分解生成的气体中含有甲烷、二氧化碳、氨和水。

焚烧法 是一种生活垃圾资源化利用的方法。 利用焚烧炉及其附属设备，使垃圾在焚烧炉内经过高温分解和深度氧化的综合处理过程，达到大量消减固体量的目的，并将垃圾焚烧产生的热量进行回收利用的垃圾处理技术。 消减量可达95％以上。 优点：可迅速地、大幅度地减少可热解性（包括可燃性）物质的容积，彻底消除有害细菌和病毒，破坏毒性有机物，能够回收热能。　

用焚烧技术处理生活垃圾，需要垃圾有一定的热值，否则，在焚烧过程中，需要向焚烧炉内喷射燃料，以保证炉内的正常燃烧。 焚烧余热可发电或供热，因此，垃圾焚烧厂一般都是建设成焚烧发电供热厂。 生活垃圾的焚烧技术，在国外已经得到广泛应用，建成了许多垃圾焚烧发电厂。在我国，这项技术的应用只是刚开始。