垃圾处理前沿技术的比较分析

垃圾处理前沿技术的比较分析

垃圾处理在已工业化的三大技术――卫生填埋、生化处理和焚烧的基础之上，通过多年发展及技术更新，逐渐涌现出一批具有前瞻性、先导性和探索性的技术。例如生物反应器填埋技术、生化处理的厌氧消化技术、生物干化、机械―生物处理和垃圾衍生燃料等预处理技术，以及热解气化、等离子体焚烧等终端处理技术。下面就这些前沿技术的工艺、成熟度、可行性及适用性进行分析比较。

一、生物反应器填埋技术

生物反应器填埋场按操作方式不同分为厌氧型、好氧型和准好氧型三类。厌氧型生物反应器填埋采取了渗滤液回灌等措施，具有加速填埋垃圾稳定、降低渗滤液浓度、可回收利用沼气等优点，但其渗滤液氨氮浓度很高、后期COD浓度降解缓慢。好氧生物反应器填埋场在回灌渗滤液的同时鼓入空气，使填埋场内部保持有氧反应的状态，大大加快了填埋场的稳定化过程，但因强制鼓风造成运行成本高，一般很少采用。准好氧型生物反应器填埋是通过自然通风手段保持填埋场的局部好氧状态，比厌氧型稳定速率快，渗滤液氨氮

浓度低，同时不需要通风设备和消耗能源，但直接排放的气体中甲烷含量仍然较高，易造成二次污染。

与传统卫生填埋渗滤液简单回灌不同，生物反应器填埋中渗滤液回灌是可控的，为微生物大量繁殖提供了一个最优的生存空间，因此可以达到较快的降解速率，实现快速稳定化。渗滤液回灌可以促进垃圾中有机化合物的降解，缩短产沼时间，增加填埋场的有效库容量。与常规无控制的卫生填埋方法相比，垃圾填埋气产量提高75%，减容率增加约4倍，且渗滤液稳定快。

自20世纪70年代起，欧美、日本、澳大利亚等国相继开始了生物反应器填埋场的研究。威立雅在法国的LaVergne 中试填埋场实施生物反应器填埋技术，经过8个月的运营，填埋气体的产量比普通填埋场高出3－4倍。相关的工程规模集成研究报道在我国国内尚未有。同济大学承担的生活垃圾厌氧型生物反应器填埋成套技术及示范项目于2008年12月通过了教育部科技发展中心组织的鉴定。

生物反应器填埋技术与传统卫生填埋技术相比具有明

显优势，但是在持久有效性、压实度、结构特性、氧化―还原环境和费用―效益分析等因素还存在一些不确定性，需要进一步研究。此外，受厌氧填埋场特性的限制，回灌并不能完全消除渗滤液。且回灌后的渗滤液氨氮含量高，仍需要进一步处理后才能排放。

二、厌氧消化技术

厌氧消化又称为沼气发酵、厌氧发酵和甲烷发酵，是指有机物在厌氧条件下通过厌氧菌及兼性菌的分解代谢达到稳定化，同时释放出甲烷和二氧化碳的生物化学过程。厌氧消化是处理有机固体废弃物的有效途径之一，能够在解决环境污染问题的同时，产生清洁能源生物气和高品质有机肥料。

厌氧消化具有以下特点：(1)经厌氧消化后产生清洁能源――沼气，可用于取暖、发电和制化学品;(2)消化最终物可作为高质量的有机肥料和土壤改良剂；(3)在有机物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化；(4)与好氧过程相比，厌氧消化无需氧气，降低动力消耗，运行成本低;(5)厌氧消化减少了温室效应气体的排放量。因此厌氧消化是处理有机废物较理想的方法。

由于厌氧消化的诸多优势，有机垃圾的厌氧消化处理成为有机垃圾处理的一种新的趋势。近年来，该技术在发达国家得到积极开发并获得应用。有机垃圾厌氧消化系统在德国、瑞士、奥地利、芬兰、瑞典等国家发展较为迅速，在美国也有一定的应用。应用情况见表1。

在国内，厌氧消化在高浓度有机废水、污泥、粪便及农

业秸秆处理等领域已经有比较成熟经验，全国各地有较多工程应用。但是生活垃圾不同于以上各种固体废弃物，特别是现阶段垃圾采用混合收集，成分和性质复杂，其基质的发酵条件、微生物生长条件及分解代谢等还有待深入研究。同时，由于我国垃圾不同于其他国家的生活垃圾，因此不能机械照搬国外厌氧消化技术和设备，需要针对我国垃圾性质研究并开发适合的垃圾分类和分选技术及设备。

随着垃圾分类工作的顺利开展，厨余垃圾等有机垃圾与无机垃圾分开收集后，将对厌氧消化的应用和推广产生积极的推动作用。

三、热解气化焚烧技术

热解是利用有机物的热不稳定性，在缺氧条件下加热使分子量大的有机物产生裂解，转化为分子量小的燃料气、液体（油、油脂等）。热分解的生成物，因分解反应条件不同而有所不同。

热分解与焚烧不同，焚烧只能回收热能，而热分解可以从废物中回收可以储存、输送的能源（油或燃料气等），是热分解的一大优点。但废物的热解因废物的种类多、变化大、成分复杂，要稳定连续的热分解，在技术上和运转操作上要求都十分严格。因此，热分解设备费用和处理成本也较高，

热分解的经济性就成了能否实用化的一个关键。

热解处理系统主要有两种：一是以回收能源为目的的处理系统，另一种是以减少焚烧造成的二次污染和需要填埋处理的废物量，以无公害型处理系统的开发为目的的处理系统。其中，对于前者，由于城市垃圾的物理化学成分极其复杂且变化较大，如果将热解产物作为资源回收，要保持产品具有稳定的质和量有较大的困难。即使对成分复杂，破碎性能各异的城市垃圾增加破碎、分选等预处理技术，不仅需要消耗大量的动力和极其复杂的机械系统，且总效率又非常低。对于后者，将热解作为焚烧处理的辅助手段，利用热解产物进一步燃烧废物，在改善废物燃烧特性、减少尾气对大气环境造成的二次污染等方面，却是较为可行的，许多工业发达国家已经取得了成功的经验。

迄今为止国际上已工业化应用的热解或气化技术还十分有限，尤其是在城市垃圾处理上。大部分热解气化研究局限在实验室阶段，很多技术面临着技术环节和经济效益等难题的阻碍。美国和日本结合本国城市垃圾的特点，开发了许多工艺流程，有些已达实用阶段。由于垃圾组分的不同，有些流程在美国适用，但对日本不适用。同样，我国的城市垃圾成分又不同于美国和日本，这些工艺过程能否用于我国还有待研究。

四、等离子体焚烧

等离子体是物质存在的一种状态，与固态、液态和气态并列，称为第四态。和物质的另外三态相比，等离子体可以存在的参数范围异常的宽广（其密度、温度以及磁场强度都可以跨越十几个数量级），等离子体的形态和性质受外加电磁场的强烈影响，并存在极其丰富的集体运动（如各种静电波、漂移波、电磁波以及非线性的相干结构和湍动），因而能量极为集中，并具有极高的电热效率（85%以上），产生的高温可以还原一切难以还原和难溶的物质，瞬间即可完成。

等离子体焚烧是一种全新的垃圾焚烧方法, 它没有传统的锅炉, 而是模拟地层中的化工过程,将垃圾气化。简单的说, 就是用高压电弧产生高温高于太阳表面温度焚烧垃圾。在这样的高温下, 任何东西都会变成气态或者液态实际上叫等离子体。这时候,一切垃圾都被还原成原子状态, 所以, 有毒有害物质、病菌、病毒等全部变成了无害物质。

等离子体焚烧火炬中心温度可高达摄氏一万度, 边缘温度也可达到千度左右。它的处理过程为废料的分解和再重组过程, 工作原理是在一个密闭空间里, 通过强大的电弧, 使空气电离产生等离子体, 然后在另一个缺氧的密闭空间里, 有待产生的等离子体对城市固体废料进行超高温加热。在无氧化条件下, 垃圾混合物中的无机物迅速玻璃化, 最后产生