从生活垃圾到沼气发电

后勤部长 · 发表于 2011-2-9 11:07

针对传统的垃圾处理方式存在的种种问题，综合处理方式应声而出。　　在我国，城市垃圾处理工作起步比较晚，水平较低，基础设施差。改革开放之初，垃圾倾倒现象十分严重，严重影响了城市卫生。垃圾堆肥处理在我国有悠久的历史。传统的堆肥处理采取敞开式静态堆肥，但这种方式容易污染环境，而且堆肥时间长，质量也难以控制。针对传统的垃圾处理方式存在的种种问题，综合处理方式应声而出。

　　2009年5月19日，国内最大的沼气发电厂——德青源鸡粪沼气发电厂竣工，并开始向华北电网并网发电。图为技术人员监测发电机组机房数据。
　　“轰”的一声，车里的东西应声而出，一阵阵难闻的气味也伴随而至。这是每天在垃圾场上演的一幕。这辆车中倾倒的是人类每天在生产、流通、生活、娱乐、教育、卫生等领域产生的各种废弃物——垃圾。伴随着人类社会的进步和发展，垃圾产生量也在不断增多。而人类对于垃圾的处理，不仅反映了人类文明的发展，同时也体现了科学技术的不断进步。
　　如何有效处理垃圾越来越受人们关注
　　改革开放以来，我国的城市化步伐加快。目前，我国城市数量大约有661个，小城镇2万余个。统计显示，2007年我国城市市辖区人口200万以上城市个数达36个，比1978年增加26个；100万至200万人口城市达83个，增加64个。截至2007年全国城镇人口达59379万人，城镇人口（居住在城镇地区半年及以上的人口）占总人口比重为44.9%。预计未来城市人口将达6—7亿，约占总人口的一半。
　　城市规模、数量和人口的迅速发展显示了我国经济发展速度，但是与此同时，城市化进程的加快直接导致了城市生活垃圾总量的大幅增加，尤其是在大中城市。根据相关统计结果，我国城市生活垃圾产生量的60%集中在50万人口以上的大中城市，而北京、上海等人口千万以上的城市垃圾产生量更为惊人。
　　随着时代变迁，垃圾成分也发生了巨大变化。1996年，有关专家对我国城市垃圾的成分进行了分析统计，发现其中有机垃圾占60%—70%，塑料占8%—9%，玻璃占3%—5%，纸张占2%—3%。而现在城市垃圾中的无机炉灰、食品废物、城市建筑垃圾明显减少，纸张、塑料、金属、玻璃灯、废旧家电等电子产品比例大大增加。“从这几年的发展情况看，城市垃圾有机质含量逐步增加，落后地区有机质占到垃圾总量的20%，而上海、北京等大城市达到了70%。”中科院生态环境研究中心博士、北京市海淀区环卫中心技术场长杜文利介绍说。
　　从统计数据看，目前我国大城市人均日产垃圾达1.4kg，中小城市每人每天产垃圾量也达到1kg。由此预计，今后我国城市生活垃圾年产量约为1.3亿吨，城市垃圾总量将以8%—10%的速度持续增加。如此巨大的数量和增长速度，未来城市生活垃圾产生量将难以遏制，目前我国约有200个城市陷入垃圾包围之中。因此如何有效处理垃圾，越来越成为人们关注的焦点。
　　传统垃圾处理方式：填埋、堆肥、焚烧
　　在我国，城市垃圾处理工作起步比较晚，水平较低，基础设施差。改革开放之初，垃圾倾倒现象严重影响了城市卫生。1990年以前，全国城市垃圾处理率不足2%。随着经济发展，城市化水平不断提高，城市面貌发生了巨大变化，城市环境问题在城市建设中日益显现，垃圾就是其中之一。
　　人们开始重视垃圾带来的问题，国家开始加大对垃圾治理力度以及科研的支持力度。城市垃圾处理水平随之提高，垃圾处理逐渐标准化、规范化。随着生活水平的提高，普通民众的环保意识逐渐提高，人们对环境的要求越来越高。人们对垃圾的认识也发生了巨大变化，过去的废物现在被认为是最具开发潜力、永不枯竭的“城市矿藏”。这些理念的发展不仅为城市发展提供了新动力，也为垃圾产业化发展提供了契机。
　　截至2007年，我国城市共设有各种垃圾处理厂767座，垃圾处理能力达到了8567万吨/日，垃圾处理率也达到了52%。1986—2007年，城市垃圾清运量年均增长率为6.5%。填埋、堆肥和焚烧是我国垃圾处理的主要方式，在过去的几十年中，这三种处理方式的技术也有了日新月异的变化。
　　填埋是我国传统的垃圾处理方式。过去我国垃圾填埋大多属于露天填埋，无序的堆放对环境造成了巨大污染，塑料袋满天飞更是常见情况。垃圾填埋过程中产生的填埋气体（主要成分是甲烷）排入大气中，不仅对环境造成污染，同时极易爆炸，更是能源浪费。因此，卫生填埋应声而出。卫生填埋非常重视防渗透技术，通常会在填埋场底部铺设沥青、岩石等防渗透层，以防对地下水的污染，防渗漏膜也是有效防渗漏的技术。填埋气排导技术也逐步发展，利用填埋气体发电成为有效方式之一。随着填埋技术、填埋气体导排技术的进一步发展，卫生填埋比例不断上升。
　　1995年，北京等城市开始从国外引进卫生填埋技术。1998年，杭州天子岭填埋场建成我国第一个填埋气体发电厂。1999年6月，广州大田山利用填埋气体发电的一台机组投入运行。9个月内，大田山发电厂总计发电上网500万瓦，创造了经济产值约360万元，纯产值大约为340万元，9个月利用甲烷气体300万立方米。
　　卫生填埋方式不仅能保证每年垃圾产量高峰期的出路，同时又能起到调剂作用。而且，卫生填埋技术相对成熟，操作管理简单，投资和运行费用低，是各国主要的垃圾处理方式，目前我国大约80%的垃圾采取这一措施。
　　垃圾焚烧处理也是我国垃圾处理的重要方式之一。上世纪70年代，一些发达国家开始利用焚烧垃圾进行发电，德国、法国、美国和日本在这方面起步早、发展快。例如，美国某垃圾发电站的发电能力高达100兆瓦，每天处理垃圾60万吨。现在，德国的垃圾发电厂每年要花费巨资，从国外进口垃圾。科学家测算，垃圾中的二次能源如有机可燃物等，所含的热值高，焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。如果中国能将垃圾充分有效地用于发电，每年将节省煤炭5000—6000万吨。
　　1985年，深圳市从日本三菱重工业公司成套引进两台日处理能力为150吨的垃圾焚烧炉，为我国现代化垃圾焚烧处理技术与设施发展迈出了第一步。1994年底，该厂完成了三号炉的改造工程，国产化水平达到了80%以上，为我国大型焚烧垃圾设备国产化打下了基础。1998年，日处理能力达1000吨的大型生活垃圾焚烧厂在上海浦东新区开工建设，这也标志着生活垃圾焚烧技术的应用已进入实质性启动阶段。截至2007年底，中国垃圾焚烧发电厂总数达75座，其中建成50座，在建大约25座。2008年，上海1亿千瓦时垃圾发电项目、成都九江环保发电厂、温岭35千伏垃圾焚烧发电厂等项目也已陆续开工建设。
　　然而，垃圾焚烧过程中产生的烟气一直为人诟病。近几年，国家加大了对于烟气的处理，杜文利认为，对于烟气处理已经成为垃圾焚烧过程中的“重中之重，是最核心的部分”，“焚烧厂在建设过程中，三分之二的投资用于环保设施的建设。”
　　垃圾堆肥处理在我国有悠久的历史。传统的堆肥处理采取敞开式静态堆肥，但这种方式容易污染环境，而且堆肥时间长，质量也难以控制。20世纪80年代至90年代，北京、上海、天津等城市开始引进机械化高温堆肥技术。由德国政府赠款资助建立的北京市南宫堆肥厂是亚洲地区高度自动化、大规模、现代化垃圾堆肥厂之一。建成之后，承担了北京市宣武、丰台的部分垃圾处理任务。
　　杜文利认为，我国在处理垃圾的过程中，无害化的思想是垃圾处理过程中最大突破。“比如垃圾填埋过程中的臭味、臭水无害化程度并不高，在北京，尽管垃圾填埋场每天都进行覆盖，但是覆盖到什么程度、覆盖到哪种程度都没有明确的规定。而现在不仅每天进行探测，实行密闭化覆盖，还要对民众公布相关信息。”
　　垃圾处理方式新探：沼气发电实现资源循环利用和无害化处理
　　随着科学家们对于垃圾处理方式的进一步探索，对利用垃圾产生沼气进行发电的相关研究也相继开展。其实，早在1929年汕头就开设了我国第一个沼气商号中国天燃气瓦斯行，其后在十几个省市建立了分行。1958年，我国沼气事业出现第二波高潮，很多省市都修建了沼气池。中国科学院微生物研究所张树政教授等在沼气发酵方面进行了一些研究工作，但由于严格厌氧微生物技术难以突破，理论研究未能深入。
　　20世纪70年代初期，由于农村生活燃料的严重缺乏，四川、江苏和河南等地农村掀起了新一轮发展沼气的热潮，但是未能科学建设，曾一度引起了很多人对沼气技术的疑虑。1980年以后，我国开始了对沼气发酵的科学原理和应用技术进行了大量的研究工作，取得了许多出色成就，先后分离出了几十种产甲烷菌，并对其生活条件进行了研究。
　　早期的研究为沼气发电提供了理论和实践上的帮助。中国农业大学教授、中国沼气协会常务理事林聪介绍说，目前利用垃圾进行沼气发电主要有三种形式。“一是利用垃圾填埋过程中产生的气体进行发电，也就是干发酵。在这过程中不同物质会发生化学反应，使这种气体成分复杂，其中含有有毒有害气体，因此所产垃圾气体主要用于工业发电。二是将垃圾填埋的渗滤液厌氧发酵所产沼气进行发电。垃圾渗滤液有机浓度高，降解难度大，处理的难度很大。三是将垃圾粉碎之后直接进行厌氧发酵，进而产生沼气进行发电。”
　　国外已经开展了将垃圾粉碎之后直接进行厌氧发酵技术的应用，但是这种处理方式要对垃圾进行很好的前处理，如垃圾分类和粉碎，而且对前处理设备和厌氧消化器的材料的耐腐蚀性和耐磨损性要求很高。“利用垃圾处理进行沼气发电，目前还有很多不完善的地方，各种处理利用技术还需研究和提升，需要在实践应用中进一步的探索合理的工艺技术，垃圾处理沼气发电的前景会越来越好。”林教授说。
　　内蒙古鄂尔多斯传祥垃圾处理有限公司在利用垃圾发酵沼气方面也做出了一定贡献。该公司采用大件物质分捡、筛分、磁选、风选、纸塑分离技术，对垃圾进行综合分选，将垃圾分为厌氧发酵料、可回收物、填埋物三大类别。其中，厌氧发酵料经过水解酸化进行厌氧发酵，制取沼气和有机肥。城市污泥、粪便等也通过发酵，从中获取沼气能源。
　　杜文利认为，利用垃圾发酵不仅能产生沼气，而且通过发酵还能产生颗粒肥，具有较好的经济效益。“这也是一种有效实现垃圾处理资源化和无害化的方式。”
　　垃圾处理前景展望：综合处理方式应声而出
　　尽管我国垃圾处理已经取得了可喜的进展，但是无论是焚烧、填埋还是堆肥都存在一定的缺陷。正如林聪教授所说，这几种垃圾处理方式各有各的优势，也存在一定缺陷，因此需要在实践中进一步的探索，寻找更好的垃圾处理方式。
　　针对传统的垃圾处理方式存在的种种问题，综合处理方式应声而出。利用分选技术，将垃圾分门别类，然后根据成分的不同选择不同的处理方式。砖头、瓦砾等用于填埋；可燃烧物质进行焚烧；堆肥法主要处理易腐有机物。垃圾填埋过程中产生的气体中含有的有毒有害气体也将得到有效控制，利用沼气发电也更为安全。
　　垃圾伴随着人类而来，同时也在无形中影响着人类文明进程。对于垃圾的处理固然重要，源头上的控制则是根本。比如外包装尽量简单活着使用纸质包装，减少食品的浪费。垃圾分类收集有利于垃圾后期处理，这就需要普通民众养成垃圾分类处理的习惯。
　　如何有效处理垃圾依旧任重而道远。未来的垃圾处理一方面需要寄希望于民众的配合，同时也有赖于科学技术的发展。随着科技的发展，我们有理由相信在不久的将来我国垃圾处理将实现减量化、资源化、无害化的目标。
　　大事记
　　1984年建设部提出：我国城市垃圾治理近期以卫生填埋和高温堆肥为主，有条件的地方还可以发展焚烧技术。
　　1985年我国首个垃圾焚烧厂落户深圳。
　　1986年全国环境保护委员会提出：我国城市垃圾治理以减量化、资源化、无害化为最终目的。
　　1995年我国颁布《中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法》。该法规定：“城市生活垃圾应当及时清运，并积极开展合理利用和无害化处置。城市生活垃圾应当逐步做到分类收集、储存、运输和处置。”
　　2006年国家发改委颁布《国家鼓励的资源综合利用认定管理办法》，其中对垃圾焚烧炉、垃圾发电等做出了相关规定。
　　相关新闻
　　国内最大的沼气发电厂并网发电
　　2009年5月19日，德青源鸡粪沼气发电厂举行竣工仪式。这是继风力发电、太阳能照明、秸秆气化后，延庆又一项投入应用的新能源。电厂并网发电后，延庆每年可为首都提供1.9亿度绿电。市委常委牛有成出席。
　　德青源(北京)生态园存栏蛋鸡210万只、雏鸡90万只，每天产出鸡粪210余吨，生产生活污水270余吨。为解决这些生产废弃物，德青源采用世界一流的生物发酵技术和燃气发电技术，将所有鸡粪和污水收集起来，生产沼气用于发电，实现了废水废物零排放，解决了粪便和污水处理这一长期制约大型养殖基地建设和发展的难题。除了每年向电网提供1400万千瓦时的绿电外，发电厂还产生相当于4500吨标准煤的余热用于供暖，并且减少温室气体排放8万多吨，同时还为当地农民提供优质有机肥18万吨，每年向张山营镇水峪村173户、360余人提供沼气73万立方米，供村民炊事用。2009年4月，联合国将德青源沼气发电项目列为“全球大型沼气发电技术示范工程”。
　　名词解释
　　生活垃圾的厌氧发酵: 在无氧条件下，微生物分解垃圾中的有机物，其中的C、H、O转化为沼气、甲烷和二氧化碳，而N、P、K等微量元素存于残留物中并转化为易被动植物吸收利用的过程。有机物首先通过快速增值和对pH敏感的酸化菌将其水解和发酵转化为挥发酸，挥发酸通过乙酸菌氧化为乙酸盐、分子氢和二氧化碳，甲烷菌再将这些物质转化为甲烷，一般厌氧消化可分为水解酸化阶段、产氢、产乙酸阶段和产甲烷阶段。利用发酵沼渣所富含的有机质、腐殖酸类物质及N、P、K等成分，通过脱水干化及合理辅料添加等的营养混配工艺，生产出营养含量水平高品质稳定的优质颗粒状有机肥。

wwxx · 发表于 2014-1-9 17:37

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