摘要：采用多個(gè)大容量剛?cè)峤M合筒倉(cāng)對(duì)城市生活垃圾實(shí)施分倉(cāng)熟化，每天若干次外引污水噴淋垃圾，使其始終保持在高濕度狀態(tài)以利產(chǎn)生沼氣，經(jīng)一年后被密封儲(chǔ)存垃圾達(dá)到徹底腐熟，并在此過(guò)程中生產(chǎn)了大量沼氣和消耗了大量生活污水，因此可以獲得以污治污的功效。

關(guān)鍵詞：生活垃圾 分倉(cāng)熟化 以污治污 剛?cè)峤M合筒倉(cāng) 外引污水

0 引言

在農(nóng)村建造沼氣池產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。不僅改善了環(huán)境衛(wèi)生，提供優(yōu)質(zhì)肥料，又為農(nóng)戶廚房爐灶、照明等提供了廉價(jià)能源，可謂變污染物為寶一舉多得。試想如果能夠使所有城市生活垃圾和生活污水也都能夠經(jīng)過(guò)充分厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，那將會(huì)是具有何等重大意義：不僅根治了環(huán)境污染，而且還能獲得巨大再生能源。

若要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，那么首先要解決的問(wèn)題就是儲(chǔ)存容器，這樣一個(gè)容器必須滿足以下三個(gè)條件：其一是應(yīng)具有超大容量；其二是必須結(jié)構(gòu)安全且密封可靠；其三是必須廉價(jià)。本文介紹的剛?cè)峤M合筒倉(cāng)經(jīng)在安徽省舒城縣垃圾處理場(chǎng)實(shí)踐證明可以滿足上述條件。

1. 背景技術(shù)

1.1 垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)

目前生活垃圾通過(guò)厭氧發(fā)酵獲得沼氣的現(xiàn)有技術(shù)主要有以下兩種：

其一是從垃圾填埋場(chǎng)獲得沼氣。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是獲取成本低，待填埋場(chǎng)填埋垃圾足夠多，通常是在即將封場(chǎng)之際，直接插管入被填埋垃圾深處抽取即可。此方法的缺點(diǎn)是厭氧產(chǎn)沼效率差，并污染大氣。這是因?yàn)槔盥駡?chǎng)是一直處在完全開(kāi)放的環(huán)境中，垃圾中的可腐有機(jī)物絕大部分是在好氧狀態(tài)（或者是半好氧狀態(tài)）腐熟，只有等數(shù)年甚至十年以上使先前被填埋垃圾上方有足夠厚的垃圾覆蓋層（一般在10米左右）時(shí)，才能真正使先前被填埋垃圾處于厭氧狀態(tài)，但此時(shí)垃圾中的可腐有機(jī)物已經(jīng)很少了。不過(guò)我們有時(shí)仍會(huì)感覺(jué)填埋場(chǎng)沼氣量很大，那僅僅是因?yàn)楸惶盥竦睦繉?shí)在是太大了的緣故。故此方法雖然廉價(jià)，但垃圾厭氧產(chǎn)沼效率很差，不能獲得高效益。

其二是將垃圾儲(chǔ)存在密封容器中經(jīng)厭氧發(fā)酵獲得沼氣。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是獲得沼氣效率高，因?yàn)槔械目筛袡C(jī)物是基本完全處在厭氧環(huán)境中腐熟穩(wěn)定的，所以厭氧產(chǎn)沼效率很高。然而不足之處是耗費(fèi)成本太高，具體表現(xiàn)在：①密封容器制造昂貴故容量有限；②運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高：包括垃圾分選（將有機(jī)垃圾分選出來(lái)）、有機(jī)垃圾粉碎、強(qiáng)制攪拌、加溫和循環(huán)通氣等。所有這些成本花費(fèi)都是為了加速有機(jī)垃圾盡快腐熟，縮短發(fā)酵周期，一般可以控制在30天以內(nèi)。其結(jié)果是盡管產(chǎn)沼效率很高，但仍不足以抵消成本開(kāi)支，若無(wú)政府足夠補(bǔ)貼將難以維持運(yùn)轉(zhuǎn)。故此方案雖然厭氧產(chǎn)沼效率高，但因成本太高，也不能獲得高效益。

1.2 大型筒倉(cāng)構(gòu)筑物

現(xiàn)有儲(chǔ)存散裝物料的大型筒倉(cāng)一般采用鋼結(jié)構(gòu)或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一旦建造完成，其倉(cāng)體高度都是固定不變的。倉(cāng)體材料除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還必須有足夠厚度以形成整個(gè)筒倉(cāng)體具有抵抗變形的剛度，這樣才能確保筒倉(cāng)內(nèi)無(wú)論是滿倉(cāng)還是空倉(cāng)，整個(gè)筒倉(cāng)體都是穩(wěn)定的，這種筒倉(cāng)我們稱之為“剛性筒倉(cāng)”，現(xiàn)有筒倉(cāng)基本屬于剛性筒倉(cāng)。

因剛性筒倉(cāng)的倉(cāng)體厚度是隨筒倉(cāng)容量增加而增厚，所以如若建造大容量剛性筒倉(cāng)，造價(jià)會(huì)非常昂貴。

1.3加筋土擋墻

加筋土擋墻是由法國(guó)工程師亨利•維達(dá)爾（Henri Vidal）在1963年發(fā)明[1]。加筋土擋墻不同于一般圬工擋墻的主要特征在于：通過(guò)在填料中設(shè)置加筋材料使得原本作為外荷載的墻后填料轉(zhuǎn)變?yōu)閾鯄w的一部分。正是由于這種創(chuàng)造性的突破，加筋土擋墻的外墻面可以做得很薄，故造價(jià)較一般圬工擋墻低，而且適用于建造高擋墻，據(jù)有關(guān)資料記載[2]，我國(guó)陜西省境內(nèi)某一特高型加筋土擋墻的擋土高度已達(dá)84米。

2. 分倉(cāng)熟化新技術(shù)

2.1 新觀點(diǎn)

采用密封容器厭氧腐熟生活垃圾無(wú)疑是高效率獲得沼氣的最好途徑，需要解決的問(wèn)題是必須把制造密封容器的成本，以及垃圾厭氧產(chǎn)沼的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用大幅度降下來(lái)，只有這樣才能真正獲得高效益。另外還需要一些觀念上的轉(zhuǎn)變：認(rèn)為耗費(fèi)高額運(yùn)營(yíng)費(fèi)用來(lái)強(qiáng)制縮短垃圾厭氧發(fā)酵周期其實(shí)完全沒(méi)有必要，相反恰恰認(rèn)為可以利用垃圾自然厭氧發(fā)酵周期長(zhǎng)的特性來(lái)消滅外來(lái)污水，并同時(shí)進(jìn)一步增加沼氣效益。

分倉(cāng)熟化新技術(shù)是采用多個(gè)大容量剛?cè)峤M合筒倉(cāng)對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間厭氧熟化，因在此過(guò)程中需要消耗大量外引污水，故而同時(shí)還是一座污水處理廠，更確切地說(shuō)是污水消滅廠，因?yàn)槲鬯幚淼淖罱K結(jié)果是零排放。

2.2 剛?cè)峤M合筒倉(cāng)構(gòu)造

剛?cè)峤M合筒倉(cāng)的底座是一圓形鋼筋混凝土污水池（圖1），污水池內(nèi)均勻分布眾多支墩，支墩上架設(shè)格柵板，格柵板上部?jī)?chǔ)存生活垃圾，垃圾滲瀝液經(jīng)格柵板縫隙流入污水池。

 
筒倉(cāng)體安放在污水池壁上，筒倉(cāng)體是由多個(gè)相同的倉(cāng)體圓筒段豎向拼裝而成，單個(gè)倉(cāng)體圓筒段是由鋼筋網(wǎng)片內(nèi)附著鉛絲網(wǎng)以及襯墊裙制作而成（圖3、圖4），襯墊裙可采用垃圾填埋場(chǎng)襯墊材料。因制作簡(jiǎn)單且耗費(fèi)材料不多故造價(jià)低廉。

因筒倉(cāng)體很薄，所以整座筒倉(cāng)的穩(wěn)定是必須依靠筒倉(cāng)內(nèi)填充物料來(lái)支撐的，如果筒倉(cāng)內(nèi)物料增加，則筒倉(cāng)體應(yīng)該隨之升高，反之若筒倉(cāng)內(nèi)物料的減少則筒倉(cāng)體必須隨之下降。如果很薄的筒倉(cāng)體在較大豎向空間沒(méi)有物料的填充支撐，將難以維持穩(wěn)定，或許一陣風(fēng)即可將其吹倒，故此筒倉(cāng)體具有“柔性倉(cāng)體”特征。

當(dāng)入倉(cāng)垃圾到達(dá)設(shè)計(jì)滿倉(cāng)容量后進(jìn)行倉(cāng)頂覆蓋密封。覆蓋物也可采用填埋場(chǎng)襯墊，倉(cāng)頂覆蓋物周邊與筒倉(cāng)體襯墊層搭接密封。

 
2.3 筒倉(cāng)內(nèi)部裝置

2.3.1 集氣裝置

在垃圾進(jìn)料過(guò)程中埋入集氣裝置，包括豎向集氣管和環(huán)形集氣籠（圖1、圖2）。豎向集氣管采用塑料盲溝或軟式透水管制作，環(huán)形集氣籠采用強(qiáng)度高且耐腐蝕好的玻璃鋼材料制作。所有豎向集氣管均與環(huán)形集氣籠連通，排氣支管接入環(huán)形集氣籠排出沼氣到筒倉(cāng)外發(fā)電機(jī)組，既可以自然排放，也可以根據(jù)需要開(kāi)啟引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制抽取筒倉(cāng)內(nèi)沼氣。

2.3.2 加筋材料

引入公路加筋土擋墻設(shè)計(jì)理念，在垃圾進(jìn)料過(guò)程中設(shè)置加筋材料，如加筋環(huán)和加筋帶（圖5～圖7），這樣就可以大幅度減小垃圾對(duì)筒倉(cāng)體的側(cè)壓力，使柔性筒倉(cāng)體的結(jié)構(gòu)安全得到可靠保證，這在安徽省舒城縣新建垃圾處理場(chǎng)項(xiàng)目中已經(jīng)得到驗(yàn)證。加筋材料可采用鋼筋網(wǎng)片制作，外涂防腐漆。

2.3.3 噴淋裝置

當(dāng)垃圾向筒倉(cāng)內(nèi)持續(xù)進(jìn)料達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，在垃圾頂面上安裝噴淋管（圖1），噴淋管與上水支管連通，污水泵提升污水均勻噴淋在筒倉(cāng)頂面的垃圾上。

2.4 垃圾厭氧腐熟

在垃圾密封儲(chǔ)存期間，為了多產(chǎn)沼氣和更多地消滅外引污水，需要經(jīng)常噴淋垃圾，使筒倉(cāng)內(nèi)垃圾始終保持在高濕度狀態(tài)。噴淋入筒倉(cāng)內(nèi)的污水一部分消耗在厭氧發(fā)酵生化反應(yīng)中，另一部分因發(fā)酵產(chǎn)生熱量化作水蒸氣隨沼氣排出筒倉(cāng)外（水蒸氣不會(huì)造成污染），剩余的污水下滲流入筒倉(cāng)底部污水池。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)一年的密封儲(chǔ)存后，累計(jì)消耗的外引污水量是非�？捎^的。

連接各筒倉(cāng)的所有支管（包括下水支管、上水支管和排氣支管）均經(jīng)由各支管閥門(mén)控制后再接入總管，只要控制各支管閥門(mén)的開(kāi)或關(guān)，污水泵就可以任意抽取任一污水池（包括外引污水井）內(nèi)污水向任一筒倉(cāng)頂部垃圾噴淋，同理安裝在排氣總管上的引風(fēng)機(jī)也可以強(qiáng)制抽取任一筒倉(cāng)內(nèi)的沼氣。

筒倉(cāng)內(nèi)垃圾徹底腐熟后可停止噴淋污水，轉(zhuǎn)而噴淋清水約一周以清洗垃圾中的殘余可溶有機(jī)物，再停止噴淋清水約一周以爽干垃圾中的水分，最后抽干污水池中污水，關(guān)閉該筒倉(cāng)所有支管閥門(mén)后即可開(kāi)倉(cāng)出料。

2.5 開(kāi)倉(cāng)出料
拆除倉(cāng)頂覆蓋及噴淋裝置后即可出料，出料方式可采用門(mén)吊或輸送帶輸送。

垃圾場(chǎng)在正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，總是各有一座進(jìn)料和出料筒倉(cāng)，且出料筒倉(cāng)的出料量須跟隨進(jìn)料筒倉(cāng)的進(jìn)料量同步，這樣出料筒倉(cāng)拆下倉(cāng)體圓筒段可以轉(zhuǎn)移到進(jìn)料筒倉(cāng)上進(jìn)行安裝。

3. 實(shí)施規(guī)模

根據(jù)當(dāng)?shù)厣罾债a(chǎn)量以及確定熟化周期后，就可以任取不同筒倉(cāng)直徑計(jì)算筒倉(cāng)容量，以及需要建造多少座筒倉(cāng)。如下示例：

某小城市需要日處理生活垃圾500噸，按入倉(cāng)自然壓實(shí)平均容重0.8(噸/m3)計(jì)約合625立方米。設(shè)定腐熟周期為一年，則剛?cè)峤M合筒倉(cāng)設(shè)計(jì)要素如下：

擬建剛?cè)峤M合筒倉(cāng)直徑20米，平均高度按直徑的1.1倍計(jì)為22米，則單個(gè)筒倉(cāng)容積為6912立方米。按日進(jìn)垃圾625立方米計(jì)，裝滿1個(gè)筒倉(cāng)需要11.1天，則1年365天可裝滿33座筒倉(cāng)。另外還有進(jìn)料、出料出料筒倉(cāng)各1座不能計(jì)入腐熟周期，故實(shí)際需要建造筒倉(cāng)數(shù)為33+2=35座，見(jiàn)下表。表中大、中城市計(jì)算同理。

 僅從垃圾達(dá)到徹底腐熟而言或許并不需要1年，但從以污治污角度來(lái)看，密封在筒倉(cāng)內(nèi)的垃圾并不單純是被腐熟的對(duì)象，還是幫助外引污水厭氧消化的介質(zhì)，被密封儲(chǔ)存的垃圾越多，意味著可被消耗的污水越多，或者說(shuō)污水處理廠規(guī)模越大。

4. 總結(jié)

綜上所述，城市生活垃圾“分倉(cāng)熟化”新技術(shù)的優(yōu)越性可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

4.1 原生垃圾不必分選直接提升入倉(cāng)，降低運(yùn)轉(zhuǎn)成本。

4.2垃圾儲(chǔ)存期間除自動(dòng)定時(shí)噴淋外不必進(jìn)行其它干預(yù)，運(yùn)轉(zhuǎn)簡(jiǎn)單又廉價(jià)。

4.3垃圾中有許多大小不一各種固體物料，徹底腐熟需要較長(zhǎng)時(shí)間，建造足夠多個(gè)大型筒倉(cāng)構(gòu)筑物可以使腐熟周期充分延長(zhǎng)，而較長(zhǎng)的腐熟周期可消耗污水越多，實(shí)現(xiàn)以污治污效果。

4.4因筒倉(cāng)為密封構(gòu)筑物，筒倉(cāng)內(nèi)污染物與外界環(huán)境完全隔絕，故可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益零污染。

4.5 不僅是生活垃圾，包括所有可厭氧發(fā)酵的固體或液體廢物，如廚余物、泔腳水、市政污泥、秸桿、水葫蘆、動(dòng)物尸體等。

4.6 經(jīng)濟(jì)效益分析：根據(jù)有關(guān)資料顯示[3]，每噸生活垃圾如若徹底厭氧分解可產(chǎn)生沼氣約160立方米。粗估每立方米生活垃圾（按容重0.8t/m3計(jì)）產(chǎn)生100立方米沼氣計(jì)，其發(fā)電后產(chǎn)生的效益約為100元。也就是說(shuō)若日處理生活垃圾1000立方米，每天可獲得沼氣發(fā)電效益10萬(wàn)元。

以上還未計(jì)入噴淋污水產(chǎn)生的沼氣效益，若污水濃度足夠高則產(chǎn)生的沼氣效益甚至有可能超過(guò)垃圾，即經(jīng)濟(jì)效益再翻一番。

此外還可以向污水來(lái)源處收取污水處理費(fèi)，以及根據(jù)《京都議定書(shū)》規(guī)則獲得二氧化碳減排費(fèi)等。

4.7 綜合利用：生活垃圾腐熟透徹后基本不會(huì)再產(chǎn)生污染，也非常有利于其后的多種綜合處理工藝，如機(jī)械分選、制作有機(jī)肥、焚燒、制磚，甚至填埋等。

5. 建議

垃圾可以不分類但污水建議分類，在民用建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮將低濃度污水和高濃度污水區(qū)分開(kāi)來(lái)排放，低濃度污水包括廚房用水、盥洗室洗臉洗澡水和洗衣機(jī)水，高濃度污水則為人糞尿。低濃度污水可由管道輸送至污水廠處理，而高濃度污水則可先排放入化糞池，再由抽糞車輸送至垃圾場(chǎng)厭氧發(fā)酵。

另外建議大力推廣使用免沖洗廁所或節(jié)水型廁所。

  
 
 

參考文獻(xiàn)：

1. 交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院．路基（第二版）．公路設(shè)計(jì)手冊(cè)

2. 謝秦生．封面照片．公路．1997年第3期

3. 陳力生．垃圾填埋氣無(wú)害化處理．2003（第二屆）全國(guó)固體廢棄物處理及綜合利用技術(shù)與設(shè)備交流研討會(huì)論文集