我國(guó)農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)探討
摘要:介紹了衛(wèi)生填埋法、焚燒法、堆肥法和綜合利用等農(nóng)村生活垃圾常規(guī)處理技術(shù),以及蚯蚓堆肥法、太陽(yáng)能-生物集成技術(shù)、高溫高壓濕解法、垃圾衍生燃料和氣化熔融處理技術(shù)等幾種農(nóng)村生活垃圾處理新技術(shù)。在概述各種處理工藝的技術(shù)參素及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上,提出了農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)路線,為社會(huì)主義新農(nóng)村生活垃圾處理工藝的選擇提供建議。
關(guān)鍵詞:農(nóng)村生活垃圾;處理方法;技術(shù)路線
農(nóng)村生活垃圾是指在農(nóng)村日常生活中或?yàn)檗r(nóng)村日常生活提供服務(wù)活動(dòng)產(chǎn)生的固體廢物以及法律、行政法規(guī)規(guī)定為生活垃圾的固體廢物。2006年8月至2007年11月,全國(guó)愛(ài)衛(wèi)會(huì)、衛(wèi)生部聯(lián)合組織開(kāi)展了全國(guó)農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生現(xiàn)狀調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示,生活垃圾是農(nóng)戶家庭垃圾的主要來(lái)源,農(nóng)村人均生活垃圾量為0.86kg/d,全國(guó)農(nóng)村一年的生活垃圾量約3億t,其中1/3(1億t)的垃圾屬于隨意堆放。農(nóng)村生活垃圾的主要成分有爐灰、食品袋、廢紙、建材、塑料制品、水果腐爛物等;可分解與不可分解、可回收與不可回收、有害物品與無(wú)害物品的垃圾混為一體。未經(jīng)處理或處理不徹底的農(nóng)村生活垃圾任意堆放不但極易造成對(duì)土壤、水體和空氣的污染,威脅著農(nóng)民的身體健康,而且還影響到村容村貌。
2005年修訂后的《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》第四十九條明確規(guī)定:“農(nóng)村生活垃圾污染環(huán)境防治的具體辦法,由地方性法規(guī)規(guī)定”,從而將農(nóng)村生活垃圾的管理納入法制軌道。農(nóng)村生活垃圾處理受地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、垃圾狀況及氣候條件等多種因素的影響和制約。農(nóng)村生活垃圾處理是指通過(guò)物理、化學(xué)、生物等加工過(guò)程,將農(nóng)村生活垃圾轉(zhuǎn)變成適于運(yùn)輸、利用、貯存或最終處置的過(guò)程。目前生活垃圾處理處置的方法基本上是衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥、綜合利用4種,此外還有一些新的工藝方法如蚯蚓堆肥法、太陽(yáng)能-生物集成技術(shù)、氣化熔融處理技術(shù)等。
1、農(nóng)村生活垃圾處理的常規(guī)技術(shù)
1.1衛(wèi)生填埋
農(nóng)村生活垃圾的最終處置方法是將經(jīng)過(guò)焚燒或其它方法處理后的殘余物送到填埋場(chǎng)進(jìn)行衛(wèi)生填埋。其原理是采取防滲、鋪平、壓實(shí)、覆蓋等措施將垃圾埋入地下,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的物理、化學(xué)和生物作用使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),并對(duì)氣體、滲瀝液、蠅蟲(chóng)等進(jìn)行治理,最終對(duì)填埋場(chǎng)封場(chǎng)覆蓋,從而將垃圾產(chǎn)生的危害降到最低。
1.2焚燒
農(nóng)村生活垃圾中的廢塑料等可燃成分較多,具有很高的熱值,采用科學(xué)合理的焚燒方法是完全可行的。焚燒處理是一中深度氧化的化學(xué)過(guò)程,在高溫火焰的作用下,焚燒設(shè)備內(nèi)的生活垃圾經(jīng)過(guò)烘干、引燃、焚燒3個(gè)階段將其轉(zhuǎn)化為殘?jiān)蜌怏w(CO2、SO2等),可經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)現(xiàn)垃圾減量化(燃燒后垃圾的體積可減少80%~95%和無(wú)害化(垃圾中的有害物質(zhì)在焚燒過(guò)程中因高溫而被有效破壞)。經(jīng)過(guò)焚燒后的灰渣可作為農(nóng)家肥使用,同時(shí)可將產(chǎn)生的熱量用于發(fā)電和供暖。
1.3堆肥
農(nóng)村生活垃圾中有機(jī)組分(廚余、瓜果皮、植物殘?bào)w等)含量高,可采用堆肥法進(jìn)行處理。堆肥技術(shù)是在一定的工藝條件下,利用自然界廣泛分布的細(xì)菌、真菌等微生物對(duì)垃圾中的有機(jī)物進(jìn)行發(fā)酵、降解使之變成穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì),并利用發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的熱量殺死有害微生物達(dá)到無(wú)害化處理的生物化學(xué)過(guò)程。按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為靜態(tài)堆肥、動(dòng)態(tài)堆肥以及間歇式動(dòng)態(tài)堆肥;按需氧情況分為好氧堆肥與厭氧堆肥兩種。其中與厭氧堆肥相比,好氧堆肥周期短、發(fā)酵完全、產(chǎn)生二次污染小,但肥效損失大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。
1.4綜合利用
綜合利用是實(shí)現(xiàn)固體廢物資源化、減量化的最重要手段之一。在生活垃圾進(jìn)入環(huán)境之前對(duì)其進(jìn)行回收利用,可大大減輕后續(xù)處理處置的負(fù)荷。綜合利用的方法有多種,主要分為以下4種形式:再利用、原料再利用、化學(xué)再利用、熱綜合利用。在農(nóng)村生活垃圾處理過(guò)程中,應(yīng)盡量采取措施進(jìn)行綜合利用,以達(dá)到垃圾減量化、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源和能源的目的。根據(jù)農(nóng)村生活垃圾的特點(diǎn),建議農(nóng)村垃圾應(yīng)分類收集,分類處理(圖1)。
圖1農(nóng)村生活垃圾處理模式
2、農(nóng)村生活垃圾處理新技術(shù)的發(fā)展
2.1蚯蚓堆肥法
蚯蚓堆肥(Vermicomposting)是指在微生物的協(xié)同作用下,蚯蚓利用自身豐富的酶系統(tǒng)(蛋白酶、脂肪酶、纖維酶、淀粉酶等)將有機(jī)廢棄物迅速分解、轉(zhuǎn)化成易于利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),加速堆肥穩(wěn)定化過(guò)程。蚯蚓種類繁多,但應(yīng)用于生活垃圾堆肥處理的主要集中在正蚓科和巨蚓科的幾個(gè)屬種,其中應(yīng)用最廣的是赤子愛(ài)勝蚓(Eiseniafoetida)。用蚯蚓堆肥法處理農(nóng)村生活垃圾工藝簡(jiǎn)單、操作方便、費(fèi)用低廉、資源豐富、無(wú)二次污染,而且處理后的蚓糞可作為除臭劑和有機(jī)肥料,蚯蚓本身又可提取酶、氨基酸和生物制品。蚓糞用于農(nóng)田對(duì)土壤的微生物結(jié)構(gòu)和土壤養(yǎng)分可產(chǎn)生有益的影響,提高作物(如草莓)的產(chǎn)量和生物量,以及土壤中的微生物量。蚯蚓堆肥法具有的上述優(yōu)點(diǎn),使該技術(shù)在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)用具有廣闊的前景。
2.2太陽(yáng)能-生物集成技術(shù)
該技術(shù)是利用生活垃圾中的食物性垃圾自身攜帶菌種或外加菌種進(jìn)行消化反應(yīng),應(yīng)用太陽(yáng)能作為消化反應(yīng)過(guò)程中所需的能量來(lái)源,對(duì)食物性垃圾進(jìn)行衛(wèi)生、無(wú)害化生物處理。在處理過(guò)程中利用垃圾本身所產(chǎn)生的液體調(diào)節(jié)處理體的含水率,不但能夠強(qiáng)化厭氧生物量,而且能夠?yàn)樘幚眢w提供充足的營(yíng)養(yǎng),從而加速處理體的穩(wěn)定,在處理過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣可經(jīng)脫臭后排放。當(dāng)陰雨天或外界氣溫較低時(shí),它能依靠消化反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的能量來(lái)維持生物反應(yīng)的正常進(jìn)行。
“生活垃圾太陽(yáng)能-生物集成技術(shù)處理反應(yīng)器”由寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院研制成功,它可實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾中的可堆腐物轉(zhuǎn)變?yōu)楦牧纪寥赖挠袡C(jī)肥料。處理完成的食物性生活垃圾體積減少80%以上,并可產(chǎn)生生物肥腐熟性有機(jī)物,作為有機(jī)肥使用,既可大幅度減少農(nóng)村生活垃圾的清運(yùn)量,又可變廢為寶,使資源得到再生利用。
2.3高溫高壓濕解法
農(nóng)村生活垃圾濕解是在濕解反應(yīng)器內(nèi),對(duì)農(nóng)村生活垃圾中的可降解有機(jī)質(zhì)用濕度為433~443K、壓力為0.6~0.8Mpa的蒸汽處理2h后,用噴射閥在20s內(nèi)排除物料,同時(shí)破碎粗大物料并閃蒸蒸汽,再用脫水機(jī)進(jìn)行液固分離。濕解液富含黃腐酸,可用于制造液體肥料或顆粒肥料。脫水后的濕物料可用干燥機(jī)進(jìn)行烘干到水分小于20%,過(guò)篩,粗物料再進(jìn)行粉碎。高溫高壓濕解的固形物質(zhì)可作為制造有機(jī)肥的基料,濕解基料富含黃腐酸。
2001年,袁靜波研制成功“高溫高壓水解法處理城鄉(xiāng)生活垃圾及制肥成套設(shè)備”,并獲得了國(guó)家發(fā)明專利。其高溫高壓水解法處理農(nóng)村生活垃圾由垃圾分選系統(tǒng)、垃圾水解系統(tǒng)、垃圾焚燒系統(tǒng)、制肥自動(dòng)控制系統(tǒng)組成,具有垃圾分選效果好,運(yùn)行成本低,有機(jī)物利用率高,無(wú)需添加酸性催化劑,避免了對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。這說(shuō)明了高溫高壓濕解法處理農(nóng)村生活垃圾具有可行性。
2.4垃圾衍生燃料
垃圾衍生燃料(RefuseDerivedFuel,簡(jiǎn)稱RDF)一般指生活垃圾經(jīng)破碎、篩選出不燃物后所得到的以廢塑料、紙屑等可燃物為主體的廢棄物,或?qū)⒖扇紡U棄物進(jìn)一步粉碎、干燥成型而制得的固體燃料。RDF具有如下優(yōu)點(diǎn):①較高的熱值、均勻的燃燒特性;②能量回用、綜合效率高;③煙氣中重金屬含量低、煙氣凈化成本低、灰分少,進(jìn)一步減少處理費(fèi)用,一般RDF制備工藝見(jiàn)圖2。
圖2農(nóng)村生活垃圾制備RDF工藝流程圖
農(nóng)村生活垃圾制備RDF工藝過(guò)程可回收熱能用于農(nóng)村供熱和發(fā)電等,且RDF運(yùn)輸、儲(chǔ)存比較方便,但其燃燒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生有害氣體(CO、HCl等)和溫室氣體。因此,該技術(shù)在農(nóng)村生活垃圾處理中應(yīng)用前景廣闊,但仍需要加強(qiáng)研究開(kāi)發(fā)工作。
2.5氣化熔融處理技術(shù)
該技術(shù)將生活垃圾在450-600℃溫度下的熱解氣化和灰渣在1300℃以上熔融兩個(gè)過(guò)程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。農(nóng)村生活垃圾先在還原性氣氛下熱分解制備可燃?xì)怏w,垃圾中的有價(jià)金屬未被氧化,有利于回收利用,同時(shí)垃圾中的Cu、Fe等金屬不易生成促進(jìn)二惡英類形成的催化劑;熱分解氣體燃燒時(shí)空氣系數(shù)較低,能大大降低排煙量,提高能量利用率,降低NOx的排放量,減少煙氣處理設(shè)備的投資及運(yùn)行費(fèi);含碳灰渣在高于1300℃以上的高溫下熔融燃燒,能扼制二惡英類毒性物的形成,熔融渣被高溫消毒可實(shí)現(xiàn)再生利用,同時(shí)能最大限度地實(shí)現(xiàn)垃圾減容、減量。
氣化熔融處理技術(shù)具有徹底的無(wú)害化、顯著的減容性、廣泛的物料適應(yīng)性、高效的能源與物資回收性等優(yōu)點(diǎn),但要求農(nóng)村生活垃圾必需具有較高的熱值(>6000kJ/kg)。隨著農(nóng)村生活水平的提高,生活垃圾熱值也在提高,在未來(lái)農(nóng)村生活垃圾的處理中該技術(shù)將占據(jù)一席之地。
3、幾種農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)的比較
表1總結(jié)了幾種典型的農(nóng)村生活垃圾處理方法的技術(shù)參數(shù),并進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)比較。本文介紹的幾種處理技術(shù)都可不同程度地應(yīng)用于農(nóng)村生活垃圾的處理處置。每種技術(shù)都有其自身的特點(diǎn)及實(shí)用性,因此最終選擇適當(dāng)?shù)霓r(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)取決于各種各樣的因素(如技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素、政治因素、環(huán)境因素等),其中很多因素都依賴于當(dāng)?shù)貤l件,一般應(yīng)考慮:①農(nóng)村生活垃圾的成分和性狀(決定于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平);②處理能力和垃圾的減容率;③國(guó)家相關(guān)政策和法規(guī);④工作人員的職業(yè)健康和安全;⑤處理、運(yùn)行及其它成本;⑥處理設(shè)備的易操作性和可靠性;⑦需要的配套設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施;⑧處理設(shè)備及排放裝置對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的總體影響。
4、農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)路線
根據(jù)農(nóng)村生活垃圾處理的原則及上述選擇處理技術(shù)的影響因素,農(nóng)村生活垃圾處理的技術(shù)路線大致如下:①實(shí)行垃圾分類收集,加強(qiáng)廢品的回收利用。結(jié)合農(nóng)村實(shí)際情況,將垃圾分為無(wú)機(jī)垃圾、可回收垃圾、有害垃圾和有機(jī)垃圾分類進(jìn)行收集;成立廢品回收站,最大限度地向農(nóng)戶收購(gòu)可再生廢品。②推廣農(nóng)村垃圾無(wú)害化處理技術(shù),鼓勵(lì)農(nóng)民建設(shè)沼氣池,大力發(fā)展農(nóng)村沼氣。“十一五”規(guī)劃準(zhǔn)備把沼氣作為重點(diǎn)來(lái)推廣,現(xiàn)在農(nóng)業(yè)部一年的沼氣補(bǔ)助費(fèi)就有10億元。發(fā)展沼氣既解決群眾生活用能問(wèn)題,又能得到優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料,同時(shí)還可以有效減少農(nóng)村生活垃圾對(duì)環(huán)境的污染。③對(duì)落后的山區(qū),合理選擇天然的低洼地作為填埋場(chǎng)不失為一種經(jīng)濟(jì)的農(nóng)村生活垃圾處理方法。填埋場(chǎng)應(yīng)避開(kāi)以易滲透地域和靠近河流、湖泊、洪災(zāi)區(qū)和儲(chǔ)水補(bǔ)給區(qū)的地理位置,選擇滲透較小的地基,在填埋場(chǎng)底部加防滲層。④對(duì)于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的農(nóng)村,應(yīng)盡量減少垃圾填埋量,生活垃圾處理逐漸轉(zhuǎn)向二次污染小的處理工藝,如太陽(yáng)能-生物集成技術(shù)、蚯蚓堆肥法、RDF等。未來(lái)農(nóng)村生活垃圾的治理方向就是要變廢為寶,實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。⑤發(fā)展農(nóng)戶清潔能源循環(huán)利用技術(shù),實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾的綜合利用。根據(jù)農(nóng)戶特點(diǎn)推廣“兩位一體”(即沼氣池上面建廁所)、“三位一體”(即沼氣池上面建廁所、豬圈)甚至“四位一體”(即沼氣池上面建畜禽舍、廁所和溫室)建設(shè)模式,同步改造廁所、豬圈、廚房、庭園。目前我國(guó)江西贛州的“豬-沼-果(菜)”的能源生態(tài)模式,廣西恭城的“養(yǎng)殖-沼氣-種植”三位一體的庭院經(jīng)濟(jì)模式,北方的將日光溫室、畜禽舍、沼氣池和廁所優(yōu)化組合的“四位一體”模式取得了很好的農(nóng)業(yè)效益和環(huán)境效益。⑥借鑒城市生活垃圾處理的經(jīng)驗(yàn),總結(jié)、提煉、創(chuàng)新適合在農(nóng)村推廣普及的生活垃圾處理方法。農(nóng)村垃圾治理難度較大,單憑政府的推動(dòng)顯然不夠,但僅憑農(nóng)民自己去治理也不現(xiàn)實(shí),因此只有以農(nóng)民為主體、以政府為主導(dǎo),利用成熟工藝,發(fā)展專用新興工藝,充分發(fā)揮市場(chǎng)調(diào)節(jié)作用,才能真正治理好農(nóng)村垃圾問(wèn)題。
5、結(jié)語(yǔ)
建設(shè)新農(nóng)村,解決好農(nóng)村生活垃圾問(wèn)題是很重要的,農(nóng)村生活垃圾也是“放錯(cuò)了地方的資源”,因此尋求一種投資少、運(yùn)行成本低、無(wú)二次污染的處理工藝,充分利用這些資源,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益的統(tǒng)一,是非常必要的。上述的幾種農(nóng)村生活垃圾處理方法都有其自身特點(diǎn),各地農(nóng)村應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厣罾煞旨敖?jīng)濟(jì)狀況等實(shí)際情況,遵循技術(shù)可行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則,合理選擇處理模式。
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