城镇生活垃圾综合处置系统及关键技术的研究进展

该工艺的特点在于：①无害化程度高，处理剩余物多为砖、石等无害物，不再对环境产生二次污染。②减量化程度高，从处理结果看，去填埋的物质仅仅是生活垃圾中含有砖、石等无机不可回收物。③资源化率高，新工艺解决了传统堆肥法肥效低、适用范围窄、销路不畅的难题。垃圾发酵周期短，生产出的有机复合肥符合生态农业对肥料的需求。④占地面积小，年处理10万t的处理厂，建筑面积不超过2万m2，总用地不超过4万m2，节约大量土地。⑤投资少，是同等规模焚烧厂投资的1/6～1/4。各种垃圾处理方法的投资费用比较见表1。生活垃圾“三位一体”综合处置系统的关键技术如下。
表1不同垃圾处理方法投资费用比较

2.1机械分选系统
在垃圾综合处置系统中，垃圾分选效率的高低直接影响后续系统的运行效果。由于我国城市生活垃圾的组分复杂而不稳定，通常采用人工分选与机械分选结合的方式。适用于城市生活垃圾的分选技术是以粒度、密度差等颗粒物质性质差别为基础的分选方法为主，而以磁性、电性、光学等性质差别为基础的分选方法为辅。通常采用的气流分选器，可将垃圾分成重、中间、轻组分。采用磁力分选器，可将黑色金属分出。利用筛网可分离出各种颗粒的垃圾。应用最多的气流分选器，又分为立式、卧式2种。磁力分选器和金属筛是分选必备设备。原生垃圾进入防渗倾卸卸料仓，通过喷洒除臭液及除蚊蝇液后，由定量给料机输送至分选线。分选线首先由人工去除原生垃圾中的大块砖石、木板、旧家具、日光灯管等大件物品，然后通过机械手段分离并回收垃圾中的有害废电池、黑色金属、有色金属、废塑料等，并将剩余的可降解有机物送至下一个系统—发酵系统进行处理。初分选系统还将分离出来的木质、布料等可燃废弃物通过破碎处理后，在热解焚烧炉中燃烧，为后续二次分选和制肥系统等环节提供热量。分选系统设计的关键是对破袋筛分机、强力磁选机及涡流分选机、空气分离机等机械设备及其分选线进行优化设计和技术集成。在二次分选中，首先通过烘干装置，对发酵后的湿式有机质进行烘干灭菌，然后通过筛分、磁选、风选等机械分选，去除有机质中的小块废塑料、金属和玻璃等杂质，以保证有机质粉肥的高品质，为生产出高质量的有机颗粒肥奠定基础。焚烧炉产生的热能作为烘干装置热源。
2.2生物发酵系统
生物发酵系统除采用全密封防渗技术外，还包括生物菌自动添加、含氧量、温度及湿度自动调节系统、发酵监控系统、废气及渗沥液的收集处置系统。通过该系统可实现可降解有机垃圾的快速熟化、降解，以较低的成本制成高质量有机肥料，同时保证发酵过程有良好的作业环境，实现无害化处理。其中，减少有机物的快速腐熟、降解时间，对提高综合处理厂设备的周转利用率和垃圾的日处理规模具有重要意义。在堆料的发酵过程中，若采用人工翻堆，则劳动强度大，效率低，而且不易操作，翻堆不充分，因此必须设计专用的垃圾发酵翻堆机。另外，需要运用微生物环境控制工程的原理和方法解决快速发酵过程中工艺参数的自动检测与系统调控。在确定较佳工艺参数条件下，通过控制运行参数：有机物、C/N比、含水率、温度、通气量、pH值、腐熟度等，保证有机物发酵的快速、顺利进行。
2.3快速除臭处理
垃圾臭气的散发会吸引苍蝇等害虫，并且恶化工作环境。低成本快速、有效除臭是垃圾综合处理过程必须克服的难题。除臭技术可分为物理、化学、生物三类。目前的除臭剂主要有两种类型，即利用材料的物理性质制备的吸附型除臭剂和与臭味发生反应的化学除臭剂。化学除臭法的优点是对特定发臭物质的去除率高。但这两种除臭剂都有一定的弊端，必须经常更换材料才能保持除臭性能，且运营费用较高。生物除臭法是近年来世界各国都很重视研究的新方法。微生物除臭剂在与臭味同化过程中能不断繁殖，可以进一步增强性能，达到长期除臭的目的。生物除臭技术所使用的有效微生物制剂是一种高效的微生物菌群，采用特殊技法使各种不同性质和作用的10余种厌氧和好氧菌(主要是乳酸菌类、光合菌类、酵母菌类、发酵丝状菌类、放线菌类等)有机结合，以活性状态共存于一个整体，协同发生作用。微生物有优势主导现象，当有效菌群制剂均匀喷洒在垃圾中时，有益菌很快占据优势地位，引导菌群向发酵、再生方向发展，其结果是垃圾中的有益微生物活动增强，腐败菌类的活动减弱，垃圾臭味下降，并使垃圾渗沥液的BOD和COD下降。对于分选流水线上的垃圾，可采用将微生物除臭剂稀释后表面喷洒的方法，抑制臭气的散发。对于垃圾发酵仓等场点散发出的臭气，可以通过生物过滤和燃烧等方法处理。生物过滤法是使收集到的废气在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体(填料)，气味物质先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的除臭过程。燃烧法是将收集到的废气通入焚烧炉，使废气物质高温分解，完成除臭过程。
2.4焚烧技术及设备
目前垃圾焚烧方式主要有层燃方式、流化悬浮燃烧方式和沸腾悬浮焚烧方式，用于垃圾焚烧处理的焚烧炉型有机械炉排焚烧炉、热解焚烧炉、旋转窑焚烧炉和流化床焚烧炉。然而，这些焚烧工艺和装置主要是针对不加分拣或未资源化利用的垃圾，通常采用较高过剩空气比的运行模式和使垃圾经常翻动的炉排设计，而且焚烧炉容积大，成本昂贵，技术复杂。在“三位一体”综合处置系统中，垃圾分选后的可燃物水分低热值高，主要为木质、布料、废纸和废塑料等可燃废弃物，因此，焚烧工艺和设备可大大简化。焚烧炉设计的关键是可燃物的完全燃烧和烟气控制。从烟气污染控制来看，可采用目前国际上较为先进的热解焚烧原理，即燃烧过程在2个燃烧室中进行，一燃室设计为缺空气系统，而二燃室则设计为超空气系统。垃圾在供以小风量的一燃室内于700℃左右热解、气化，产生的可燃气体在二燃室以超量助燃空气将燃烧温度提升到1000℃左右，从而避免一燃室风量过大将大量不完全燃烧的悬浮微粒带入二燃室，在二燃室内完全氧化未完全燃烧的碳氢化合物，保证二恶英等有害物质能在焚烧炉内彻底分解。