厌氧发酵技术在生活垃圾资源化处理中的应用

摘要：分析了各种生活垃圾厌氧生化处理技术及其适用性，介绍厌氧技术在欧洲的应用，结合在建的上海普陀生活垃圾综合处理厂实例，探索适合我国垃圾特性的厌氧发酵处理技术。
关键词：垃圾处理；厌氧发酵；资源化
随着我国经济的高速发展，城市化水平和人民生活水平的不断提高，城市垃圾产生量与日俱增。据统计，2002年我国城市生活垃圾清运总量已达1.76亿t，各种类型垃圾处理场651座，总处理规模21.5万t/d，处理率44.62%，我国实际垃圾无害化处理率为20%～25%。大量未经处理的垃圾不仅占用土地、破坏景观，而且还传播疾病，影响环境卫生和居民健康，因此垃圾的无害化、减量化、资源化处理是中国城镇亟需解决的重大环境问题之一。
垃圾堆肥、焚烧、填埋是垃圾处理的主要方式。从国内外发展形势看，卫生填埋作为生活垃圾最终处置手段被许多国家和地区采用，但存在对地下水和大气环境的污染问题。填埋场渗沥液造成的地下水、地表水污染事件和填埋场沼气爆炸事故时有发生。垃圾渗沥液的治理难度很大，难以达到预期的目标。而且，随着环保标准的不断提高，投资和填埋运行费用越来越高，合适的场地越来越难寻找。因此，国外特别是欧盟国家，正逐步减少垃圾直接填埋量，强调无机物填埋只能是最终处置手段，有机物含量大于5%的垃圾不得进入填埋场。上海垃圾处理规划提出2010年原生垃圾不再直接进行填埋处理。
垃圾焚烧以其减量化最大，无害化程度最高而受到人们的推崇，但由于初期投资和运行费用过高、焚烧烟气的二次污染和二恶英问题，又让人们望而却步。
垃圾堆肥处理是指在一定条件下，利用自然界广泛存在的各种细菌，使可被生物降解的有机物转化成稳定的腐殖质。垃圾堆肥处理可分好氧和厌氧两大类，一般说的垃圾堆肥往往是指好氧堆肥。我国城市生活垃圾有机物含量高(高于50%)、含水率高(50%左右)，因此适合堆肥处理，其投资及运行费用介于填埋和焚烧之间，大多数城市易于接受。由于我国垃圾是混合收集，因此存在堆肥过程中的环保性、堆肥质量及销路等问题，使堆肥技术的推广受到很大程度的限制。好氧堆肥在国外也呈整体下降趋势。
1垃圾厌氧发酵技术
垃圾厌氧发酵技术是从城市污水处理厂对污泥的厌氧消化处理技术发展而来的，它是将垃圾放置在可加温和搅拌的密封反应器(消化池)内完成反应过程，从而有效缩短发酵周期，并保证垃圾渗沥液和产生的气体不泄漏于环境中。垃圾厌氧发酵产出的气体主要为生物气，可用于发电。
20世纪70年代后期，第一个具有生产规模的厌氧堆肥厂在美国的佛罗里达州建成。随着垃圾分类收集的开展，厌氧发酵在美洲特别是欧洲得到很大发展。根据De Baere的资料，欧洲垃圾总的厌氧处理量由1990年的12.2万t/a发展到2000年的100万t/a，增长了720%。欧洲的有机垃圾量有四分之一是经厌氧处理的。部分厌氧发酵工程实例见表1。
表1垃圾厌氧发酵工程实例

1.1厌氧发酵基本原理
厌氧发酵是垃圾中的有机物在特定的厌氧环境下，多种微生物对有机质进行分解，最后将其中的碳以甲烷和二氧化碳的形式释放出来的过程，其主要反应：

根据微生物作用的不同及产物的不同，垃圾厌氧发酵通常分为4个阶段，见表2。
表2垃圾厌氧发酵4个阶段的微生物和产物

1.2厌氧发酵工艺流程
厌氧发酵工艺主要用来处理有机生活垃圾。在垃圾混合收集的情况下，厌氧发酵工艺首先需要进行预处理，以分离不可发酵部分。对于分类收集的垃圾，由于分类的不彻底，往往也需要预处理。因此，厌氧发酵工艺一般由分选预处理、厌氧发酵、后处理(沼气利用、残渣堆肥等)3部分组成，其主要工艺流程见图l。

图1垃圾厌氧发酵工艺流程