第1个回答 2013-09-08
摘要：本文提出了一种适合中国生活垃圾特点的生物预处理技术。实验研究了生物预处理的效果，建立了预处理过程工艺模型，对该技术的应用进行了费用—效益分析。分析预处理技术在国内多家大型垃圾处理厂的应用实例及处理效果。生活垃圾处理中应用生物预处理工艺将有助于提高焚烧效率，延长填理场使用年限，降低渗滤液处理的难度，其综合经济指标优于没有采用预处理的传统垃圾处理方案。
关键词：城市生活垃圾；生物预处理；应用
1前言
由于居民的生活习惯以及中餐的特点，我国城市生活垃圾中厨余和餐饮等有机废物比例大，约为45%-55％，远高于西方发达国家，因此我国生活垃圾含水高，一般为55％-65％，一些南方城市在夏季高达70％，而西方国家一般为30%-35％；我国城市生活垃圾基本为混合收集，而发达国家生活垃圾分类收集率在60％以上，德国等一些欧洲国家超过80％。由于我国垃圾的特点和收集方式，导致进入垃圾处理设施的垃圾具有成分复杂、含水率高、厨房类有机物含量高及热值低等特征。这些特征带来的垃圾处理技术问题主要是：①高水分和高黏性使综合处理的分选技术适应性差；②混装和难以分选致使堆肥品质低下；③高厨房垃圾含量使填埋场渗滤液负荷高，处理难度增大；④高水分、低热值使焚烧效率低下；⑤高水分和高有机物使垃圾处理设施设计容量增加等。如何通过减少有机物成分和降低水分含量来调整垃圾特性，已成为解决我国垃圾问题的重要优先选择。传统堆肥方式的技术改造可以发展为非常有效的生物预处理技术来改变垃圾特性。亚洲许多发展中国家如泰国、印度、越南等国的城市生活垃圾与我国有类似的特点。泰国一项研究表明：生物高温堆肥可以在一到两周的时间内最大程度地降解有机质，或者显著地降低预处理后垃圾的填埋难度，更容易从预处理后的垃圾中分选出塑料等其它难处理的物质。研究建议，亚洲国家所产生的城市固体废弃物应该在填埋或倾倒前进行一周时间的堆肥处理。这将大大减少垃圾量，进一步提高废物处置的稳定性和分离的难度。分选出来的残留在60mm格栅的垃圾（约占58.5%）可以直接填埋处理。剩余部分垃圾可以进一步堆肥处理或者去除惰性物质后用来改良土壤和森林的土质。
德国颁布的垃圾处理技术新标准规定，禁止填埋未经焚烧、生物预处理的生活圾。
传统垃圾生物堆肥的目的是杀灭垃圾中的病源微生物，使垃圾腐熟，生产土壤改良剂或有机肥。而垃圾生物预处理与传统的生物堆肥目的完全不同，主要是调整原生混合垃圾特性，以降低含水率，提高垃圾热值，减少垃圾体积，便于后续处理。因此，生物预处理较之于传统堆肥，由于工艺目标不同，所采取的工艺技术方式、微生物学及热力学过程、动力学及其工艺控制参数等，存在着显著的或一定的区别，特别是原生垃圾与经预处理后垃圾特征发生了显著变化，会导致后续处理工况的变化。对于这些问题，目前还缺乏系统的深入的科学研究，人们仍然采用传统堆肥的技术资料及相关标准的技术参数和要求进行设计和运行。因此本文对生物预处理技术及如何应用等问题进行研究，以期为工程应用提供理论依据。
2预处理实验与工艺模型研究
为了探讨生活垃圾生物预处理的效果，本研究在实验室模拟生物预处理过程，测定影响垃圾预处理效果的部分技术指标，建立理论设计方程。
2.1预处理实验效果
生活垃圾生物预处理主要是采用好氧发酵工艺，经通风供氧，原生垃圾中的固有菌群快速生长，消化分解生活垃圾中的大量可降解有机物质，生物降解释放的能量使堆温升高，大量的水分蒸发、渗沥，降低了垃圾黏稠度，同时杀灭了绝大部分的有害细菌与病毒。垃圾经过预处理后，特性发生变化，可再进行后续的腐熟堆肥、焚烧或填埋就可取得较好的处理效果。
实验结果表明，通过好氧生物预处理，一是可以降低含水率，提高热值，这将有利于垃圾的物料分选和提高焚烧效率；二是可以减少垃圾质量、减小体积，使后续处理减量化；三是使渗滤液的NH3-N含量降低，从而有可能降低渗滤液处理的难度。因此，合理的好氧生物技术的应用，对于我国高水分、高有机物含量、低热值的混合垃圾的综合处理具有显著的作用。
2.2预处理工艺模型构建
2.2.1物料变化和含水率变化方程
生物预处理结束后，物料出现重量损失和体积减小，主要是挥发性固体降解为气体、水分蒸发和下渗所致，容重增加的原因主要是随着降解使水分减少、粒径细化及强度降低，由此导致颗粒间的摩擦力减少。根据文献的方法和实验结果，推出本次试验条件下预处理结束时的有机物剩余量预测和一次发酵所需的时间公式： 式中：S0为垃圾底物中易降解物，％；S为任何时刻剩余的易降解物，％；kd比率常数，d-1；t为发酵时间，d。挥发性固体含量和比率常数随垃圾原料成分组成和发酵条件不同而不同。
根据文献提供的方法及生物预处理过程的物料平衡，得到如下几个关系式： 式中：Xvs为挥发性固体降解率，％；S0为垃圾原料中挥发性固体含量，St为二次发酵t时刻挥发性固体含量，％；F0为t时刻垃圾出料湿重，kg;Ft为t时刻垃圾进料湿重，kg;W0为进料垃圾含水率，％；Wt为t时刻垃圾出料含水率，％；θ是随机校正值，θ一般为0.05-0.5