城市生活垃圾科学化处理研究和应用

张 霞，黄 乐

（1.重庆市市政环卫监测中心，重庆 401121；2.重庆临空开发投资集团有限公司，重庆 401100）

党的十八大以来，党中央高度重视环境保护、和谐发展，倡导“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念。在这种背景下，随着环境保护意识的增强，需重点做好城市生活垃圾的科学化处理。当前，填埋法、堆肥法、焚烧法被广泛应用于城市生活垃圾处理。在实际应用过程中，需要考虑实际情况，选择适合城市现状和发展阶段的处理方式。坚持“以人为本”的城市居住理念，梳理城市生活垃圾科学化处理的流程，做好收集、运输、处置等环节，提高城市生活垃圾处理的效率。要从我国国情出发，根据城市规模、功能及发展阶段，开展城市生活垃圾科学化处理，建设美好宜居城市，促进城市的可持续发展。

1 城市生活垃圾科学化处理现状

全球人口迅速增长和工业化程度提高，使城市生活垃圾持续增多[1-2]。其中，食品废物（food waste，FW）占了很大的比重。根据联合国粮食及农业组织的报告，全球每年产生约16亿吨食品废物，占全球年度粮食生产的三分之一。2005至2025年，FW将增长44%[3-4]。FW及其直接有益重用（direct beneficial reuse，DBR）的常规处理技术，包括填埋、焚烧、堆肥、动物喂养和厌氧消化[4-5]已经在全球普遍应用。垃圾填埋对环境有极其不利的影响，如浸漏到地下水源和产生异常气味[6]。焚烧涉及在过量的氧气供应中完全氧化废物产生二氧化碳、水和灰分，以及金属、碳氢化合物、酸性气体等其他一些产品[7]。堆肥的优点是利用可能被填埋的食物废物，通过低成本的处理提供营养平衡的农业肥料[8]。堆肥的主要制约因素是大空间要求和长时间运行过程[9]；同时，与挥发性有机化合物排放问题相关的环境挑战也是对堆肥的另一个巨大制约因素[10]。动物喂养存在着FW与城市其他生活垃圾分离问题[11]。厌氧消化是一种很有前途的技术，干湿厌氧消化在废物的生物转化过程中具有独特的优势和缺点[12-14]。影响厌氧消化处理的重要参数包括pH、温度、底物类型和组成以及操作参数，如有机装载率等[15]。热解是一种新型的热化学处理工艺，在处理塑料废料和难生物降解的生物质方面可以取得更好的效果[16-17]。热解可以产生液态生物油、固体生物焦炭和不可凝结的气体产品[18]。研究表明，将热解生物焦炭引入厌氧消化器可以提高生物膜产量，将生物甲烷产量提高5%～31%[19-21]。液体通过两阶段热解分解为合成气，可以完善厌氧消化的利用途径，从而避免直接利用可能对厌氧发酵（anaerobic digestion，AD）微生物构成毒性的物质[22-28]。

城市生活垃圾处理技术在国外得到了快速的发展。在这方面，日本无论是数量还是质量都领先于其他国家[29]。日本生活垃圾处理的指导思想是：减少焚烧，控制填埋，循环利用，创新生态设计[30]。德国的主要经验和做法是：建立垃圾治理产业链，完善垃圾治理制度体系，合理利用利益驱动，创新生态设计[31]。

我国应对城市生活垃圾的主要思路基本是将生活垃圾通过一定的手段进行无害化、减量化、资源化处理，创造美好城市生活环境。“无害化”指生活垃圾处理后，对人体健康无影响，对周边环境无影响。“减量化”指通过适宜的工程措施减小垃圾容积，对垃圾中可再利用的部分回收，减少垃圾量。“资源化”指尽量回收生活垃圾中有用的部分，尝试进行二次利用，变成有用的资源。针对不同城市发展相应的处理技术，使垃圾从“城市的负担”转变为“城市的二次资源”[32-37]，实现“三化”目标。

但是，我国现阶段城市生活垃圾处理离“三化”目标尚有差距。城市生活垃圾处理设施消纳能力不足，回收利用相对滞后，资金不足，资源利用意识薄弱[38]。垃圾分类工作推进较为缓慢，管理体制不够完善，居民环境意识有待提升，对二次污染控制不足[39-40]。

城市生活垃圾的科学化、标准化与规范化处理，可以控制城市污染，改善人民生活质量和城市环境，实现城市经济的可持续发展。针对这一需求，本文分析城市生活垃圾科学化处理的方法和技术流程，为节约基建投资和减少运行成本，实现城市生活垃圾无害化、减量化、资源化处理，提供依据和参考。

2 城市生活垃圾科学化处理的方法

城市生活垃圾处理方法主要有卫生填埋法、堆肥法、焚烧法。三种垃圾处理方法各有优势与不足，适用条件不同，处理效果也不同（表1）。各个城市的具体情况不同，经济实力也不同，要根据客观实际进行城市生活垃圾的科学化处理。

表1 城市生活垃圾科学化处理方法对比Table 1 Comparison of scientific treatment methods of municipal domestic waste

2.1 填埋法

填埋法指利用山涧沟谷、洼地等场地，采用一定的手段，按照填埋标准将垃圾进行处理的方法。采用填埋处理，渗滤液必须经过处理并达到相应的排放标准后才能排入水体，避免产生二次污染。防渗处理工程措施必须保证填埋场与外界水环境的隔离，以防止对地下水的污染。在填埋作业过程中，要注意分层并压实，提高垃圾填埋场的利用率。对填埋体要进行科学处置，减少臭气及蚊蝇的孳生，防止沼气的无序迁移。地下水一旦发生污染，修复和补救起来将十分困难。填埋法操作简单，垃圾消纳量大，运行费用低，因此适应性比较广。填埋法是城市生活垃圾无害化处理的主要办法，常常与其他处理方法同时使用，因此在城市生活垃圾处理中必不可少。

江西省宜春市奉新县生活垃圾无害化处理场总填埋库容约1.28×106m3，填埋垃圾总量8.87×105t，服务年限内平均处理量125 t/d。主要处理奉新县城关和冯田工业园区、干洲镇及干垦场等集镇区的生活垃圾，服务年限20年。垃圾处理场服务范围内的垃圾通过收集、转运运输到本垃圾处理场内，通过填埋现场适当的填埋前分拣，回收部分有价值的废品，如金属、玻璃、塑料橡胶等，然后将剩下的垃圾在填埋场直接填埋（图1）。减轻垃圾对城市环境的污染，改善人民的生活质量，改善奉新县的投资环境。选择填埋法要重视选址，综合考虑地形、地貌、水文、工程地质条件、对居民及周围环境的影响、交通运输、覆盖土源等。

图1 填埋法处理流程图Fig.1 Flow chart of landfill treatment

2.2 堆肥法

堆肥法指利用自然界广泛存在的微生物，将垃圾中可生物降解的有机部分进行分解。堆肥法具有无害化、稳定等特点，可安全使用于土地。堆肥法可以分为好氧堆肥、厌氧堆肥，主要基于微生物对氧气的不同需求。一般情况下，现阶段堆肥法主要采用好氧堆肥。好氧堆肥就是在有氧的情况下，通过好氧微生物的作用进行生物分解处理（图2）。微生物可以吸收有机废物中的可溶性有机物质，同时还可以将不溶性胶体有机物分解为可溶性有机物。通过分解代谢和合成代谢作用，微生物利用产生的能量可以合成新的细胞物质，不断进行繁衍。在有氧的条件下，城市生活垃圾被微生物分解成肥料和渗滤液，在高温发酵过程中，杀死垃圾中的寄生虫卵和细菌，并排出废气，释放热量。当进入堆肥的熟化阶段，较难分解的有机高分子物质也分解为简单的碳水化合物，堆肥的温度逐渐降低直至稳定，堆肥效果基本达到。采用堆肥法，主要是充分发挥微生物的作用，采用自然的力量进行分解。

图2 堆肥法处理流程图Fig.2 Flow chart of composting treatment

浙江省台州市仙居县生活垃圾高温堆肥厂，垃圾处理规模达到80 t/d，年工作天数350 d，发酵工段、水处理和配电为四班三运转，其他岗位按每天一班安排，每班工作8 h。内部收益主要包括复合肥的销售，塑料、金属等废物回收和医疗垃圾焚烧处置收费等，同时外部社会效益和环境效益也非常明显。利用生物降解的作用，最大限度地回收肥料进行再利用，实现垃圾充分减量化和资源化，缓解垃圾处置对环境的压力和对土地的长期占用。支持垃圾处理综合利用产品的销售，制定相应的税收政策和鼓励销售政策，使垃圾生产的有机生物肥进入农业生产资料的销售渠道，鼓励农民使用有机肥。建设单位如果仅靠出售堆肥产品来维持生产存在一定困难。解决办法是一方面需实行政府补贴处理费，另一方面可适当面向市民收取垃圾处理费。

2.3 焚烧法

焚烧法指通过高温热处理技术使垃圾中的有毒有害物质在高温下热解氧化而被破坏，同时燃烧反应产生的热能还可以加以利用。通过有机废物与空气中的氧气发生氧化燃烧反应，可以达到无害化、减量化和资源化的目的。焚烧法一般会采用焚烧炉，将垃圾在焚烧炉内进行焚烧，对垃圾进行减容。采用焚烧法时，要使垃圾尽量燃烧充分，减少新的污染物产生，避免产生二次污染。烟尘中的飞灰也是危险废物，必须进行安全处理。通过焚毁废物，可以产生能量进行发电等，有些还可以用作建材（图3）。焚烧的温度与停留时间、空气供应量、废物与助燃空气的混合强度等都会影响焚烧的效果。在焚烧过程中，借助高温可以达到消毒的目的，破坏有害物质的结构。焚烧处理的环境保护要求较高，需要经过严格的审批。一般来讲，因焚烧法投资高，运行费用高，一般用于用地紧张且垃圾焚烧热值较高的城市和地区。

图3 焚烧法处理流程图Fig.3 Flow chart of incineration process

辽宁省本溪市生活垃圾焚烧发电项目分两期建设，一期产出为日处理生活垃圾800 t/d，配置2台400 t/d垃圾焚烧炉，年运行时间不少于8 000 h。配置容量为2套8 MW汽轮发电机组，MCR设计工况年发电量约1.08×108kW·h/a，年上网电量约0.83×108kW·h/a。主要建设内容为：焚烧发电系统（包括焚烧发电主厂房、烟囱、栈桥、空冷岛等）、污水处理系统（包括综合处理间、生化反应组合池、调节池、初期雨水池、沼气处理设施等）、公辅设施（包括门卫及计量间、综合水泵房、清水池、油泵房、地下油罐等）、厂前区（包括综合楼、宿舍楼）。按照“无害化、减量化、资源化”的原则，在实现清洁生产的前提下对城市生活垃圾进行焚烧处理，对产生的热能等加以利用。保护环境，防止污染，污染物排放指标采用较高标准，需一定程度上满足未来发展的需要。

3 城市生活垃圾科学化处理的流程

经过几十年的发展，在国外发达国家，城市生活垃圾在收集、运输、处置等方面有着较为先进的经验，且不断走向成熟，有力改善了城市生产生活环境。通过分类收集，通过密闭压缩运输，通过多种处理方式相结合，形成闭环，效率不断提高。根据国内外经验，城市生活垃圾科学化处理的流程主要有收集、运输、处置三个阶段。

3.1 城市生活垃圾科学化收集

在收集方面大多数国家采用了分类收集，我国也不例外。目前国内普通城市的垃圾收集率一般在80%左右，部分城市环卫配套还很不完善，集镇区的居民农业人口比例仍较大，居民的环卫意识较落后，垃圾收集难度比较大。城市生活垃圾分类收集面临的问题：居民垃圾分类收集习惯难养成，公共机构垃圾分类收集示范难，低价值废弃物分类收集利用难[41]。垃圾处理场服务范围内的城市生活垃圾通过收集、转运运输到垃圾处理场内，通过填埋现场适当地填埋前分拣，回收部分有价值的废品（金属、玻璃和塑料橡胶等），然后将剩下垃圾在填埋场直接填埋。实现城市生活垃圾分类，倡导城市居民养成自觉进行垃圾分类的习惯，同时垃圾桶等垃圾收集设施也同步加强建设，软件与硬件建设相结合。一般来讲，影响城市生活垃圾分类处理的关键要素有：法律法规，资金保障措施，垃圾分类收集方式，全民环境意识教育[42]。城市生活垃圾分类处理是实现资源再生利用的主要途径，是减轻环境污染的重要手段，有助于增强全社会的环保意识[43]。

实行城市生活垃圾科学化收集，是社会文明进步的标志，不仅有利于居民良好生活习惯的养成，而且带动了相关产业的发展。以上海为例，2019年7月分类垃圾桶销量同比上涨3倍，厨余粉碎机销量同比上涨2倍，分类垃圾袋销量同比上涨6倍，垃圾分类标签销量同比翻了一番。通过城市生活垃圾分类收集，可以有效解决“垃圾围城”现象，但最根本的还是居民垃圾分类意识的形成。

3.2 城市生活垃圾科学化运输

在运输方面，基本都要求密闭压缩运输。城市环卫部门要承担城市生活垃圾科学化运输的职责，科学组织调度，严格密封管理，确保垃圾及时运输出去，确保垃圾不对城市街道等产生二次污染。要做好城市生活垃圾处理厂合理布局，提前规划好城市生活垃圾运输线路，提前规划好城市生活垃圾运输时间，同时要标准化装车，到达目的地后及时进行处理。从环境保护的高度出发，做好城市生活垃圾科学化运输，科学调度，严格管理，运行有序。

以山西省临猗县垃圾转运项目为例，采用源头垃圾直接运输收运、流动车收集收运两种模式。源头垃圾直接运输收运模式主要适合于垃圾产量较大且相对集中的大型企事业单位或商贸集市产生的垃圾，运量大，便于统一调度。流动车收集收运模式采用3 t、5 t、8 t压缩式垃圾车定时定点将门点、街道、居民的垃圾运送至处理处置场，不仅清洁，而且环保。国内与国外的流动车辆环保水平存在一定的差距，随着我国社会经济水平的提高和综合国力的增强，国家在环保方面的投入也将不断提高。

3.3 城市生活垃圾科学化处置

当前，城市生活垃圾处置方法主要有填埋法、堆肥法、焚烧法及综合利用，应根据实际情况做好城市生活垃圾的科学化处置。填埋法适应性广、操作简单、运行费用低，是现阶段我国城镇垃圾无害化处理的最主要办法。堆肥法选址较容易，技术可靠，操作管理要求较高，处理周期较长，需避开居民密集区，不能堆肥部分需进行填埋。焚烧法是一种高温热处理技术，可用于垃圾焚烧发电进行再利用，可以缓解城市能源、土地资源日益短缺的矛盾。综合利用就是再生循环利用，目前各大城市也在推行垃圾分类，回收废旧资源，各地建设了广泛的再生资源回收利用站。

湖南省郴州市城区内城市人口约80万人，据统计，每天产生700余吨生活垃圾。随着城市人口的不断增加和人民生活水平的不断提升，郴州市城市生活垃圾也将不断增加。为此，郴州市加强顶层设计，首先在垃圾分类制度上做文章，强化垃圾源头分离，通过协同治理实现城市生活垃圾的科学化处理。引入市场机制进行市场化运作，培育发展垃圾处理相关企业，推动资源回收与利用，在生活垃圾得到有效处理的同时努力发挥最大的经济效益、社会效益和环境效益。

4 结语

21世纪以来，随着工业化和城市化的进一步发展，随着人们生产生活范围的不断扩大，城市生活垃圾产生量在急剧增长，城市生活垃圾处理也就面临越来越严峻的挑战。对于城市生活垃圾处理，一定要从实际情况出发，因地制宜，因城施策，选择最适宜最实用的处理方法，进行科学化处理。通过选择合理的城市生活垃圾处置技术，促进城市的可持续发展。努力避免产生垃圾，努力使产生的垃圾最小化，大力推行垃圾分类，最大限度进行回收利用，开展资源化处理。必要时可选择一种或几种垃圾处理方法进行组合，提升生活垃圾科学化处理的质量和效率，实现综合效益最大化。坚持“以人为本”的城市居住理念，从我国的国情出发，从资源角度去看待城市生活垃圾，走出一条具有中国特色的城市生活垃圾科学化处理之路。