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        我國農(nóng)村生活垃圾處理現(xiàn)狀及其展望

        2021-12-15 08:23:36張國治魏珞宇葛一洪施國中
        中國沼氣 2021年4期
        關(guān)鍵詞:垃圾處理無害化垃圾

        張國治, 魏珞宇, 葛一洪, 施國中

        (農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沼氣科學(xué)研究所, 成都 610041)

        農(nóng)村生活垃圾是指生活在鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村、屯的農(nóng)村居民在日常生活中或為日常生活提供服務(wù)的活動中產(chǎn)生的固體廢物,以及法律、行政法規(guī)規(guī)定視為生活垃圾的固體廢物[1]。在歐美以及日本等經(jīng)濟發(fā)達(dá)國家,早在二十世紀(jì)六、七十年代就開始重視農(nóng)村生活垃圾的無害化處理和資源化利用[2],他們通過成立專門機構(gòu),對村鎮(zhèn)生活垃圾進行集中收運,將農(nóng)村生活垃圾納入到城市生活垃圾的處理及利用體系中,避免了對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。我國在上個世紀(jì)里,環(huán)保部門多偏重于對城市和工業(yè)污染的治理與防控,而農(nóng)業(yè)部門則更關(guān)注于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身,對農(nóng)村環(huán)境保護和治理缺少統(tǒng)一的部署,使得農(nóng)村生活廢棄物長期處于放任自流、無人管理的狀態(tài),“垃圾靠風(fēng)刮,污水靠蒸發(fā)”[3],是過去很長一段時期我國絕大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況的真實寫照。每年上億噸生活垃圾的無序丟棄或露天堆放,不僅占用了寶貴的土地資源、破壞自然景觀,而且傳播疾病,損害環(huán)境衛(wèi)生和居民健康[2],成為影響農(nóng)村居民生產(chǎn)生活、農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重要因素。進入新世紀(jì)后,農(nóng)村環(huán)境問題逐漸開始受到社會各方面的重視,特別是近些年來,為解決類似“垃圾圍村”這樣困擾農(nóng)村環(huán)境多年的“頑疾”,國家連續(xù)出臺了一系列的相關(guān)政策和舉措,經(jīng)過全社會共同的努力,目前我國農(nóng)村環(huán)境的污染狀況有了明顯的改善,農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)也有了極大的提高。本文從我國農(nóng)村生活垃圾的特性、處理模式及處理技術(shù)等幾方面出發(fā),論述了當(dāng)前我國農(nóng)村生活垃圾及其處理技術(shù)的現(xiàn)狀,并對其發(fā)展趨勢進行了展望,以期為農(nóng)村生活垃圾污染控制、減量化、資源化和無害化處理利用提供參考。

        1 農(nóng)村生活垃圾的特性

        1.1 產(chǎn)生量

        和城市生活垃圾比較起來,我國農(nóng)村生活垃圾長期以來受到的關(guān)注極少,因此,到目前為止,有關(guān)其產(chǎn)生量的數(shù)據(jù)資料還不是非常準(zhǔn)確、完善[4],現(xiàn)有的部分資料來源于相關(guān)行政管理機構(gòu)發(fā)布的調(diào)查、統(tǒng)計數(shù)據(jù),如:《全國農(nóng)村環(huán)境污染防治規(guī)劃綱要(2007~2020年)》(環(huán)發(fā)﹝2007﹞192號)中,顯示我國農(nóng)村生活垃圾年產(chǎn)量大約為2.8億噸;2007年,衛(wèi)生部聯(lián)合全國愛衛(wèi)會對全國農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生現(xiàn)狀開展調(diào)查,共調(diào)查了全國657個縣的6590個村,得出農(nóng)村生活垃圾人均日產(chǎn)量為0.9 kg,據(jù)此估算出全國農(nóng)村生活垃圾年產(chǎn)量約3億噸[5]。除行政管理部門發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)外,還有許多科研單位的相關(guān)團隊和人員通過實地調(diào)研和入戶問卷等方式,獲得了一定量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后,對全國農(nóng)村生活垃圾的年產(chǎn)量進行了估算,如:李穎、許少華報道的2000年1.4億噸[6]; Huang[7]等報道的2010年2.3億噸,韓智勇[8]等報道的2014年1.48億噸等。也有一些研究人員通過實地調(diào)查,對我國農(nóng)村生活垃圾的人均日產(chǎn)量進行了估測,如王俊起[9]等人通過對全國6個省(市)的調(diào)研,估算出2003年全國農(nóng)村人均生活垃圾日產(chǎn)量為1.34 kg;姚偉、曲曉光[10]等在2009年通過對我國31個省市、自治區(qū)和新疆建設(shè)兵團項目村的村干部進行調(diào)查,并按照統(tǒng)計局的分類方法,將我國農(nóng)村分為東、西、中、東北部地區(qū),其各個地區(qū)農(nóng)村人均生活垃圾日產(chǎn)量分別為0.96 kg,0.88 kg,0.77 kg,0.81 kg,統(tǒng)計起來全國農(nóng)村生活垃圾人均日產(chǎn)量約為0.86 kg;黃開興[11]等人通過對全國7省20縣40鄉(xiāng)123個村的調(diào)研,估算出2010年我國農(nóng)村人均生活垃圾日產(chǎn)量約為0.95 kg;韓智勇[8]等人在2012~2016年間,通過對西部6個省的現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合25個省的文獻(xiàn)統(tǒng)計,得出我國農(nóng)村的人均生活垃圾日產(chǎn)量約0.65 kg。以上這些數(shù)據(jù)來源大多是依據(jù)一定規(guī)模的抽樣調(diào)查或部分項目示范點收集的資料進行總結(jié)而成,綜合這些資料和數(shù)據(jù)可看出,我國農(nóng)村生活垃圾的人均日產(chǎn)量介于0.5 kg~1.0 kg之間,且不同地區(qū)的產(chǎn)生量有所差異,這種差異主要與幾方面的因素相關(guān),首先是與地域相關(guān),我國農(nóng)村生活垃圾的人均日產(chǎn)量呈現(xiàn)北方高于南方,東部高于西部,北方和東部經(jīng)濟較發(fā)達(dá)地區(qū)產(chǎn)生量最高,西南和西北經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)地區(qū)產(chǎn)生量最低的特點[14-15]。其次,隨時間、季節(jié)的變化,農(nóng)村生活垃圾的產(chǎn)生量也會有所不同,一般的,冬季人均生活垃圾日產(chǎn)量最高,春季次之,夏季、秋季相差不大,從一年內(nèi)的生活垃圾產(chǎn)量變化來看,人均產(chǎn)量最高是在10~12月份[2]。另外,從一系列調(diào)研和統(tǒng)計數(shù)據(jù)還可看出,我國農(nóng)村生活垃圾的人均日產(chǎn)量和年產(chǎn)量在總體上都呈現(xiàn)逐年上升的趨勢[12]。

        1.2 組成

        農(nóng)村生活垃圾在組成上主要包括:有機垃圾(剩菜、剩飯、果皮、菜葉、秸稈、草木等)、無機垃圾(灰土、爐渣、廢舊陶瓷等)、可回收垃圾(橡塑、廢紙類、織物、玻璃、金屬等)和有害垃圾(廢燈管、廢電池、農(nóng)藥化肥包裝物、過期藥品等)等4大類成分[2],其中,以有機垃圾和無機垃圾兩大類組分含量最多。與城市生活垃圾相似,農(nóng)村生活垃圾在組成上受諸多因素的影響而有所差異。首先,由于我國幅員遼闊,各地區(qū)自然地理、氣候情況、生活習(xí)慣、文化、經(jīng)濟發(fā)展水平、消費結(jié)構(gòu)、燃料結(jié)構(gòu)、生活習(xí)慣等存在較大差異,這種區(qū)域差異導(dǎo)致了各地農(nóng)村生活垃圾的組分也有所不同,其中最為典型的是,我國南方和北方地區(qū)農(nóng)村生活垃圾在組分方面有著極為明顯的差異,如北方許多農(nóng)村地區(qū)燃料結(jié)構(gòu)以煤炭為主,因而其生活垃圾中渣土含量較高[13],據(jù)調(diào)查,遼寧省農(nóng)村生活垃圾中無機成分含量最高可達(dá)78%以上,而黑龍江省也超過50%;而南方地區(qū)農(nóng)村生活垃圾中則以有機垃圾為主,如安徽省農(nóng)村生活垃圾中有機垃圾含量可達(dá)到70%以上,廣東省、江蘇省以及海南省農(nóng)村生活垃圾中的有機垃圾含量也普遍超過50%[2]。其次,經(jīng)濟收入水平對農(nóng)村生活垃圾的組分也有一定的影響,即使是處于同一省份,但人均收入水平的高低,也會造成生活垃圾組分的差異,如金華地區(qū)在浙江省內(nèi)人均收入最低,該地區(qū)農(nóng)村生活垃圾中無機物含量達(dá)到50%以上,居全省最高,而同樣經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)的麗水和衢州地區(qū),其農(nóng)村生活垃圾中的無機物含量也位居全省前列,這表明農(nóng)村生活垃圾中無機物含量與農(nóng)村人均收入基本成負(fù)相關(guān);相反的,農(nóng)村生活垃圾中有機物含量與人均收入基本成正相關(guān),如人均收入較高的杭州農(nóng)村,其生活垃圾中有機類占比超過45%,而上海農(nóng)村生活垃圾中的有機成分更是達(dá)到50%以上[8],這表明消費水平高對有機垃圾的產(chǎn)生具有增量效應(yīng)。第三,能源結(jié)構(gòu)對農(nóng)村生活垃圾的組成也有明顯影響,如廣東地區(qū)農(nóng)村以電和液化氣等燃料為主要能源,因此其生活垃圾中灰渣含量較低;而四川省和黑龍江省的農(nóng)村地區(qū),生活燃料是以原煤為主,因此其生活垃圾中的灰渣類含量都較高;最后,隨季節(jié)的變化,農(nóng)村生活垃圾的組分也會有所不同,一般的一年內(nèi)的第四季度生活垃圾中有機成分的含量最高,其原因主要是這個時期為農(nóng)作物收獲季節(jié),農(nóng)作物根莖等殘余物大量產(chǎn)生,使得此時段有機垃圾的產(chǎn)量增加;另外,我國的農(nóng)歷春節(jié)通常在2月份,這個月剩飯菜、果皮等廚余類垃圾的含量會大大增加,此外廢塑料(食品包裝袋為主)的含量也會大幅度增加[2]。

        2 農(nóng)村生活垃圾處理現(xiàn)狀

        長期以來,我國大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟水平低下,農(nóng)村人口居住分散,加之傳統(tǒng)的生活垃圾處理方式主要是將垃圾中的廚余物用作飼料或還田利用、有價廢品被回收,故農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生量少,對環(huán)境的影響也較小[4],因此,農(nóng)村生活垃圾的管理在很長一段時期內(nèi)一直未被重視,絕大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)都沒有設(shè)立專門的行政管理機構(gòu)或部門,生活垃圾普遍都采用隨意丟棄或就地簡易填埋處理。自20世紀(jì)80年代,我國明確提出了“環(huán)境保護是一項基本國策”以來[14],政府部門的環(huán)境整治工作開始呈現(xiàn)出逐年加強的趨勢,這促使我國很多農(nóng)村地區(qū)開始建立環(huán)?;A(chǔ)設(shè)施,且設(shè)施的整體運營水平也逐年得到提升,但和城市生活垃圾比較起來,農(nóng)村地區(qū)生活垃圾的處理狀況仍有很大的差距,如:據(jù)《2016年中國城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》中的資料顯示,截止到2015年底,我國只有50.24%的村莊開展了村莊整治,62.2%的行政村對生活垃圾進行了處理,各省(區(qū)、市)行政村對生活垃圾進行處理的比例為22.1%~98.0%,其中鎮(zhèn)生活垃圾處理率83.85%,無害化率44.99%,鄉(xiāng)生活垃圾處理率63.95%,無害化率15.82%[16]。從這些數(shù)據(jù)可以看出,農(nóng)村生活垃圾的處理率明顯低于市(97.95%)、縣(89.66%)一級的處理率[17]。為扭轉(zhuǎn)環(huán)保行業(yè)長期以來存在的重城市、輕農(nóng)村這種現(xiàn)象,國家從“十三五”開始提出了“圍繞城鄉(xiāng)發(fā)展一體化,深入推進新農(nóng)村建設(shè)”的重大歷史任務(wù),并明確了提出“全面推進農(nóng)村人居環(huán)境整治”的建設(shè)目標(biāo),特別是十九大后,黨中央、國務(wù)院制定了《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018~2022年)》和《農(nóng)村人居環(huán)境整治三年行動方案》,在全國范圍拉開了農(nóng)村人居環(huán)境集中整治的序幕,農(nóng)村生活垃圾的處理處置工作得到了極大地重視和提高,從中央到地方,各級政府陸續(xù)出臺了多項針對農(nóng)村生活垃圾處理處置的相關(guān)政策及文件,部分主要相關(guān)政策見表1。

        表1 部分農(nóng)村生活垃圾相關(guān)政策匯總表

        這些政策、文件及行動方案的制定、頒布和實施,對新時期農(nóng)村生活垃圾的處理處置工作起到了重要的指導(dǎo)、規(guī)范及推進作用,使農(nóng)村環(huán)境污染的治理效果有了明顯的提升。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部的資料統(tǒng)計,截止到2019年底,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部先后動員近3億人次參加村莊清潔行動春節(jié)、春季、夏季和秋冬戰(zhàn)役,全國90%以上村已經(jīng)參與了行動,目前全國農(nóng)村生活垃圾收運處置體系已覆蓋84%以上的行政村,86%的非正規(guī)垃圾堆放點已完成整治,絕大部分村莊的人居環(huán)境已經(jīng)有了明顯的改觀,到2020年底,全國90%以上行政村的生活垃圾基本得到有效處置。

        3 農(nóng)村生活垃圾處理模式

        我國幅員遼闊,農(nóng)村地區(qū)發(fā)展不平衡,不同地域間農(nóng)村的資源條件、地形地貌、村莊的規(guī)模、布局及聚集程度、經(jīng)濟水平、道路交通條件、風(fēng)俗習(xí)慣、居住方式等自然、經(jīng)濟及社會條件各不相同,因此,各地在處置生活垃圾時所采用的方式上不盡相同[18],總的來看,現(xiàn)今農(nóng)村生活垃圾處理模式可分為以下四種: 就地就近集中處理模式、城鄉(xiāng)一體化處理模式、分散式家庭處理模式和分散+城鄉(xiāng)一體化處理模式[1,19]。

        3.1 就地就近集中處理模式

        所謂的農(nóng)村生活垃圾就地就近集中處理模式是指采用“村收集、村處理”的方式,把一個或多個村莊產(chǎn)生的全部生活垃圾進行集中式收集,在當(dāng)?shù)亟⒑线m的處理設(shè)施如厭氧消化、堆肥、填埋等,對集中收集的生活垃圾進行統(tǒng)一處理。該模式適用于距離城鎮(zhèn)垃圾集中處理點太遠(yuǎn)、交通不便、規(guī)模較大或幾個村落毗鄰而居的農(nóng)村地區(qū)。在這種處理模式里,有機垃圾可以采用簡易堆肥或進入沼氣池進行厭氧處理,而其它的垃圾可以采用焚燒、簡易填埋等單一或幾種方式組合進行處理。該模式的優(yōu)點是初期投資和后期運行費用低、運輸費用少;可根據(jù)當(dāng)?shù)卮迓錀l件建立合適的處理設(shè)施,處理工藝技術(shù)操作簡單、易于管理。其缺點是簡易堆肥、填埋技術(shù)均易產(chǎn)生二次污染。

        3.2 城鄉(xiāng)一體化處理模式

        城鄉(xiāng)一體化處理模式是指把農(nóng)村地區(qū)所產(chǎn)生的生活垃圾通過“村收集、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))轉(zhuǎn)運、縣(市)處理”的方式,納入到縣級以上的城鎮(zhèn)垃圾無害化處理系統(tǒng),進行統(tǒng)一集中化的處理。通過采用這種模式,可以最大限度地利用好已有的垃圾處理設(shè)施、設(shè)備,從而節(jié)約資源和成本。該模式適用于離城鎮(zhèn)地區(qū)距離較近(<20 km)、道路交通發(fā)達(dá)的近郊村落以及位于環(huán)境敏感區(qū)的村莊。其優(yōu)點是城鎮(zhèn)生活污染處理系統(tǒng)技術(shù)成熟,通常采用的大型處理工藝及設(shè)備效果好且穩(wěn)定,不需要在當(dāng)?shù)亟㈩~外的處理設(shè)施,土地資源占用少;而其缺點是生活垃圾運輸成本較高,通??蛇_(dá)全部處理成本的60%,甚至更高。由于城鄉(xiāng)一體化處理模式可以很好地起到節(jié)約土地資源的效果,因此,目前在我國東部地區(qū)以及一些經(jīng)濟相對發(fā)達(dá)的農(nóng)村得到了較為廣泛的采用[20],并且取得了較好的效果。

        3.3 分散式家庭處理模式

        農(nóng)村生活垃圾分散式家庭處理模式是指以家庭為單位,將產(chǎn)生的生活垃圾進行分類,其中的可回收垃圾經(jīng)分揀后進行綜合利用或送到回收站再利用,有機垃圾進行堆肥或沼氣發(fā)酵,建筑垃圾及灰石渣土可作為農(nóng)村小路的鋪設(shè),其余垃圾就地做簡易填埋處理。該模式適用于布局分散、規(guī)模較小、經(jīng)濟不發(fā)達(dá)的偏遠(yuǎn)農(nóng)村,由于村落人口密度較低、經(jīng)濟水平不高而環(huán)境容量較大,因此垃圾產(chǎn)生量小且組成相對簡單,村落自行消化即可解決生活垃圾的問題,但該模式要求村民應(yīng)具有良好的垃圾分類意識。分散式處理模式具有體積小的優(yōu)點,所以幾乎所有家庭都能自己進行,然而,由于垃圾并未經(jīng)過無害化處理,所以當(dāng)堆肥時間較長或難以確保其質(zhì)量時,有可能產(chǎn)生二次污染問題,從而對人們的生活產(chǎn)生不良影響。

        3.4 分散+城鄉(xiāng)一體化處理模式

        分散+城鄉(xiāng)一體化是一種組合式的農(nóng)村生活垃圾處理模式,這種模式是指生活垃圾在“戶分類”的基礎(chǔ)上,將分類后的有機垃圾通過就近就地采用堆肥或沼氣發(fā)酵等方式處理,其余的垃圾通過“村收集、鄉(xiāng)鎮(zhèn)轉(zhuǎn)運、縣市處理”的方式,納入到城鎮(zhèn)垃圾無害化處理系統(tǒng)一并進行處理。這種處理模式是近幾年在國內(nèi)一些經(jīng)濟發(fā)達(dá)、群眾性的垃圾分類工作開展得較好的農(nóng)村地區(qū)(如浙江諸暨)興起的一種優(yōu)化型技術(shù)模式,通過采用這種組合型模式,一方面可以實現(xiàn)生活垃圾的源頭減量,明顯降低運輸成本,另一方面,將有機垃圾就地進行處理,可極大地減少轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)中產(chǎn)生二次污染的風(fēng)險。

        4 農(nóng)村生活垃圾處理技術(shù)

        生活垃圾處理的目的是通過將垃圾迅速清除,并進行無害化處理,最后加以合理的利用,從而實現(xiàn)垃圾的無害化、資源化和減量化。目前國內(nèi)廣泛采用的生活垃圾處理技術(shù)有填埋、堆肥、焚燒等。

        4.1 填埋法

        填埋法包括簡易填埋和衛(wèi)生填埋。簡易填埋是早些年我國絕大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)沿用的一種粗放型垃圾處理方式,其特征是基本沒有工程措施,或僅有部分工程措施,這種簡易的垃圾填埋場(點)大多都會對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。隨著國家對農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的不斷重視,目前采用簡易填埋技術(shù)的地區(qū)越來越少,許多已有的簡易填埋場(點)也開始逐步被改造或淘汰。

        從20世紀(jì)90年代中期開始,隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟,衛(wèi)生填埋成為了農(nóng)村生活垃圾最重要的主流技術(shù)和最終處置方式[4]。和簡易填埋技術(shù)相比,衛(wèi)生填埋的最大特點是采取了如底部防滲、沼氣導(dǎo)排、滲濾液處理、嚴(yán)格覆蓋、壓實處理等一系列工程措施,以防止垃圾中污染物質(zhì)的遷移和擴散,避免垃圾降解產(chǎn)生的滲濾液對環(huán)境造成二次污染,還可以實現(xiàn)沼氣的收集利用,增加土地的利用效率。衛(wèi)生填埋技術(shù)可以分為厭氧、好氧和準(zhǔn)好氧3種類型,其中厭氧填埋是目前國內(nèi)采用最多的形式,其優(yōu)點是處理成本低、技術(shù)簡單、適應(yīng)性強。近些年通過技術(shù)改良,還衍化出了一些新的填埋技術(shù),如生物反應(yīng)器填埋場等??偟膩碚f,填埋技術(shù)具有工藝和操作簡單,投資和運行費用少,處理適應(yīng)性強等優(yōu)點,該技術(shù)可適宜于各種類型的農(nóng)村生活垃圾處理,尤其適用于土地資源豐富、低廉,水文地質(zhì)條件適合的山地和丘陵地區(qū)。但衛(wèi)生填埋技術(shù)也存在一些不足,首先,衛(wèi)生填埋場占地面積都較大,使得目前在很多地區(qū)新建垃圾填埋場的選址越來越難;其次,垃圾填埋處理的周期通常都很長,其產(chǎn)生的滲濾液、溫室氣體和異味等副產(chǎn)物的污染負(fù)荷較高,處理難度大,極易引發(fā)二次污染[21]。

        衛(wèi)生填埋技術(shù)曾是我國生活垃圾處理的主要方式,據(jù)統(tǒng)計,至2015年底,國內(nèi)采用填埋法處理生活垃圾的比例達(dá)到近66%[2]。但近年來,由于填埋場選址越來越困難。填埋成本不斷增加,我國的生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)進入到了瓶頸期,發(fā)展速度逐步下降,其在生活垃圾處理總量中的占比逐漸減少,根據(jù)國家十三五建設(shè)規(guī)劃,到2020年末,生活垃圾填埋處理的總量將下降至50%以下。

        4.2 焚燒法

        焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù),即以一定量的空氣與被處理的有機廢物在焚燒爐內(nèi)進行氧化燃燒反應(yīng),垃圾中的有毒有害物質(zhì)在800℃~1200℃高溫下氧化、熱解而被破壞。這種方法減量化效果好,消毒徹底,無害化程度高,是一種可同時實現(xiàn)垃圾減量化、資源化、無害化的處理技術(shù)。其工藝流程見圖1。

        圖1 焚燒技術(shù)工藝流程

        焚燒法的優(yōu)點是占用土地較少,選址余地較大,處理時間短,減量減容效果好,無害化徹底、潛在熱能可回收用于發(fā)電,經(jīng)濟效益明顯。這種技術(shù)適宜于經(jīng)濟發(fā)達(dá)、人口密集、垃圾熱值高、土地緊張的地區(qū)。正是由于具有這些技術(shù)方面的優(yōu)點,焚燒法早在上個世紀(jì)就被許多發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用于生活垃圾的無害化處理,并取得了不錯的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。我國在2005年《可再生能源法》里明確提出“鼓勵發(fā)展生活垃圾焚燒處理”后,該技術(shù)得到了快速的發(fā)展,其在生活垃圾處理量中的占比不斷提升,國家在“十三五”生活垃圾無害化處理建設(shè)規(guī)劃里更是提出“到2020年底,全國生活垃圾焚燒處理能力占無害化處理能力的50%以上,中東部地區(qū)達(dá)到60%以上”的建設(shè)目標(biāo),這項技術(shù)目前已逐漸成為大型生活垃圾處理方式的首選。

        但由于種種原因,近幾年國內(nèi)生活垃圾焚燒處理技術(shù)的發(fā)展及推廣應(yīng)用并不是很順暢,很多地區(qū)垃圾焚燒處理廠的建設(shè)進展緩慢,很難開展,并沒達(dá)到規(guī)劃預(yù)期的數(shù)量。影響垃圾焚燒廠建設(shè)的主要原因歸納起來有以下幾點:第一,大量鄰避現(xiàn)象的產(chǎn)生,造成生活垃圾焚燒廠選址困難。很多地方的居民一方面因擔(dān)心焚燒煙氣特別是二噁英會帶來環(huán)境污染、影響自身的健康,另一方面,擔(dān)心建設(shè)焚燒廠會使其房價下跌,導(dǎo)致個人財產(chǎn)受到損失,因而強烈反對。第二,焚燒廠的建設(shè)投資和運行成本相當(dāng)高,其設(shè)施的操作復(fù)雜,運行管理水平要求高,廢水、廢氣、灰渣環(huán)保排放要求嚴(yán)格,二次污染風(fēng)險大,這些也極大的限制了它的推廣應(yīng)用。第三,目前國內(nèi)多數(shù)地區(qū)生活垃圾仍是采用混合收集,而混合垃圾的熱值通常都較低(<5000 kJ·kg-1),對焚燒處理技術(shù)的綜合效果會造成消極影響。

        4.3 好氧堆肥

        好氧堆肥是指在有氧條件下,通過好氧微生物分泌的酶將垃圾中的固態(tài)有機物分解為可溶性有機物,這些可溶性有機物再被微生物利用,參與微生物的新陳代謝過程,從而實現(xiàn)固態(tài)有機物向腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化,最后達(dá)到腐熟穩(wěn)定,成為有機肥料的過程。好氧堆肥技術(shù)主要應(yīng)用于經(jīng)分類后有機質(zhì)含量較高、具有肥料化利用可能性的有機垃圾部分。好氧堆肥工藝通常由前處理、主發(fā)酵、后發(fā)酵、后處理與貯藏等工序組成,其工藝流程見圖2。

        圖2 好氧堆肥工藝流程

        前處理工藝主要是進行分選、破碎、篩分、脫水等,目的是去除粗大的和不易生物降解的組分,使物料粒徑變小,降低原料的含水率。

        通過前處理,可將原料含水率調(diào)節(jié)至55%~65%,原料的C/N調(diào)節(jié)至25∶1~35∶1。主發(fā)酵階段是微生物活性最高,發(fā)酵溫度最高的時期,一般會持續(xù)4~12天,通過這個階段,大多數(shù)的有機物得到分解、轉(zhuǎn)化。次發(fā)酵是常溫腐熟階段,一般可持續(xù)20~30天。這一階段主要是分解一些難降解的物質(zhì)如木質(zhì)素等,同時也是積累腐殖質(zhì)和各種氨基酸的階段。后處理主要是去除一些前處理過程中沒有完全去除的雜質(zhì)。二次污染控制主要包括臭氣、滲濾液的處理,特別是臭氣的控制是難度最大和最受關(guān)注的,常用的工藝有洗滌器、吸附、除臭劑等。好氧堆肥設(shè)施適用于人口密度不高,日人均生活垃圾量相對穩(wěn)定的農(nóng)村地區(qū),堆肥技術(shù)可分為庭院式堆肥和集中式堆肥。庭院式堆肥技術(shù)是在田間、房前屋后開展的一種分散式就地堆肥技術(shù),而集中式堆肥是一個行政村或多個行政村聯(lián)合建設(shè)的較大型堆肥場。好氧堆肥技術(shù)的優(yōu)點是工藝較簡單,建設(shè)和運行成本較低,物料分解徹底,病源菌消殺徹底,生產(chǎn)周期較短,堆肥產(chǎn)品可用于改良土壤,從而實現(xiàn)農(nóng)村有機生活垃圾-堆肥-農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的循環(huán)、資源化利用。這項技術(shù)的不足之處在于,堆肥場占地較多,造成選址困難;進料、分選、堆漚等環(huán)節(jié)惡臭釋放量大,成分復(fù)雜,臭味控制難、成本高,存在滲濾液和臭氣二次污染的潛在風(fēng)險;堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)受垃圾組分影響大,不易控制,且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度低,影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及產(chǎn)品品質(zhì);堆肥殘渣(如不能分解的塑料、玻璃、金屬、陶瓷等)尚需要做進一步的無害化處理。近些年,為了提高堆肥效率、縮短處理周期,國內(nèi)開展了堆肥技術(shù)改進,將現(xiàn)代技術(shù)和機械化設(shè)備應(yīng)用于好氧堆肥技術(shù)中,研發(fā)出了新型的好氧堆肥設(shè)施設(shè)備,如陽光房等,但其工藝技術(shù)仍有待完善。

        4.4 厭氧發(fā)酵

        厭氧發(fā)酵處理技術(shù)是將有機生活垃圾作為發(fā)酵原料,在厭氧的條件下經(jīng)過水解、酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷四個階段,以沼氣作為最終產(chǎn)物的一種生物處理技術(shù),該技術(shù)適用于分類后有機生活垃圾的分散處理,可就地就近實現(xiàn)農(nóng)村生活垃圾的減量化、資源化和無害化。

        厭氧發(fā)酵技術(shù)用于處理農(nóng)村生活垃圾的優(yōu)點是,占地較少,工藝較簡單,操作簡便,建設(shè)和運行成本較低,可提供清潔能源沼氣,沼渣沼液綜合利用可實現(xiàn)農(nóng)村有機垃圾-厭氧發(fā)酵-農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的循環(huán)、資源化利用;但該技術(shù)的不足是處理效果易受環(huán)境溫度變化的影響,其最終產(chǎn)品—沼氣屬于易燃易爆物,如管理不當(dāng)有引發(fā)安全事故的風(fēng)險,沼渣沼液若難以就地消納,有可能會引起二次污染。

        4.5 熱解處理

        熱解是將生活垃圾在隔絕空氣或僅提供少量氧氣的條件下,高溫加熱,通過熱化學(xué)反應(yīng),將生活垃圾中的有機大分子裂解成小分子的熱化學(xué)過程。

        熱解的主體工藝包括:預(yù)處理、熱解和三廢處理及排放等過程,工藝流程見圖3。

        圖3 熱解處理工藝流程

        熱解工藝對物料的尺寸大小和含水量等有一定的要求,因此熱解前都需對生活垃圾首先進行預(yù)處理,其過程包括:分選、破碎、干燥等,主要目的是使物料的理化特性滿足后續(xù)熱解過程的要求。

        熱解過程是在熱解爐內(nèi)完成的,目前的垃圾熱解爐有多種類型,如:移動床熱解爐、回轉(zhuǎn)窯熱解爐、流化床熱解爐、懸浮床熱解爐等。

        第1熱解室的溫度一般保持在600℃~800℃,垃圾中大部分有機物的分解都在此處完成;第2熱解室的溫度一般在1000℃以上,此處主要是將煙氣中的二噁英以及一些有機物大分子進行分解、去除。

        生活垃圾中的有機物熱解后的主要產(chǎn)物有固、液、氣3種,固態(tài)物主要是熱解炭和殘渣,熱解炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較高的穩(wěn)定性,可以用于污水處理及土壤修復(fù)等。固體殘渣一般還需運送至垃圾填埋場進行最終處理。

        熱解后產(chǎn)生的液態(tài)物為熱解液,它含有大量的水分和乙酸、乙醇、丙酮等有機物組成的焦油類物質(zhì),經(jīng)過油水分離后,可以得到熱解油,其成分復(fù)雜而不穩(wěn)定,只是一種初級的“原油”,油品較低,直接利用的價值不高,需再精制提質(zhì)處理后才可作為燃料油使用。

        熱解產(chǎn)生的熱解氣體中主要含有H2,CO,CH4等成分,它是一種可燃?xì)怏w,但由于純度不高,熱值較低,一般是作為垃圾熱解反應(yīng)部分的能量來源加以利用。

        熱解技術(shù)具有占地少,可回收熱能,運輸儲存方便,減量化效果明顯,適應(yīng)性較廣,適宜于可燃物含量較高,含水率較低的農(nóng)村地區(qū)。

        但該技術(shù)的操作控制要求較高,煙氣、焦油如處理不當(dāng),造成二次污染的風(fēng)險較高,灰渣和熱解炭的回收利用途徑比較受限。

        4.6 主要處理技術(shù)的特點對比

        幾種主要處理技術(shù)的特點對比見表2。

        5 展望

        近年來,“村收集、鎮(zhèn)轉(zhuǎn)運、縣處理”這種生活垃圾治理模式在很多地區(qū)得到普及,極大的改善和提高了鄉(xiāng)村的環(huán)境面貌和生態(tài)質(zhì)量,但這種模式也存在一些突出問題,首先是它造成了農(nóng)村生活垃圾的“進城”加劇,給城市生活垃圾處理能力帶來巨大壓力;其次是這種模式運營成本高,很多地區(qū),特別是經(jīng)濟欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村地區(qū)財政難以承受,使得其生活垃圾治理體系難以持續(xù)運轉(zhuǎn)。為解決這些發(fā)展過程中遇到的問題,進行源頭分類減量和就地資源化利用,是今后我國農(nóng)村生活垃圾治理的必然要求和發(fā)展趨勢。結(jié)合農(nóng)村生活垃圾的資源屬性和自然環(huán)境特點,以分類減量為核心,通過源頭分類、就地消納,提高廢物回收利用水平,加大和發(fā)掘垃圾資源的可利用性與可循環(huán)性,使大部分農(nóng)村生活垃圾就地得到消納,僅余少量垃圾轉(zhuǎn)運至城市進行處理處置,這既可降低垃圾轉(zhuǎn)運成本和處理成本,又能極大地緩解城市生活垃圾處理設(shè)施的壓力,從而實現(xiàn)生活垃圾處理系統(tǒng)的良性運轉(zhuǎn),有效助力鄉(xiāng)村人居環(huán)境整治和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)等戰(zhàn)略行動,最大程度地改善農(nóng)村地區(qū)的生態(tài)環(huán)境,提高農(nóng)村居民的生活質(zhì)量,從而推動我國農(nóng)村地區(qū)社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和進步。

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