基于生物處理技術的城市垃圾處理方式研究

屈紫忱，鄧詩雅，閆榮，田璐，鄭萌，曹會敏

西安交通工程學院 土木工程學院

一、引言

隨著城鎮化發展，城市人口數量會驟然增加，生產生活的垃圾也隨之堆積如山，生活中的垃圾急劇增加，垃圾處理方式對生態環境的影響不容小覷。由于可用資源的有限性，不可能一直利用開發不可再生資源來發展經濟，加之循環回收再利用比例較低，所以對垃圾進行無害化、回收資源化和減量化處理是當前面臨的急迫解決的問題[1-2]。

當今應用較多的垃圾處理方法分為填埋法、堆肥法和燃燒法等，但是這些方法還不能完全解決成分混雜的垃圾所帶產生的眾多問題。目前很多城市提出了垃圾分類措施，通過垃圾分類處理后，可以更便捷地分類處理，這樣可以使垃圾利用率進一步提高，但仍有大量不能直接回收利用加工的難處理部分，如何更大限度地回收利用這部分“資源”是一個難題[3-4]。通過對處理方法上進行優化，加快垃圾處理的進度可以節省垃圾所占用的土地空間，而且還能保證城市周邊環境被破壞程度的減輕。盡進而地讓垃圾“循環利用、變廢為寶”，使之助力生態環境保護，讓垃圾的資源價值得到充分提升。

二、背景

由于經濟的快速發展，人們的生活質量明顯提高，伴隨而來的卻還有城市垃圾危機，諸如各類工業垃圾、生活垃圾對環境的污染、生態破壞問題，尤其是城市垃圾帶來的環境污染尤為普遍，工業的高速發展亦造成嚴重的環境問題，而環境問題具有不可預見性、過程的不可逆性的危害[5-7]。隨著人類在生產過程和消費過程中對資源的不合理利用和浪費，導致資源不能充分吸收，排放的廢棄物越來越多，即垃圾產量不斷上升，對生活的周邊環境造成了困擾。為了改進垃圾帶來的環境污染，因此需要研究新技術處理垃圾?，F在所使用的資源回收、垃圾回收等措施，就是因為資源的有限性、應該尋找可替代的產物，減少浪費，同時降低資源消耗所帶來的環境污染率[8]。

總體而言，雖然大多數城市垃圾處理基礎設施建設規模在不斷擴大，一些城市環境水平也得到進一步改善，但由于一些地區對垃圾處置問題的重視程度不相同，導致管理水平低下，導致垃圾處理清運和處置量跟不上廢棄物生成的速率，從而造成惡性循環，導致城市土地被垃圾處理占用、地下水污染、環境污染等問題普遍存。新發展理念模式下大中型城市都迫切需要對于生活垃圾綠色化處理，可持續化轉型，資源再利用。如此不但能夠解決生態問題，還能產生相對的經濟效益[9-11]。

三、生物處理技術應用

針對城市垃圾中有很多不能簡單處理的部分如廚余垃圾、生活廢物等，將氣膜技術引入到垃圾開采、輸送、分選和處理整個過程中。生物處理過程使用日常生活垃圾處理具有高含水量的特性，處理過程后進行日常生活垃圾處理的減定量；厭氧技術中沼氣的誕生，促進了日常生活垃圾處理的能量化；好氧堆肥技術的產物或者厭氧技術的沼渣可當作化肥進行土壤施肥，進行土壤修復，對生活垃圾的生物處理流程如圖1 所示。

圖1 生物處理基本流程

（一）生物處理

生物垃圾處置技術是指運用于大自然環境中所有的有益生物，重要成分是各種微生物，把城市生活垃圾廢棄物中的可被生物垃圾降解處理的天然有機物等轉變能量為有機能量、物質和利用其他生物有益的材料等的一種處置工藝技術。以資源循環利用產業鏈構建為指導，對廣東某大型垃圾填埋場進行生物技術應用后可對其原有生態修復，轉化為循環經濟產業園區建設用地為研究對象論述。

生物處置技術主要用來處置有機廢物，主要包括廚房殘渣(腐敗的水果、蔬菜、飯后殘留等)、哺乳動物大便、植物落葉等。其他不適合生物處理的垃圾包括報紙、塑料盒、玻璃、金屬、皮革、橡膠、衣服等；此外，尚有家庭清潔廢物、涂料、油垃圾等不適合生物處理[8]。簡言之，可用作生物處理的廢物很容易腐爛。

生物處理技術主要利用生活廢物中的有機成分進行轉化，兩種技術包括好氧和厭氧技術。好氧技術是通入空氣，利用氧氣濃度變化將有機物氧化的處理方式，可快速反應，生成物質量好，處理效果顯著。厭氧處理技術是通過隔絕空氣，制造無氧環境，利用垃圾中反應物自然發生微生物代謝反應，可產生沼氣等有用資源；運行成本低，耗能低,利用率更高，但需要更高技術要求。

好氧技術和厭氧技術的代表有堆肥和厭氧消化。預處理堆肥生產工藝，如垃圾分離、細菌和有機物分解、有機肥料成熟、儲存和處理。厭氧消化流程，先進行預處理(水解)、厭氧發酵、沼氣收集、發電或天然氣提純。大多數微生物技術包含好氧和厭氧技術。好氧技術中有代表性的是堆肥，最后得到有機肥料和沼氣等高價值產物，一般用于發電或替代天然氣和燃油使用。

（二）防滲系統選擇

填埋場底部的防滲透體系包括天然防滲透體系(也稱天然防滲透)和人工防滲透體系。滲漏要根據當地實際情況嚴格確定的,防滲一般有粘土防滲及人工防滲層兩種。以某大型填埋場項目為例，項目場地由含水量較高的紅土形成，粘土滲透系數也較大，同時場外可用于更換的優良粘土量較少，若采用優質粘土換填法會導致該場地防滲工程量增大，成本增加?？紤]采用人工防滲層施工法。

防滲系統設計根據防滲技術的發展以及本項目的投資建設要求，采用經濟實用的復合防滲系統設計如下:

在填埋場底部均勻鋪設一層一米厚挑選過的垃圾，須保證垃圾中不含鋼筋大件金屬和其他有可能造成防滲層損壞的物品。滲濾液排水層設計用一層厚度為400 um 級配較好的卵石作為滲濾液排水層。 上面鋪設一層150 g/m2機制濾水布作為過濾層。在碎石排水層中再鋪設開孔排水管收集滲濾液導致滲濾液調節池。在排水層和防滲膜之間加鋪一層600 g/m2無紡土工布層作防滲保護膜，HDPE 底部防水膜采用 1.5 mm 厚的高密度 HDPE膜和雙光土工膜，根據施工質量標準進行焊接和測試。GCL膨潤土層在防滲膜下覆蓋一層4800 g/m2的GCL 潤土復合保護層。在防滲膜受損后起到補漏作用?；讓?地基土基底層將按設計標高平整、壓實，對軟土地方進行換土壓實處理，保證地基土的穩定。地下水導排層在基底面下1.0 m 的標高面采用魚骨狀地下水導排溝，溝內設厚度為400 m 級配較好的碎石作為地下水導排層。在碎石導排層中鋪設開孔排水管收集地下水并排至場外[3]。其中中溫厭氧+HDPE+RO 處理工藝如圖2所示。

圖2 中溫厭氧+HDPE+RO 處理工藝

（三）濾液收集管網

在調節池進行水質和水量的調節過程中，可根據滲濾液罐中的重力特點。設置濾液收集管網，將滲濾液收集到管網。滲濾液收集管網通常鋪設在排水層底部，濾液收集排出層由礫石鋪底。管網里由導排主管與導排支管組成，管道采用HDPE 管材。

（四）濾液調節容量池

濾液調節容量池是防滲系統中重要的一環。濾液調節容量池容量由于地區的降雨量在季節月份都存在分配不均的情況，滲濾液的水質也在不同溫度下有很大的變化。并且有大量的水箱可調節不同季節產生的水量，以根據現有經驗和填埋經驗，減少每天的滲濾液量，處理廢水處理系統。應盡量將容量做這樣既可滿足滲濾液嚴禁外排的環保要求，又可降低處理廠的沖擊負荷，保證填埋場的安全運轉。從偏安全的角度，考慮采用七日最大降雨量(375.5 mm)來計算調節池容積，還考慮到調節池庫容的可調滲濾液量，能否滿足滲濾液儲存一年的可調滲濾液量控制。必須擁有完整的防滲透結構，防止壓力調節罐的防滲透層滲漏污染地下水及土壤環境。

在場地周圍要還需設置降排水管網，一方面可以減少雨水對場地內土壤的滲透影響，另外一方面可以收集后進入調節池，以減少進入垃圾填埋場的降雨。

四、結論與討論

通過對某垃圾填埋場項目采用生物技術處理的研究，可以看出生物技術對垃圾處理的優勢，能更可能地減少垃圾對生態環境的影響。在當前快速城鎮化進程下，城市垃圾優化處理問題面臨著需要提高垃圾資源回收率，減輕對生態環境污染的嚴峻問題。從垃圾處理的方式上，可以看出常見的掩埋法、燃燒法等會產生大量廢氣廢液等危害，也存在非常多的潛在問題。對比這種粗放型方式，本文從廢物處理過程的無害化、資源化和減量化方向分析，從垃圾填埋場地的選址和優化垃圾處理方式進行了論述，介紹了一種生物垃圾處置技術，以解決提高垃圾資源回收率問題，可達到垃圾資源高效利用，減少垃圾占用空間，改善生存環境質量，提高資源利用率。為解決環境污染，資源可再生以及生產生活安全等問題提供了借鑒意義。