我国城市生活垃圾堆肥及其预处理技术应用

发布日期:2015-09-09

 来源:转自环卫科技 

    城市生活垃圾的处理主要以卫生填埋、堆肥、焚烧为主,近些年来我国建设的垃圾无害化处理设施中,以卫生填埋处理的较多,焚烧处理在经济发达地区逐渐发展,堆肥因肥料市场等原因而处于发展滞缓的局面。为此,我们在宜昌市生活垃圾综合处理项目中,研究堆肥技术在垃圾综合处理中的应用,为垃圾堆肥化技术的发展探索一种确实可行的途径。
    1、我国生活垃圾堆肥处理存在的问题
    我国这些年相继建设了几十个不同规模和类型的垃圾堆肥厂,但现在许多厂已停产或不能正常运行。为此,在项目建设前,我们对扬州、上海、南宁、绵阳等地的垃圾堆肥厂进行现场调查,综合分析影响垃圾堆肥技术发展的因素主要在设备和技术工艺的选择,以及对堆肥市场的正确认识等。
    1.1堆肥设备的问题
    目前,可以正常运行的垃圾堆肥厂的堆肥设备较简单,而机械化程度高的确难以维持。原因之一是起初投入的一些堆肥厂主要依靠国外进口的设备,设备在生产运行中不能满足处理我国垃圾的性能,导致设备不能按要求正常运转。我国的垃圾是采取混合收集,与国外堆肥垃圾相比,具有垃圾的成分复杂,不稳定,有机质含量相应较低,含水率较高等特性,而进口的设备主要是依据国外的垃圾性能设计,处理中国的垃圾,出现了消化不良的问题。国内在设备配置中,最初也有选用矿山处理设备进行改进,同样缺乏时垃圾性能的针对性。
    1.2堆肥技术工艺的问题
    目前,正常运行的垃圾堆肥处理场大多采取静态好氧发酵处理技术,其特点是:工艺简单,机械化程度低,设备少,投资少,操作简单,运行成本低等。许多采取机械化程度高的动态高温堆肥处理等技术,因处理成本高,不能适应垃圾肥料市场经济规律要求,而难以推广应用,限制了该处理技术的发展。
    同时,在垃圾堆肥处理工艺中,依然以先分选后发酵的处理工艺为主,这对于高含水率的垃圾分选效果并不理想;垃圾分选中又过度追求对可回收物的分类细化,回收成本高,不符合废物回收市场规律,同样也导致垃圾堆肥成本过高,难以销售。
    1.3垃圾堆肥销售的问题
    垃圾堆肥与行业标准各技术指标相比,其有机质与养分指标的含量明显偏低,还达不到有机肥的标准,实际上初生产出的垃圾堆肥是一种土壤改良剂,不能简单作为肥料使用,其较适宜用于城市绿化和果树园林种植的土壤有机质改良,产品的性能决定了垃圾肥在肥料市场的定位价值。
    在许多垃圾堆肥项目中过于依赖政府对垃圾肥料销售的扶持,肥料制作工艺中过于要求精堆肥产品,没有找准垃圾堆肥产品在肥料市场的地位。精制的垃圾堆肥产品价格高,缺乏市场竞争力,难以销售,制约了这些垃圾堆肥项目的发展。
    2、宜昌市垃圾综合处理项目的垃圾堆肥
    在2000年,宜昌市利用世界银行环保资金建设了日处理500吨的垃圾卫生填埋场,设计服务年限15年,处理场占地约283亩,承担着市中心城区60万人口生活垃圾的最终处置工作。投入运行以来,由于城市发展的加快,垃圾量逐年递增,进场垃圾在高峰期达到700吨以上,2003年平均日处理垃圾量560吨,采取单一的卫生填埋法将不能保证垃圾场的设计服务年限。2004年,利用国债资金进行垃圾卫生填埋场的二期项目--宜昌市垃圾综合处理项目,项目以垃圾的“无害化、减量化、资源化”为目标,解决和弥补垃圾处理工艺单一的现状,有效的延长垃圾处理场的服务年限。
    垃圾综合处理包括垃圾的焚烧和堆肥,设计堆肥日处理生活垃圾200吨/日,焚烧日处理生活垃圾100吨/日。垃圾堆肥部分投资约1880万元,其中土建投资1480万元,设备投资400万元;建设内容包括初级发酵仓、次级发酵车间、分选设备、通风设备、控制设备等。
    2.1宜昌市城区生活垃圾基本性质
    宜昌市中心城区生活垃圾成分(湿重%):无机物(炉灰、砖瓦等)约50%,易堆肥物质厨渣35%,可燃物(竹木、纸类、布类、塑料等)约15%,其中玻璃、金属、塑料等可回收物约10%。生活垃圾容重为300~500kg/m3,含水率20%~50%(垃圾成分详见表1)。
    进行堆肥处理的垃圾以城区集贸市场等有机物含量较高的垃圾为主,保证可堆肥垃圾较高的有机质含量,尽量使堆肥垃圾中的厨余类垃圾量提高到40%以上。
    2.2垃圾堆肥工艺方案选择
    2.2.1工艺的原理
    高温堆肥是在有控制条件下,利用微生物对垃圾中的有机物进行生物化学分解,使其变成一种具有良好稳定性的腐殖土状物质的过程。有机垃圾是堆肥微生物赖以生存、繁殖的物质条件,根据堆肥过程中起作用的微生物对氧气的不同需求,垃圾堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种工艺。
    好氧堆肥过程中微生物活动产生并释放的热量大,使堆体温度迅速升高,达到的温度高且高温持续时间长,有利于垃圾的无害化,堆肥使用好的安全性。两种工艺进行对比比较,好氧堆肥工艺相应具有分解物质彻底、发酵周期短、产生恶臭污染小、宜于机械化作业、对建构物要求低等特点,是目前世界上有机垃圾堆肥处理的主要方式,我国目前建成投产的堆肥厂垃圾发酵全部为好氧方式,我们也还是采取好氧堆肥处理的工艺。
    2.2.2工艺方案比较
    从垃圾发酵过程中堆肥物料所处的状态上区分为静态堆肥和动态堆肥,动态堆肥是机械翻动使垃圾充分与氧气接触达到腐熟的目的,也可辅以强制通风,有连续动态和间歇动态两种形式。静态好氧堆肥是在静止的条件下通过强制通风或自然对流通风使垃圾中维持一定氧含量并腐熟垃圾达到无害化的目的(见表2)。
    好氧堆肥的通风供氧大多采用强制通风。对不同好氧堆肥形式的比较主要从过程的可控制性、基建设备投资、能耗、二次污染的控制、运营成本等方面进行。从工艺本身、机械化程度、处理效果和污染控制等方面来看,间歇动态箱式好氧堆肥工艺和DANO筒工艺具有明显的优点,但从基建投资和运营成本和对操作技术水平的要求来看,静态仓式好氧堆肥工艺则较好。
    利用静态或动态工艺生产出来的堆肥产品,具有较高的有机质含量,但是由于垃圾本身的局限,有效N、P、K养分的含量并不突出,只能充当土壤改良剂使用,提供土质改变和作物生长的有机质,不能达到理想的肥效施用效果。由于这些方面的原因,我们要重新定位垃圾堆肥的发展,不能单纯的就将提高垃圾堆肥的品质和肥效作为主要方向,要通过垃圾堆肥达到垃圾处理的减量化和垃圾的稳定性,有效地把垃圾堆肥和垃圾焚烧、填埋工艺结合,实现垃圾处理的目标。期间通过分选等方法提高堆肥垃圾的有机质含量,增加垃圾堆肥的肥效,根据市场的需求,合理发展垃圾复合肥的生产。
    2.2.3堆肥工艺方案
    宜昌市垃圾综合处理项目设计堆肥处理生活垃圾200t/d的规模,分析比较选择垃圾仓式静态好氧发酵工艺。首先简化堆肥工艺设计对原生垃圾的预处理设备,对垃圾收集的过程进行源头监管,在各垃圾收集点要求大件垃圾和建筑类垃圾单独收集,对各收集点的垃圾按有机质含量的情况大致调查分类,通过管理基本保证堆肥垃圾的质量。这不仅降低了垃圾预处理的成本,也回避了原垃圾含水率高而预处理分选效果差的问题(见附图)。
    初级发酵仓设计为混凝土结构,共11个仓,每个仓为16m(长)×6m(宽)×6m(高),每仓容纳一天的堆肥垃圾。发酵仓顶敞开式,沿发酵仓顶纵向布置3个2.7m(长)×1.8m(宽)的进料口。仓下采用通风沟通风并收集和导流渗滤液。仓顶附有喷淋装置,根据堆肥堆体内垃圾含水率的变化随时喷洒水或收集的渗滤液调节垃圾发醇时的水分。仓顶设抽风系统,将发酵过程产生的臭气集中抽出处理,同时有利于堆体通风。堆肥系统设控制监测系统,监测发酵温度、水分、通风量等参数,以监控发酵程度。初级发酵时间为10天。
    初级发酵好的垃圾用装载机送到200吨垃圾分选系统,垃圾经板式给料机进入破袋式滚筒筛、磁选、皮带输送机人工分选。回收垃圾中可利用的金属、塑料,分选后的筛上物进入焚烧系统,筛下物进入次级发酵车间。分选车间针对垃圾回收,专设日处理400吨原垃圾的分选设备,垃圾通过板式给料机进入破袋机、磁选、人工分选后填埋。 次级发酵车间是厂房式,60m(长)×30m(宽)×8m(高)的轻钢屋架结构,面积1800m2。次级发酵的垃圾经皮带输送机和装载机布料,自然堆放于车间,自然通风使垃圾进一步熟化稳定。
    次级发酵腐熟的垃圾作为土壤改良剂直接用于绿化、果园种植等,部分垃圾按市场需求进行再筛分处理。多余的垃圾作为稳定化垃圾填埋,可有效控制垃圾填埋的气和水的污染。
    堆肥过程中产生的废气,通过控制系统,用管道输送到垃圾焚烧系统集中处理,产生的垃圾渗滤液经过收集进入垃圾填埋场污水处理系统集中处理。
3堆肥项目的运行
    2006年7月完成垃圾堆肥的土建与设备安装,进入设备调试期,经过5个月的设备调试,12月正式进行垃圾堆肥生产运行。经过近半年的运行,堆肥处理生活垃圾16928吨,约占垃圾处理量的20%,垃圾分选废物回收528吨,销售垃圾肥3017吨。
    3.1垃圾的进料及预处理
    宜昌市的垃圾收集还没有进行分类收集,只是采取了垃圾袋装化。为简化堆肥垃圾的预处理工艺,我们时收集的垃圾按收集点进行了大致的调查分类,将其中有机质含量高的垃圾用于堆肥。收集垃圾过程中加强了监管,要求各收集点严格控制大件垃圾和建筑垃圾混入堆肥和分选垃圾中。改变垃圾进场的分流模式,将可堆肥垃圾直接进入垃圾初级发酵仓,分选垃圾进入400吨垃圾分选线,含有大件垃圾、建筑垃圾和大量缠饶物(广告带、稻草等)的垃圾车辆直接进入填埋,对垃圾收集的预分类达到进场垃圾预处理目的。
    通过生产运行,该办法简化了垃圾堆肥前预处理工艺,降低了垃圾堆肥前期处理成本,基本可满足垃圾堆肥物料的要求,同时也改善了垃圾车辆进场倾倒的环境,降低垃圾车辆运输成本。
    3.2垃圾初级发酵
    垃圾的初级发酵采取仓式静态好氧发酵工艺,好氧堆肥从垃圾堆积到腐熟要经历升温、高温持续、降温和保温腐熟四个阶段。堆肥初期有机物中的可溶性有机物质首先降解,释放出热量,使堆温开始上升,随着温度的上升,嗜温菌活跃并大量繁殖,导致更多的有机物分解并放热,堆温快速上升,达到50℃~60℃,甚至更高,高温使嗜温菌受到抑制而嗜热菌取而代之成为优势菌群,复杂的有机物如纤维素、半纤维素、蛋白质等也被分解,腐殖质开始形成,堆肥物质进入稳定状态。经过高温阶段后,堆肥的需氧量逐渐减少,堆温持续下降时,表示堆肥即将结束,当堆温下降并稳定在40℃左右时,堆肥基本达到稳定。
    运行期间对初级发酵进行物料变化分析,垃圾经过初级发酵使挥发性固体降解为气体、水分蒸发和下渗而引起垃圾质量损失、体积减小。垃圾质量减少大约在10%~43%,体积减小大约在20%~40%。减量变化和季节与垃圾含水率有很大关系,冬季垃圾含水率较低时减量及减容也较少,夏季含水率高时减量与减容也高。出仓时垃圾的含水率一般在15%~30%,也较适宜垃圾的分选。
    垃圾的初级发酵工艺初步达到了垃圾减量目的,降低了垃圾含水率,解决了垃圾机械分选的难度,垃圾降解产生的水和气,有控制的进入处理系统,可降低对垃圾渗滤液和废气的收集处理成本。
   3.3垃圾的分选
    垃圾的分选工艺比较简单,经过滚筒破袋筛分后的垃圾经过磁选后,直接进行人工分选,人工分选主要回收垃圾中的废塑料。垃圾含水率的多少对垃圾的破袋筛分效果影响较大,经运行测试,冬季的垃圾由于含水率低可直接进行分选,在春夏季节,应必须完成初级发酵后再进行分选。分选车间里配置的400吨原垃圾分选线,只是采取了磁选和人工手选简单的工艺,但在梅雨季节或连续的阴雨天,垃圾含水率过高而导致分选效果不好,进料时的垃圾污水影响生产正常运转。
    200吨堆肥的垃圾分选线,资源化回收利用平均每月可回收废塑料86吨,回收废金属2吨。废塑料每吨回收价格370元/吨,废金属每吨700元/吨,每月大约可回收3万余元。筛分后的垃圾,筛上物约占堆肥垃圾的28%-40%左右,筛下物约占堆肥垃圾的38%~52%左右,筛上物的垃圾含水率较低,经测试垃圾高位湿基热值可达到780KJ/KG,可以进行焚烧处理,达到垃圾的减量化目的。完成初级发酵的垃圾筛分后焚烧,替代垃圾焚烧预处理过程,提高了焚烧垃圾热值。
    3.4次级发酵处理
    垃圾次级发酵主要采取静态堆肥工艺,初级发酵垃圾的筛下物经过皮带运输机送到次级发酵车间堆放,堆放2-4月后,垃圾基本腐熟稳定。根据市场需求,大部分腐熟垃圾直接用到城市绿化,进行绿地土壤改良;部分腐熟垃圾按客户要求再用细筛筛分,去除垃圾中较大的颗粒和未发酵的木签等,细筛的垃圾肥用于园林花卉养殖。半年来共销售垃圾肥3017吨(其中精筛肥917吨),合理利用了部分垃圾。
    剩余的腐熟垃圾我们尝试替代黏土用于作为垃圾临时覆盖层,经比较,腐熟垃圾来源较黏土方便,比黏土具有透水性,雨季覆盖易摊铺,不易陷车,解决了垃圾填埋场雨季覆盖难的问题,节约了黏土资源。另将剩余的腐熟垃圾作为稳定的垃圾单独进行填埋处理实验,和目前的卫生填埋垃圾场相比,填埋垃圾产生的渗滤液和气得到有效的控制,大部分的气和水在堆肥过程中消化收集到处理系统中,填埋区的恶臭味明显降低。
    3.5进一步发展目标
    宜昌市垃圾综合处理项目我们是一边建设运行,一边完善改进。已建成的垃圾堆肥部分还有待继续探索改进。
   垃圾的焚烧系统还要加快建设,解决完善堆肥阶段对气体的集中收集处理。包括初级发酵仓和分选车间的气体收集管网的完善,分选车间的通风设施的改进,改善分选车间的作业环境。
    垃圾分选设备在调试阶段在各种垃圾条件下做过多种测试,200吨的分选线已初具生产处理能力,400吨原垃圾的分选线在垃圾破袋布料设计还存在不足,影响分选回收效率,还要做进一步改进。
    垃圾堆肥作为稳定垃圾填埋的工艺还有许多研究待我们完成。为我国稳定化垃圾填埋场探索一条技术路线。

    4、结论
    垃圾堆肥工艺应用与垃圾综合处理中,围绕垃圾的“无害化、资源化、减量化”处理目标,将垃圾堆肥处理作为垃圾焚烧和稳定化填埋的预处理工艺应用,已初步取得较明显的效果(见图)。
    应用于垃圾的分选回收,初级发酵的垃圾再分选,利于分选设备的配置,分选效果较好,将原垃圾填埋场的无序拾荒,变为有序的工厂化作业,改善了垃圾处理场及周边的环境,消灭了场内外来人员拾荒的问题,消除作业安全隐患。
    垃圾堆肥以处理减量为主,制肥利用为辅,按市场需求生产供应垃圾肥,多渠道解决垃圾堆肥的出路问题,改变我们在垃圾堆肥上认识的局限性。
    垃圾堆肥在综合处理的应用我们.才刚刚起步,还有许多研究待我们去努力实现,在此我们希望和大家共同在此领域发展,寻找出一条适合我国垃圾处理持续发展之路。