能量自给型城市生活垃圾堆肥系统

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1、泊星石 http:/ 能量自给型城市生活垃圾堆肥系统能量自给型城市生活垃圾堆肥系统 目前，我国垃圾的历年堆存量已达到 60 亿吨，全国 200 多座城市已陷入垃圾围城之中。1997 年，全国的垃圾产量达到了 1.4 亿吨，而且还在以每年 8-10%的速度增长。在国内的一些大城市，如北京、上海，垃圾日产量已超过 12000 吨。1998 年夏，上海市的城市生活垃圾日产量曾达到 14000 吨。两地占地 50 平方米以上的“垃圾山”超过 6000 座。迄今为止，我国绝大多数城市生活垃圾仍以露天堆放、填埋为主，不仅占用了宝贵的土地资源，而且对环境造成了严重的二次污染。能否妥善解决垃圾问题，是关系到国

2、计民生的一件大事。 根据垃圾是资源， 资源要利用这一原则， 在长期的垃圾堆肥及垃圾能源利用的研究和技术开发基础上，提出了能量自给型城市生活垃圾堆肥系统，即：可用物资（废纸、金属、玻璃等）的回收再生利用；易腐有机物的堆肥处理；高热值不易腐有机物的能量利用；灰渣的固化处理，实现灰渣的材料化。该系统一方面可以大大利用垃圾中易腐有机物，降低垃圾复合有机肥的生产成本，另一方面由于选取较小的发电装机容量还可以使系统的建设成本大大降低，避免垃圾发电上网问题。该系统适合国情，拥有广阔的市场前景，由此产生的社会和经济效益都将是相当可观的。 1.前言前言 目前，我国垃圾的历年堆存量已达到 60 亿吨，全国 200

3、 多座城市已陷入垃圾围城之中。1997 年，全国的垃圾产量达到了 1.4 亿吨，而且还在以每年 810%的速度增长。在国内的一些大城市，如北京、上海，垃圾日产量已超过 12000 吨。1998 年夏，上海市的城市生活垃圾日产量曾达到 14000 吨。两地占地 50 平方米以上的“垃圾山”超过 6000 座。迄今为止，我国绝大多数城市生活垃圾仍以露天堆放、填埋为主，不仅占用了宝贵的土地资源，而且对环境造成了严重的二次污染。能否妥善解决垃圾问题，是关系到国计民生的一件大事。 2.垃圾处理技术概述垃圾处理技术概述 解决垃圾问题的目标是将垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理。目前主要有三种方法：

4、卫生填埋、堆肥及焚烧处理。以下对这几种技术作一简单比较。 1）填埋技术 填埋技术的特点是操作简单，可以处理所有种类的垃圾。但占地面积大，同时存在严重的二次污染，例如垃圾渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应。近年来有的城市已经认识到这一问题，建立了一批具有较高水平的卫生填埋厂，较好地解决了二次污染问题，但建设投资大，运行费用（包括规范的填埋、渗出液处理及甲烷收集利用等）高。最关键的是填埋厂处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新的填埋场，进一步占用土地资源。以北京为例，如果采用现在的技术

5、，将北京市 12000 吨/日的垃圾进行卫生填埋处理，单是建设投资就高达 7.2 亿元人民币（不含征地费用），而且填埋场的寿命也只有 12 年。基于以上原因，国外从 80 年代以来，卫生填埋设施有逐渐减少的趋势，成为其它处理工艺的辅助方法，用来处理不能再利用的物质。 目前在广东省填埋仍是最主要的垃圾处理方式，如广州 1998 年 日产垃圾 4800 吨，完全采用卫生填埋方式处理，两大垃圾填埋场占地 740 亩（李坑 370 亩，大田山 380 亩），设计处理能力为 3500 吨1泊星石 http:/ /日（李坑 1500 吨/日，设计填埋厚度 52 米，实际已达 62 米；大田山 2000 吨

6、/日，设计填埋厚度 70米），而实际处理量在 5000 吨/日左右，在近两年内都将填满，有关部门正在计划建设新的垃圾填埋场，新的垃圾填埋场预计占地近 1200 亩，但远离市区，运输距离将超过 40km；中山市投入巨资兴建的具有国内先进水平的垃圾卫生填埋场目前尚能消纳每天 1000 余吨的城市生活垃圾， 但其运行费用高达 300 万元/年（不包括垃圾收集、清运费用），而且只剩大约 7 年的服务期；另外，有些城市如江门，正准备投资上亿元建设现代化的垃圾卫生填埋场。 2）焚烧技术 对垃圾进行焚烧处理减容、减量及无害化都很高，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化，是一种较好的垃圾处理方法。但

7、对焚烧条件控制不当会存在烟气污染问题，且设备投资巨大。国外目前通过改进焚烧系统工艺及强化尾气处理等手段已经较好地解决了尾气污染问题，但投资也相应增加。如果引进国外技术进行垃圾焚烧发电，每处理 100 吨/日垃圾的建设成本接近 1 亿元人民币，我国的地方财政难以承受。而吸收国外先进经验，开发自己的垃圾焚烧发电系统，投资可以大大降低，仅为完全引进的五分之一左右，比较适合国情。但即便如此，单纯依靠垃圾焚烧来解决问题的投资也还是相当巨大的。以广州市为例，目前日产垃圾 4800 吨，如果采用基本国产焚烧发电技术和设备，其投资依然高达近 10 亿元人民币，而且垃圾产量正逐年以 8%左右的速度增长，意味着每

8、年新增垃圾焚烧发电建设费用 8000 万元，如果再加上从收集、清运到焚烧发电装置的运行费用，地方财政势必会不堪重负。 另一方面，垃圾焚烧发电的经济性也值得进一步探讨。同常规燃煤发电相比，垃圾焚烧电厂的发电装机容量都很小，而且由于腐蚀问题，目前垃圾焚烧发电的效率一般不超过 15%，远低于燃煤发电的水平。另一方面，我国的垃圾热值远低于发达国家，低位热值通常在 4000kJ/kg 左右，而美国、日本等国垃圾热值可达 10000kJ/kg 以上，因此我国相同重量的垃圾发电量尚不能达到发达国家的一半。如果垃圾热值为 5000kJ/kg，按 15%的发电效率计算，每 100 吨/日垃圾处理量配套的装机容量

9、不超过 1000kW， 1000 吨/日处理量的垃圾电厂实际发电量不超过 9000kW， 与燃煤电厂相比这个规模实在是太小了， 势必会导致运行成本的大幅度提高。电价无法同火电竞争，如果不依靠政府的财政补贴，垃圾电厂将不能维持运行，当然也就谈不上产生多少经济效益了。 表 1 北美生活垃圾组成 组分 重量（%） 热值（MJ/kg） 纸及纸制品 37.8 17.5 塑料 4.6 33.5 橡胶及皮革 2.2 23.5 纤维 3.3 32.5 木 3 20 厨余 14.2 15.1 庭院废弃物 14.6 17 玻璃及陶瓷 9 0 金属 8.2 0 其他 3.1 0 2泊星石 http:/ *：平均含水

10、量 25%；平均无机物含量约 20%；有机物灰份 5% 来源：http:/www.iclei.org/efacts/enrgywst.htm 表 2 广东省内的垃圾电厂 城市 处理量(tons/day) 装机容量(kW ) 备注 3150 3000 运行中 深圳 3100 6000 建设中 珠海 3200 6000 建设中 900 14000 立项 广州 2000 立项 惠州 5100 12000 建设中 为降低建设成本，省内许多地方已相继建设了一些小型的垃圾焚烧装置。如东莞市厚街镇目前已投资2000 万元，建成了 400 吨/日规模的固体废物焚烧装置。其共同的特点是单台炉的处理能力较小，一般

11、在 50 吨/日左右，而且无能量回收装置，处理成本（不含收集、运输费用）通常在 50 元/吨左右，有的甚至超过 100 元/吨。这些装置在一定程度上解决了当地的垃圾问题，但长远来看，由于其垃圾炉的结构设计不合理（基本都是由卧式燃煤锅炉简单改造而成），没有充分考虑垃圾与煤在性质上的巨大差异，因此尾气排放中必然含有大量的污染物。另外，直接照搬燃煤锅炉的炉排，导致维护工作量巨大，年运转负荷率较低。 3）堆肥技术 堆肥技术的工艺也比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，对垃圾中的部分组分进行资源利用，且处理相同质量的垃圾投资比单纯的焚烧处理大大降低。堆肥技术在欧美国家起步较早，目前已经达到工业化

12、应用的水平。但引进国外技术投资巨大，不适合我国国情。针对这一情况，我国一些研究单位和企业已经开始了这方面的工作，并取得了一定的成绩。 发达国家由于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国的一般水平， 因此靠堆肥只能处理 15% （表1）左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了堆肥技术的推广。但就广东省的具体情况来看，生活垃圾中的易腐有机质（主要是厨余）含量都在 50%左右，因此采用堆肥技术可以达到比较好的处理效果。 但堆肥技术也存在明显的缺点：不能处理不可腐烂的有机物和无机物，因此减容、减量及无害化程度低。因此仅仅依靠堆肥处理仍然不能彻底解决垃圾问题。 目前在广东省的一些地方，简单的垃圾“堆肥”已经

13、在一些填埋场应用，并产生了一定的效益。但是这与我们所讲的垃圾堆肥技术相去甚远，因为在这些地方仅仅是将生活垃圾填埋，靠自然发酵，若干年后再挖掘出来，筛去其中的塑料等不腐烂的物质后就当作肥料出售。实际上用这种肥料种植果树、蔬菜及粮食是危险的，原因是由于垃圾中不易腐有机组分（纸、塑料、布、橡胶等）的重金属（Pb,Cd,Hg 等）含量很高， 占垃圾中重金属总量的 85%以上， 如果这类物质与易腐有机物长期共同埋于地下， 加上雨水的作用，重金属必然会渗入最终的有机肥产品中，用这种肥种出来的食品重金属的含量必然超标，危害人体健康。3泊星石 http:/ 因此，堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易

14、腐有机组分进行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准，真正实现无害化和资源化。 4）其他技术 卫生填埋自然发酵沼气收集燃气发电。该技术已于 1998 年 10 月在杭州天子岭废弃物处理总场建成投产，外方总投资 350 万美元（不含征地费用），装机容量 1940kW，平均功率 1800kW，发电并入华东电网，已产生了一定的经济效益。该工艺的优点是对垃圾进行了部分资源化利用，并减少了填埋场温室气体的排放，减少了填埋场的火灾隐患。但该工艺也存在明显的缺点： 由于只对填埋气体进行资源化利用，因此资源化利用程度低； 对填埋工艺要求（如防水、覆土、压实）高； 需封场或部分封场进行

15、抽气，所需垃圾的填埋量在 100 万立方米以上，因此只适合于大型或超大型的卫生填埋场； 对正在填埋中的工作面产生的沼气无法利用； 同垃圾焚烧发电工艺一样，也需要政府政策上的优惠（合理的收购电费，减免税收）及财政补助，以维持正常的运行及保证合理的投资回报率。 3.广东省垃圾情况概述广东省垃圾情况概述 1997 年，广东省的城市生活垃圾的产量达到 740 万吨，基本上呈逐年上升的趋势。以广州市为例，城市生活垃圾的产量从 1990 年的 105 万吨增加到 1996 年的 176 万吨，平均年增长率超过 10%，不过近两年来广州市的城市生活垃圾产量增加的速度已明显减慢。然而在广东省的一些城市，生活垃

16、圾增长的势头依然强劲。 广东省是我国经济较为发达的省份。随着经济的发展及人民生活水平的提高，近年来垃圾组成及性质已发生了明显的变化。总的来说广东省的城市生活垃圾有以下几个特点： （1）从垃圾组成来看，无机物含量较低，塑料、废纸及厨余的比例较高。 表 3 是广东省几个城市的垃圾组成分析结果。 由于广东省民用燃料气化率很高 （基本达到 90%以上） ，因此在生活垃圾中无机物（不含玻璃、金属）的含量比国内许多城市要低（重庆 31.6%，石家庄 38.5%，大连 26.3%，太原 36%，一些燃煤为主的城市无机物的含量甚至达到 70-80%以上），而废纸、塑料含量高（重庆 17.0%，石家庄 7.9%，大连 8.4%，太原 6.1%）。 表 3 广东省城市生活垃圾的组成分析* 砂土 玻璃 金属 纸 塑料 橡胶 布 草木 厨余 白塑料 皮制品 广州 14.92 4.39 0.55 5.63 1