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1國內外厭氧消化技術研究進展
厭氧消化技術處理有機垃圾，是指生活垃圾中的有機物質在特定的厭氧條件下，微生物將有機物進行分解產生潔凈能源——沼氣，同時沼液及沼渣可用來生產有機堆肥，具有工藝穩定、環境效率高及可持續發展等特點。根據不同的評價指標，厭氧消化有很多不同的方法。在實際應用中，通常根據待處理廢物中有機固體含水率大小分為干法和濕法2大類。
干法發酵要求垃圾的含固率一般為24%～40%[1]，基本上保持了經分選預處理后的生活垃圾的原始狀態，因此對進料的預處理要求比濕法簡單，一般不需要再給垃圾加水，所以干法發酵產生的廢水量很少，廢水處理所需費用較少。但干法為了滿足廢物高黏度需求，所需設備往往比濕法昂貴。
濕法發酵垃圾的含固率一般10%~15%，需要往垃圾中加大量的水，所產生的廢水比較多。由于濕法中的漿液處于完全混合的狀態，因此更容易受到氨氮、鹽分等物質的抑制[2]。
我國城市生活垃圾經分選后，需處理的垃圾中含有30%以上的干物質成分，因而更適于采用干法發酵工藝，而餐廚垃圾含水率較高，一般可達85%以上，故適于采用濕法發酵工藝。
厭氧消化技術在國外應用已相當廣泛，截至目前，已有大約117個垃圾處理廠采用厭氧消化工藝，其中90個已運行，27個在建，這些廠的處理能力都在2500t/a以上。主要分布在澳大利亞、丹麥、德國等，采用此工藝的公司主要有澳大利亞的Entech公司、德國的BAT公司、瑞士的Kompo gas公司、丹麥的Kruger公司等[3]。歐洲固體垃圾厭氧處理的總量在2000年已經達到100萬t/a，占處理總量的1/4[4]，且有逐年增加的趨勢。
目前國內正在建設的北京市董村分類垃圾綜合處理廠（650t/d）和上海市普陀區生活垃圾處理廠（800t/d）主要工藝采用厭氧消化技術。
2北京市生活垃圾產生量及成分變化
2008年北京市年產生生活垃圾673萬t，并以每年7%～8%的速度增長。2004~2008年北京市生活垃圾產生量見表1。
表1 2004~2008年北京市生活垃圾產生量
生活垃圾組成也發生著較大的變化，主要表現有機物含量增加、無機組分下降、可回收物含量增加、垃圾熱值增加等，見表2[5]。2008年廚余垃圾已達到66.2%，灰土含量由1989年的52.2%下降到2008年的3.5%，垃圾中可回收物由1989年的14.2%上升到2008年的26.6%。其中塑料廢物的含量變化最大，1989年垃圾中的塑料廢物為1.88%，2008年上升為13.1%。塑料廢物主要成分是商品包裝物。2008年垃圾低位熱值已達到5083kJ/kg。
表2北京市垃圾成分變化
目前這種高有機物含量的生活垃圾處理難度加大，如直接進行填埋，具體表現在：①占用大量寶貴土地；②產生大量滲瀝液，對地下水造成潛在污染威脅，同時增加滲瀝液收集、處理成本；③產生大量溫室氣體，增加沼氣收集、處理成本；④產生惡臭氣體，污染周圍環境。如直接進行焚燒，具體表現在：①垃圾熱值低，焚燒工況不易控制；②垃圾發電效率低，焚燒成本高。如直接進行堆肥，具體表現在：①發酵周期較長，占用土地多；②堆肥過程臭氣控制難度大；③由于堆肥原料是混合垃圾，堆肥產品質量難以保證。
3北京市生活垃圾厭氧消化技術潛力分析
3.1居住小區的廚余垃圾
北京市2002年開始實行垃圾分類，截至2007年底已有2255個小區、大廈實行垃圾分類，垃圾分類人口覆蓋率已達到52％。目前北京市居民區垃圾分成3類：廚余垃圾、可回收物、其他垃圾；其中廚余垃圾是進行厭氧消化的很好原料。以2008年為例，北京市生活垃圾產生量為673萬t，按廚余垃圾平均含量40％計，那么廚余垃圾量為269萬t，折合7370t/d，具有很高利用潛力。北京市目前已有、在建綜合處理廠處理能力只有2100t/d，見表3。僅與廚余垃圾產生量一項就相差甚遠，處理能力嚴重不足。2015年北京市規劃將新建綜合處理廠8座，處理能力達到8000t/d[6]。
表3北京市已有、在建生活垃圾綜合處理廠
北京市垃圾分類將以廚余垃圾分類為突破口，重點將廚余垃圾從其它垃圾中分離出來單獨處理，這就為厭氧消化技術的發展提供了廣闊空間。
3.2餐廚垃圾
與普通垃圾相比，餐廚垃圾具有含水率高、有機物含量高、油脂和鹽分含量高的特點，見表4。餐廚垃圾適合濕法厭氧消化技術。以剩菜和剩飯為主的垃圾進行高溫厭氧消化，調節適當的總固體含量和pH，產生沼氣量比較可觀，干垃圾產氣量達到155L/kg[7]。
表4餐廚垃圾的理化性質及成分
據初步調查統計，北京市目前餐廚垃圾產生量約1050t[8]，采用集中處理和分散（就地）處理相結合的方式。鼓勵和支持高新技術在餐廚垃圾處理中的研究和使用，積極推廣可實現資源化利用的、先進的技術和設備。北京市正在規劃建設中的餐廚垃圾集中處理廠有南宮、董村、六里屯、高安屯等，待全部建成后北京市餐廚垃圾總處理能力可達1200t/d，見表5。
表5北京市在建、規劃餐廚垃圾集中處理廠
3.3城市糞便
截至2008年底，北京市糞便處理廠共有13座，總處理能力5200t/d，主要采用固液分離和絮凝脫水工藝，污水排入市政管網。2008年糞便清運處理現狀見表6。目前只有3座處理廠將絮凝脫水殘渣進行好氧堆肥處理，其余處理廠糞渣暫時進行衛生填埋。另外只有1座處理廠絮凝出水實現厭氧生化沼氣利用技術。“十一五”期間北京市規劃新建糞便消納站9座，新增處理能力3400t/d[6]。目前利用厭氧消化技術處理畜禽糞便的研究應用較多，而應用于城市糞便處理方面研究較少，而且厭氧消化技術相對于固液分離處理方式投資和運行成本偏高，所以制約其發展。
表6 2008年北京市糞便清運處理現狀
3.4各種有機垃圾厭氧消化技術適用性
針對混合收集的城市生活垃圾，經分選預處理后的有機部分宜采用干法厭氧消化工藝；對于餐廚垃圾、糞便垃圾等高含水率的垃圾，宜采用濕法發酵工藝[9]，具有污染小，處理新鮮垃圾及時，資源化利用率高和產品適用性廣的特點[10]。另外可將生活垃圾、餐廚垃圾與糞便、污泥或高濃度有機廢水混合，提高其可發酵性。
4厭氧消化技術在垃圾處理領域應用
4.1環保效益
厭氧消化技術能夠最大限度實現垃圾的循環和再利用，在處理過程中避免有害有毒氣體和液體的排放。Kuler等報道，每噸城市固體有機垃圾用“分選+厭氧消化+填埋”方式處理比用“分選+堆肥+填埋”的方式處理產生的二氧化碳的量要少0.2t[11]。因此，運用厭氧消化技術處理城市生活垃圾可以獲得較好的環保效益。
4.2經濟效益
厭氧消化技術處理生活垃圾對垃圾中的有用物質及能量加以回收和利用，使其無用部分達到無害化、減量化，真正做到了物盡其用。在厭氧生物處理中，每噸有機垃圾產生100～150m3沼氣[11]。以北京市2008年的生活垃圾及餐廚垃圾量估算，可以獲得4.6億m3左右的沼氣，約8億kW?h的電，經濟效益相當可觀。另外，城市生活垃圾進行厭氧消化處理的殘留物無論是作肥料還是作飼料，都可取得較好的經濟效益。
4.3減少原生垃圾填埋量
以2008年為例，北京市生活垃圾產生量為673萬t，按廚余垃圾平均含量40％計，廚余垃圾量為269萬t，這部分垃圾如果直接進行填埋，每年占地約24hm2，浪費了寶貴的土地資源。如果這部分垃圾進行厭氧消化處理，每年可獲得沼氣4.6億m3，同時節約了土地。
5結論
目前厭氧消化技術在世界各地應用廣泛，而我國目前還缺乏應用于規模化的城市垃圾處理的實例。一方面我國還沒有健全垃圾分類制度，這給垃圾厭氧消化處理帶來了技術上的困難；另一方面對于厭氧消化技術在垃圾處理中的應用研究還落后于歐洲等西方國家。我國是人口大國也是能源需求大國，從垃圾中回收甲烷，作為資源再利用具有巨大的市場潛力和應用前景。雖然厭氧消化的投資成本比好氧堆肥高，一般高1.2~1.5倍[12]。
但考慮到厭氧消化技術良好的環境效益，與好氧堆肥相比占地少，大大減少了溫室氣體（CH4、CO2）和臭氣的排放，以及可觀的經濟效益，生物氣用來發電或供熱以及生產優質衛生的肥料，厭氧消化處理技術比其他有機垃圾處理方法更可行。因此，厭氧消化技術在生活垃圾處理工程中應用會越來越廣泛。
參考文獻
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