常燕青 辛 然 張進鋒 吳海鎖

(1.維爾利環(huán)?？萍技瘓F股份有限公司，江蘇 常州 213125; 2.常州金源機械設(shè)備有限公司，江蘇 常州 213126;3.江蘇省固體廢棄物處理環(huán)保裝備工程技術(shù)研究中心，江蘇 常州 213126;4.江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司，江蘇 南京 210036)

隨著加快生態(tài)文明建設(shè)，新的固廢法實施和生活垃圾分類工作試點推進，我國垃圾處理目標(biāo)是減量化、資源化和無害化、生態(tài)化、智能化，全社會已進入了強制垃圾分類處理時代，如何更好地借鑒德國等發(fā)達國家的分類垃圾終端處理新技術(shù)經(jīng)驗，快速提升我國城市垃圾終端處置水平也提上了日程。

我國的垃圾產(chǎn)量逐年增長，據(jù)生態(tài)環(huán)境部統(tǒng)計，到2020年年底，全國196個大、中城市生活垃圾產(chǎn)生量23 560.2萬t[1]。按照目前每年8%～10%的增長速度，10年后我國的 固廢年產(chǎn)量預(yù)計將是現(xiàn)在的8倍,其中廚余垃圾量將達到40%，在城市生活垃圾中占比較大，廚余垃圾的處理已經(jīng)成為環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)重要的工作。

1 概述

廚余垃圾是居民在日常生活中所產(chǎn)生的廢棄物，在生活垃圾中占1/3以上，主要為可降解的食物殘渣和食物加工廢棄物等，極易變質(zhì)、發(fā)酵、腐爛，散發(fā)大量的毒素和惡臭氣體,很容易對水體和大氣及生活環(huán)境造成污染,如處理不及時, 會嚴重影響城市美觀和環(huán)境衛(wèi)生,并且傳播疾病,對日常生活和環(huán)境的健康產(chǎn)生危害。廚余垃圾的特點是含有機質(zhì)高，對環(huán)境污染嚴重，處理難度大。

我國廚余垃圾的傳統(tǒng)處理方式主要是填埋、焚燒等，隨著不斷地探索研究，好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、淋濾水解等新技術(shù)目前已經(jīng)逐步得到了應(yīng)用。為了達到資源化利用和無害化處理廚余垃圾的目的，2017年發(fā)改委、住建部頒布《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃(2016—2020)》對廚余垃圾處理列入循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展專業(yè)項目[2，3]。特別是垃圾分類試點以來和未來普及垃圾分類，廚余垃圾的處理技術(shù)工藝路線的選擇和設(shè)施建設(shè)，直接關(guān)系到城市垃圾處理達標(biāo)程度和人民不斷對美好生活的追求的愿望的質(zhì)量。本文著重介紹MBT和MYT技術(shù)工藝特點。

2 工藝技術(shù)方法

目前主要發(fā)展的廚余垃圾資源化處理技術(shù)有兩項:一是垃圾的機械—生物處理技術(shù)(Mechanical Biological Treatment)，是由機械預(yù)處理技術(shù)+生物處理(堆肥或生物干化或厭氧)技術(shù)組成的主要處理方法，簡稱MBT。二是最大能量化技術(shù)(Maximum Yield Technology)，也稱淋濾水解生態(tài)處理技術(shù)，是將機械分選預(yù)處理與淋濾水解處理和生物處理技術(shù)相結(jié)合的生活垃圾處理技術(shù)，簡稱MYT。

2.1 MBT技術(shù)工藝方法

MBT技術(shù)是由機械生物處理技術(shù)+堆肥技術(shù)組成的主要處理方法，二十多年前在德國開始應(yīng)用，技術(shù)成熟度很高。第一代是以隧道式生物處理為主流技術(shù)，有機垃圾量減少約20%～30%，剩余的垃圾雜質(zhì)作填埋處理。德國目前使用的第二代處理技術(shù)中包含分揀系統(tǒng)，經(jīng)過處理后的垃圾僅剩原垃圾量的25%～50%[4]。

MBT技術(shù)結(jié)合了機械和生物過程，機械過程為機械破碎、篩分、風(fēng)選、磁選等設(shè)備的運用。在機械過程主要是把垃圾中塑料、金屬、玻璃等等可回收物質(zhì)分離回收利用[5]。生物處理部分主要包括好氧處理、厭氧消化降解兩種技術(shù)，成熟且應(yīng)用廣泛的是好氧處理技術(shù)。近年來新開發(fā)的厭氧消化降解技術(shù)是好氧處理的補充，較少單獨運用[6]， 與好氧技術(shù)相比，厭氧技術(shù)是一個產(chǎn)能的過程，因為其更容易實現(xiàn)工藝過程的密封而易于控制臭氣，因此厭氧技術(shù)的應(yīng)用也隨著時間越來越為廣泛[7]。 MBT技術(shù)可用于處理未經(jīng)任何預(yù)處理的原始城市生活垃圾，既可以作為單項的垃圾處理技術(shù)，也可以作為填埋、焚燒和資源化回收等方式的預(yù)處理技術(shù)。根據(jù)項目要求和選址，分選精細度要求等會有所區(qū)別，可根據(jù)地區(qū)的不同選擇不同的工藝組合。幾種典型的MBT處理技術(shù)如圖1～圖4所示。

MBT技術(shù)可增加資源的回收率，如高效回收原始垃圾中的塑料、金屬、玻璃和紙制品等材料進行循環(huán)利用;降低垃圾中可利用有機物的含量，增加填埋處理垃圾的生物穩(wěn)定性，同時降低了甲烷等溫室氣體的排放量和滲濾液的污染;產(chǎn)生并回收沼氣進行資源化利用，制作高品位的固體燃料(Refuse Derived Fuel，RDF)等[8]。

MBT工藝的優(yōu)勢：

1)減量化：通過對生活垃圾進行機械生物堆肥(或干化)處理，可將生活垃圾含水率降低至30%～50%，通過全自動分選技術(shù)，去除了沙石，有色金屬，鐵之類惰性的物質(zhì)，垃圾減量化可達約1/2以上。

2)無害化：用全自動分選技術(shù)，去除垃圾中PVC等含氯廢料以及重金屬，直接從源頭上遏制二噁英等有毒物質(zhì)的生成。大幅度降低滲濾液產(chǎn)生量，將高濃度有機廢水轉(zhuǎn)化為低濃度廢水并進行全面回用，實現(xiàn)廢水近零排放。

3)資源化：對生活垃圾的可回收物再生利用率達98%，變廢為寶。把可回收利用的金屬與塑料等可再生物質(zhì)進行回收利用，而垃圾最終制成供發(fā)電的RDF綠色燃料，其熱值最高可達4 000大卡/kg，與褐煤相當(dāng)，而且與直接燃燒煤炭相比，二氧化碳的排放量可以減少70%，是一種名實相符的綠色燃料，經(jīng)發(fā)電后剩余的灰渣等惰性物質(zhì)仍可作為再生建材利用。

2.2 MYT技術(shù)工藝方法

MYT工藝是20世紀(jì)末德國發(fā)展的機械生物處理技術(shù)，主要依據(jù)新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和民眾更高的環(huán)境、健康要求，是一種生態(tài)的能源化處理技術(shù)。由于德國2001年新的填埋法規(guī)要求進入填埋場的垃圾有機物不能超過 5%，而當(dāng)?shù)厝擞植辉敢膺M行焚燒處理，德國維爾利環(huán)境公司(WEHRLE Umwelt GmbH)和當(dāng)?shù)乩鞴軝C構(gòu)ZAK 一起發(fā)展了 MYT 技術(shù)，其工藝原理是不論生活垃圾分不分類，或者分類程度如何均視為有機物和可燃物的混合物，通過淋濾水解技術(shù)，將易生物降解的有機質(zhì)水解酸化為液態(tài)后擠壓、脫水與可燃物料分離，并通過厭氧消化處理，處理產(chǎn)生的生物能源沼氣可以再利用，分離的固態(tài)組分的含水率約為40%，低位熱值約為 6 688 kJ/kg～8 360 kJ/kg的高熱值物料[3]，在經(jīng)過生物干化技術(shù)處理將含水率降低到約為10%后，熱值可達12 540 kJ/kg～16 720 kJ/kg，成為適合發(fā)電廠、水泥窯等工業(yè)窯爐使用的RDF燃料[9]。 典型的MYT處理技術(shù)如圖5，圖6所示。

MYT工藝的工藝優(yōu)勢：

1)減量化：由于垃圾中所包含的不可降解或者難以降解的物質(zhì)在經(jīng)過淋濾反應(yīng)后便經(jīng)由擠壓脫水分離，不會進入?yún)捬醴磻?yīng)系統(tǒng)中，使厭氧發(fā)酵過程非常穩(wěn)定。只有高濃度液體參與厭氧反應(yīng)，沼渣和污泥殘余很少，與傳統(tǒng)的厭氧反應(yīng)相比，發(fā)酵時間短且產(chǎn)氣效率高，并不會有處理大量沼渣污泥的產(chǎn)生，減少了投資成本。

2)無害化：由于淋濾生物水解作用除去了垃圾中含鹽氯離子和生物干化后經(jīng)再分選處理去除PVC塑料所包含的氯離子，減少了后續(xù)處理中的酸性和二噁英等有害氣體，預(yù)處理設(shè)備密封和密封淋濾水解反應(yīng)器，整體流程易于全封閉進行，減少了對環(huán)境的污染。淋濾水解工藝同時穩(wěn)定物料屬性，減少污水排放，減少污泥產(chǎn)生，保護生態(tài)環(huán)境。

3)資源化：將垃圾轉(zhuǎn)化為水、沼氣、篩上物、高固含量和高熱值固體四個部分，最大化的利用資源和能源。四種產(chǎn)物都方便處理和利用，有機質(zhì)脫水效果好，在有焚燒處理設(shè)施情況下，由于平均低位熱值達到10 000 kJ/kg左右，最直接高效的方式是篩上物和固相渣全部焚燒發(fā)電利用[9]。

3 結(jié)果與討論

3.1 MBT與MYT技術(shù)比較討論

3.1.1機械分選必要性

經(jīng)典的MYT處理技術(shù)在前端的機械預(yù)分選部分采用了機械簡單預(yù)處理，運行的效果非常穩(wěn)定。該技術(shù)的前端分選主要采取的方式是用破袋滾筒篩將物料分選為篩上物和篩下物兩部分。篩上物經(jīng)過磁選和手選，將金屬物質(zhì)進行回收，惰性物填埋處理，而可燃物(RDF)則送焚燒廠。篩下物則經(jīng)過重物質(zhì)磁選和分選處理后，再送淋濾反應(yīng)器繼續(xù)生物水解處理，此工藝步驟可將不宜進行生物水解的塑料，織物，金屬等干擾物選出[3]。因此對后續(xù)工藝機器的機械力度要求低，對機器的損傷較低，可以提高機器使用壽命。

MBT技術(shù)分前端的機械預(yù)分選部分+好氧堆肥(干化)的傳統(tǒng)工藝模式，也有很多先發(fā)酵+機械后分選的工藝模式，采用機械破碎處理，主要使用破碎機將不易于直接干化的大塊物質(zhì)破碎分解到一定粒徑之下，然后直接將物料送去干化倉進行干化處理，不僅干化時間長，脫水效率低，而將后續(xù)精細的機械分選則放置在了干化處理之后，由于并未將惰性物質(zhì)篩選出來，則對后續(xù)機械力度要求較高，同時容易造成后續(xù)機械的磨損。

3.1.2環(huán)境友好度

MBT技術(shù)與MYT技術(shù)都具有較好的環(huán)境友好度。兩種技術(shù)均屬于常溫下的生物處理技術(shù)，尤其MYT適宜于含水量高的廚余垃圾，生活垃圾等。該技術(shù)不存在二噁英問題，使得污染控制更容易，處理效果更具有生態(tài)、環(huán)境友好度[10]。

1)進料車間采用自動密封門密閉，有效地阻止了處理車間臭氣的外溢；所有設(shè)備都完全密封設(shè)計，使用通風(fēng)設(shè)備和通風(fēng)管道從車間和機械設(shè)備內(nèi)部抽氣，維護整個系統(tǒng)的負壓運行狀態(tài)，抽出的氣體可通過生物濾池等方式進行再處理，這樣可使廠區(qū)范圍內(nèi)嗅覺環(huán)境非常良好。同MBT工藝相比，MYT技術(shù)由于進行了生物水解，使得垃圾中氯離子含量降低，臭氣產(chǎn)生量較小，臭氣處理所需能耗降低很多，更容易進行臭氣的處理。

2)與焚燒等技術(shù)相比，MBT與MYT技術(shù)具有以下特點：a.垃圾無需分類收集，大大降低了垃圾的管理成本。b.由于其對環(huán)境的高標(biāo)準(zhǔn)，高要求，也不存在處理后產(chǎn)生二噁英污染等問題，因此，在離居民較近的地方也可以建設(shè)垃圾處理廠。c.在處理過程中可結(jié)合厭氧消化技術(shù)，將有機物轉(zhuǎn)換成沼氣，這部分沼氣可經(jīng)過處理后用于發(fā)電等。d.最終的成品可燃質(zhì)部分制成RDF替代燃料，實現(xiàn)垃圾所含能源的最大化利用。

3.1.3經(jīng)濟效益與資源化利用

MBT與MYT技術(shù)均具有投資成本低和較高的經(jīng)濟收益的優(yōu)點，都是目前成熟的生活垃圾處理工藝技術(shù)，兩者比較：

1)占地面積與處理周期比較。

MBT與MYT工藝技術(shù)所需的廠區(qū)占地面積均小于垃圾填埋場，都具有選址容易，土地占用率低，前期投資成本低的優(yōu)點。

同MYT技術(shù)相比，MBT技術(shù)在前端分選后直接進入干化倉進行干化，此做法未經(jīng)過淋濾水解，有機物的含水率無法控制，在垃圾含水率較高的地區(qū)會產(chǎn)生好氧發(fā)酵無法充分進行的問題，產(chǎn)生大量臭氣，且易降解物質(zhì)與不易降解物質(zhì)均存在于垃圾之中，惰性物質(zhì)和含氯物質(zhì)較多，因此不易干化，所需要的干化時間比MYT工藝長。因此運營成本也比MYT高。

2)次生污染風(fēng)險比較。

同MYT技術(shù)相比，MBT技術(shù)雖然也可進行滲濾液與臭氣的收集，但是由于未經(jīng)生物淋濾水解過程，所以在堆肥或干化過程后周期長，產(chǎn)生臭氣量多，所需要的后期成本較高。

3)RDF產(chǎn)品比較。

兩者在經(jīng)過生物處理后的殘渣(RDF)基本實現(xiàn)了穩(wěn)定化，污染風(fēng)險較小。而MYT技術(shù)由于經(jīng)過了生物淋濾水解過程，所以反應(yīng)更加完全，RDF產(chǎn)品的穩(wěn)定性更高。無論是直接用作焚燒發(fā)電還是后期販賣工業(yè)窯爐應(yīng)用均可以產(chǎn)生較高的經(jīng)濟收益。

4)資源化效果比較。

同MBT技術(shù)相比，使用MYT技術(shù)在處理過程中還會獲得沼氣用于發(fā)電或供熱，而由于生物淋濾水解反應(yīng)將原生垃圾中所包含的氯離子和后分選處理惰性物質(zhì)基本去除的更加完全，將水解后的物質(zhì)進行好氧處理更加簡單，耗時短，穩(wěn)定性好，因此RDF產(chǎn)物品質(zhì)更高，資源化效果更好。

3.1.4MBT和MYT技術(shù)與其他處理方式相比討論

與傳統(tǒng)的垃圾填埋和焚燒處理方式相比，MBT和MYT技術(shù)兩者均是生態(tài)和環(huán)境友好的城鄉(xiāng)垃圾處理主流技術(shù)工藝，確保生活垃圾處理設(shè)施的達標(biāo)運行，杜絕二次污染方面具有明顯優(yōu)勢，不僅可適應(yīng)混合城鄉(xiāng)垃圾處理，同時更適應(yīng)分類垃圾的處理，在實現(xiàn)垃圾資源化和無害化的同時，也可以實現(xiàn)能源最大化利用[3]。兩項技術(shù)可以代替垃圾填埋處理技術(shù)，其推廣應(yīng)用也是目前解決城鄉(xiāng)生活垃圾處理領(lǐng)域面臨難題的有效工作途徑。

3.2 結(jié)果

綜合上述MBT和MYT的不同技術(shù)流程和工藝特點分析研究，提出了不同形式的工藝組合可以適用于我國不同地區(qū)的生活垃圾(廚余)處理方法建議。由于中國地域廣闊，氣候和居民生活習(xí)慣差異很大，南方多雨含有機物和水分高，沿海地區(qū)海鮮剩余物多和水分高，北方干燥溫差大，生活垃圾有機物和含水率較南方低，中西部地區(qū)干旱，生活垃圾中無機物占比高，含水率更低，因此在工藝選擇上根據(jù)當(dāng)?shù)厣罾M分、環(huán)境和經(jīng)濟條件優(yōu)勢，要因地制宜綜合選擇工藝方法。

4 結(jié)語

通過上述對城市生活垃圾處理的幾種典型機械生物處理工藝方法論述，對MBT和MYT工藝方法的優(yōu)缺點及不同適應(yīng)場景進行了分析研究得出結(jié)論，MBT或MYT工藝方法的不同工藝組合和選擇，可以適應(yīng)我國不同城市區(qū)域的垃圾處理，MBT技術(shù)目前較為成熟，在國外有較高的使用率。MYT技術(shù)增加了淋濾生物水解技術(shù)，生活垃圾中可回收材料的分類回收利用率和生物穩(wěn)定性就可以有效提高、垃圾的最終處置量可以顯著減少、在更大提高垃圾熱值的同時減少溫室氣體排放量，對碳峰值和碳中和有貢獻性，MYT技術(shù)比其他技術(shù)更具有技術(shù)先進性和適應(yīng)性，無論大型城市分類收集的廚余垃圾，高有機物高含水率或目前大多城市混合收集的生活垃圾處理都能達到處理標(biāo)準(zhǔn)，具有更大適合度和環(huán)境友好性及經(jīng)濟性。