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1国内外厌氧消化技术研究进展
厌氧消化技术处理有机垃圾，是指生活垃圾中的有机物质在特定的厌氧条件下，微生物将有机物进行分解产生洁净能源——沼气，同时沼液及沼渣可用来生产有机堆肥，具有工艺稳定、环境效率高及可持续发展等特点。根据不同的评价指标，厌氧消化有很多不同的方法。在实际应用中，通常根据待处理废物中有机固体含水率大小分为干法和湿法2大类。
干法发酵要求垃圾的含固率一般为24%～40%[1]，基本上保持了经分选预处理后的生活垃圾的原始状态，因此对进料的预处理要求比湿法简单，一般不需要再给垃圾加水，所以干法发酵产生的废水量很少，废水处理所需费用较少。但干法为了满足废物高黏度需求，所需设备往往比湿法昂贵。
湿法发酵垃圾的含固率一般10%~15%，需要往垃圾中加大量的水，所产生的废水比较多。由于湿法中的浆液处于完全混合的状态，因此更容易受到氨氮、盐分等物质的抑制[2]。
我国城市生活垃圾经分选后，需处理的垃圾中含有30%以上的干物质成分，因而更适于采用干法发酵工艺，而餐厨垃圾含水率较高，一般可达85%以上，故适于采用湿法发酵工艺。
厌氧消化技术在国外应用已相当广泛，截至目前，已有大约117个垃圾处理厂采用厌氧消化工艺，其中90个已运行，27个在建，这些厂的处理能力都在2500t/a以上。主要分布在澳大利亚、丹麦、德国等，采用此工艺的公司主要有澳大利亚的Entech公司、德国的BAT公司、瑞士的Kompo gas公司、丹麦的Kruger公司等[3]。欧洲固体垃圾厌氧处理的总量在2000年已经达到100万t/a，占处理总量的1/4[4]，且有逐年增加的趋势。
目前国内正在建设的北京市董村分类垃圾综合处理厂（650t/d）和上海市普陀区生活垃圾处理厂（800t/d）主要工艺采用厌氧消化技术。
2北京市生活垃圾产生量及成分变化
2008年北京市年产生生活垃圾673万t，并以每年7%～8%的速度增长。2004~2008年北京市生活垃圾产生量见表1。
表1 2004~2008年北京市生活垃圾产生量
生活垃圾组成也发生着较大的变化，主要表现有机物含量增加、无机组分下降、可回收物含量增加、垃圾热值增加等，见表2[5]。2008年厨余垃圾已达到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%。其中塑料废物的含量变化最大，1989年垃圾中的塑料废物为1.88%，2008年上升为13.1%。塑料废物主要成分是商品包装物。2008年垃圾低位热值已达到5083kJ/kg。
表2北京市垃圾成分变化
目前这种高有机物含量的生活垃圾处理难度加大，如直接进行填埋，具体表现在：①占用大量宝贵土地；②产生大量渗沥液，对地下水造成潜在污染威胁，同时增加渗沥液收集、处理成本；③产生大量温室气体，增加沼气收集、处理成本；④产生恶臭气体，污染周围环境。如直接进行焚烧，具体表现在：①垃圾热值低，焚烧工况不易控制；②垃圾发电效率低，焚烧成本高。如直接进行堆肥，具体表现在：①发酵周期较长，占用土地多；②堆肥过程臭气控制难度大；③由于堆肥原料是混合垃圾，堆肥产品质量难以保证。
3北京市生活垃圾厌氧消化技术潜力分析
3.1居住小区的厨余垃圾
北京市2002年开始实行垃圾分类，截至2007年底已有2255个小区、大厦实行垃圾分类，垃圾分类人口覆盖率已达到52％。目前北京市居民区垃圾分成3类：厨余垃圾、可回收物、其他垃圾；其中厨余垃圾是进行厌氧消化的很好原料。以2008年为例，北京市生活垃圾产生量为673万t，按厨余垃圾平均含量40％计，那么厨余垃圾量为269万t，折合7370t/d，具有很高利用潜力。北京市目前已有、在建综合处理厂处理能力只有2100t/d，见表3。仅与厨余垃圾产生量一项就相差甚远，处理能力严重不足。2015年北京市规划将新建综合处理厂8座，处理能力达到8000t/d[6]。
表3北京市已有、在建生活垃圾综合处理厂
北京市垃圾分类将以厨余垃圾分类为突破口，重点将厨余垃圾从其它垃圾中分离出来单独处理，这就为厌氧消化技术的发展提供了广阔空间。
3.2餐厨垃圾
与普通垃圾相比，餐厨垃圾具有含水率高、有机物含量高、油脂和盐分含量高的特点，见表4。餐厨垃圾适合湿法厌氧消化技术。以剩菜和剩饭为主的垃圾进行高温厌氧消化，调节适当的总固体含量和pH，产生沼气量比较可观，干垃圾产气量达到155L/kg[7]。
表4餐厨垃圾的理化性质及成分
据初步调查统计，北京市目前餐厨垃圾产生量约1050t[8]，采用集中处理和分散（就地）处理相结合的方式。鼓励和支持高新技术在餐厨垃圾处理中的研究和使用，积极推广可实现资源化利用的、先进的技术和设备。北京市正在规划建设中的餐厨垃圾集中处理厂有南宫、董村、六里屯、高安屯等，待全部建成后北京市餐厨垃圾总处理能力可达1200t/d，见表5。
表5北京市在建、规划餐厨垃圾集中处理厂
3.3城市粪便
截至2008年底，北京市粪便处理厂共有13座，总处理能力5200t/d，主要采用固液分离和絮凝脱水工艺，污水排入市政管网。2008年粪便清运处理现状见表6。目前只有3座处理厂将絮凝脱水残渣进行好氧堆肥处理，其余处理厂粪渣暂时进行卫生填埋。另外只有1座处理厂絮凝出水实现厌氧生化沼气利用技术。“十一五”期间北京市规划新建粪便消纳站9座，新增处理能力3400t/d[6]。目前利用厌氧消化技术处理畜禽粪便的研究应用较多，而应用于城市粪便处理方面研究较少，而且厌氧消化技术相对于固液分离处理方式投资和运行成本偏高，所以制约其发展。
表6 2008年北京市粪便清运处理现状
3.4各种有机垃圾厌氧消化技术适用性
针对混合收集的城市生活垃圾，经分选预处理后的有机部分宜采用干法厌氧消化工艺；对于餐厨垃圾、粪便垃圾等高含水率的垃圾，宜采用湿法发酵工艺[9]，具有污染小，处理新鲜垃圾及时，资源化利用率高和产品适用性广的特点[10]。另外可将生活垃圾、餐厨垃圾与粪便、污泥或高浓度有机废水混合，提高其可发酵性。
4厌氧消化技术在垃圾处理领域应用
4.1环保效益
厌氧消化技术能够最大限度实现垃圾的循环和再利用，在处理过程中避免有害有毒气体和液体的排放。Kuler等报道，每吨城市固体有机垃圾用“分选+厌氧消化+填埋”方式处理比用“分选+堆肥+填埋”的方式处理产生的二氧化碳的量要少0.2t[11]。因此，运用厌氧消化技术处理城市生活垃圾可以获得较好的环保效益。
4.2经济效益
厌氧消化技术处理生活垃圾对垃圾中的有用物质及能量加以回收和利用，使其无用部分达到无害化、减量化，真正做到了物尽其用。在厌氧生物处理中，每吨有机垃圾产生100～150m3沼气[11]。以北京市2008年的生活垃圾及餐厨垃圾量估算，可以获得4.6亿m3左右的沼气，约8亿kW•h的电，经济效益相当可观。另外，城市生活垃圾进行厌氧消化处理的残留物无论是作肥料还是作饲料，都可取得较好的经济效益。
4.3减少原生垃圾填埋量
以2008年为例，北京市生活垃圾产生量为673万t，按厨余垃圾平均含量40％计，厨余垃圾量为269万t，这部分垃圾如果直接进行填埋，每年占地约24hm2，浪费了宝贵的土地资源。如果这部分垃圾进行厌氧消化处理，每年可获得沼气4.6亿m3，同时节约了土地。
5结论
目前厌氧消化技术在世界各地应用广泛，而我国目前还缺乏应用于规模化的城市垃圾处理的实例。一方面我国还没有健全垃圾分类制度，这给垃圾厌氧消化处理带来了技术上的困难；另一方面对于厌氧消化技术在垃圾处理中的应用研究还落后于欧洲等西方国家。我国是人口大国也是能源需求大国，从垃圾中回收甲烷，作为资源再利用具有巨大的市场潜力和应用前景。虽然厌氧消化的投资成本比好氧堆肥高，一般高1.2~1.5倍[12]。
但考虑到厌氧消化技术良好的环境效益，与好氧堆肥相比占地少，大大减少了温室气体（CH4、CO2）和臭气的排放，以及可观的经济效益，生物气用来发电或供热以及生产优质卫生的肥料，厌氧消化处理技术比其他有机垃圾处理方法更可行。因此，厌氧消化技术在生活垃圾处理工程中应用会越来越广泛。
参考文献
[1]盛金良，操春华.城市生活垃圾收运模式设计[J].环境卫生工程，2000，8（2）：85-87.
[2]李朝阳，王新军，贾俊刚.关于我国城市道路分类的思考[J/OL].城市规划汇刊，http://www.cqvip.com/qk/9860x/200505/2042079.html36k2007-7-9.
[3]代以春，徐庆元，刘丹.厌氧消化技术在生活垃圾堆肥处理中的应用[J].环境卫生工程，2005，13（1）：25-28.
[4]张艳，乔玮.厌氧消化处理城市垃圾研究进展[J].湖南城市学院学报，2003，24（3）：58-61.
[5]北京市环境卫生设计科学研究所.2000-2008年北京市生活垃圾理化特性调查与检测[R].2009.
[6]北京市市政管理委员会.北京市“十一五”时期环卫专业规划[R].2007.
[7]沈伯雄，梁材，周元驰，等.生活垃圾厌氧发酵制沼气研究[J].环境卫生工程，2006，14（3）：24-27.
[8]邢汝明，吴文伟，王建民，等.北京市餐厨垃圾管理对策探讨[J].环境卫生工程，2006，14（6）：58-60.
[9]李传运，邵军，刘强.厌氧发酵技术在生活垃圾资源化处理中的应用[J].环境卫生工程，2005，13（5）：51-53.
[10]刘会友，王俊辉，赵定国.厌氧消化处理餐厨垃圾的研究[J].能源技术，2005，26（4）：150-154.
[11]孙艳.城市有机生活垃圾厌氧发酵前景广阔[J].中国资源综合利用，2004，11：12-14.
[12]陈庆今，刘焕彬.固体有机垃圾厌氧消化处理的研究进展[J].中国沼气，2001，19（3）：3-7
