全书共分为7章,内容主要包括生活垃圾及其区域性收运系统、生活垃圾卫生填埋技术、生活垃圾焚烧发电技术、生活垃圾好氧堆肥与厌氧发酵技术、生活垃圾渗沥液处理技术、环卫管理与静脉产业园、农村生活垃圾收运与处理技术。
本书可作为高等院校给水排水科学与工程、市政工程、环境工程、环境科学等专业的教材,也可作为从事生活垃圾处理的技术人员、管理人员的参考书。
《生活垃圾处理与资源化》是我国首次针对生活垃圾的处理、处置与资源化利用技术进行系统介绍的高等院校本科教材,编者长期从事固体废物尤其是生活垃圾处理与处置的科研与教学工作,主导、主持或者参与国内大型生活垃圾填埋场、焚烧厂等的设计与维护,具有丰富的相关经验,书中介绍的有关生活垃圾的处理与处置技术以及相关垃圾填埋场、焚烧厂等的技术与注意事项是编者多年来一线研发与应用成果经验的总结,对读者具有重要的参考意义。
生活垃圾是人类社会的必然产物,具有如下特性:①无主性,即被丢弃后不易找到具体负责者;②分散性,丢弃后分散在各处,需对其进行收集;③危害性,给人们的生产和生活造成不便,危害人体健康;④错位性,一个时空领域的废物在另一个时空领域可能是宝贵的资源。目前,我国市政部门收运的、需要进行末端无害化处置的生活垃圾大约1.6亿吨/年,其污染控制与资源化是城市公共管理及服务的重要组成部分,是社会文明程度的重要标志,也是关系民生的基础性公益事业。发达国家生活垃圾治理已经从末端处置向全量资源化方向发展,而我国目前还处于以末端处置为主、资源化为辅的初级阶段。
生活垃圾中存在对人体有危害的物质或是有害微生物,如致病菌、病毒;或是有机污染物,如氯化烃、碳氢化合物气体等致癌物、促致癌物;或是无机污染物,如汞、镉、铅、砷、铜、铬等;或是物理性污染物,如放射性污染物;或是其他污染物,如寄生虫、害虫、臭气等。这些污染物污染着土壤、空气与水体,并通过多种渠道危害人体健康。
1984年前,我国绝大部分生活垃圾还田利用,之后,随着生活垃圾组分的日益复杂化,人们研究出符合“三高”(高含水率、高杂性、高湿垃圾含量)特性的处置新方式,开发了符合国情的生活垃圾产业化技术,实现了生活垃圾从随意丢弃到源头减量与资源回收利用、从简易堆填到安全可控卫生填埋和填埋气发电、从露天堆烧到大型炉排清洁焚烧发电的重大变革,使卫生填埋和焚烧发电逐步成为我国生活垃圾大规模、快速消纳处置的两大主流技术。
卫生填埋因其方法简单、投资少和几乎可以处理所有种类的生活垃圾,而被广泛使用。针对渗沥液(又称渗滤液)渗透对地下水的污染,在卫生填埋场的底部和周围必须铺设高性能聚乙烯材料或其他有类似功能的材料,厚度在1.5~2.5mm,同时在其上面还应铺设至少0.5m的黏土以防止垃圾对衬底材料的破坏。若采用黏土作衬底材料,其渗透系数也必须小于10-7cm/s,并且厚度大于2m。在衬层上面铺设集水和排水盲沟,使渗沥水能够及时排出垃圾堆体。排出的渗沥液必须进行有效处理后才能排至水体。在填埋过程中,应安装间隔为50~100m的矩阵型沼气导排管道系统。填埋时,应在尽可能小的表面上堆放垃圾,缩小作业面。
焚烧发电法是生活垃圾的一种高温处理技术,其大优点是减量化和无害化程度高。在温度为850℃的燃烧室焚烧后,产生的烟气再通过温度为1200℃的第二燃烧室彻底焚烧和破坏二英及氯苯(Chlorobenzene,CB)、氯酚(Chlorophenol,CP)、多环芳香烃化合物(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAH)等化合物,后采用物理、化学方法进一步去除酸性气体(氯化氢、二氧化硫、氮氧化物等)、烟尘等。生活垃圾焚烧产生的热量用于发电或供热。焚烧发电是以环境保护为根本出发点的,其次才是能源利用。因此,在进行垃圾焚烧时,重要的是环境保护。国际上经常采用的垃圾焚烧炉型一般为机械炉排,流化床焚烧炉也已经得到应用。焚烧发电技术近年来在我国城市生活垃圾处理中得到快速发展,国产化率快速提高。
本书是针对给水排水科学与工程、市政工程专业特点而编写的教科书,内容包括生活垃圾及其区域性收运系统、生活垃圾卫生填埋技术、生活垃圾焚烧发电技术、生活垃圾好氧堆肥与厌氧发酵技术、渗沥液处理技术、环卫管理与静脉产业园、农村生活垃圾收运与处理技术等章节。本书也适合于从事生活垃圾处理的工程技术、管理人员和市政工程和环境工程专业人员阅读和参考。
本书由赵由才任主编,谢伟雪、李金辉任副主编,具体编写分工如下:赵由才、许碧君(第1章),赵由才、张华、龙燕(第2章),赵由才、孙晓军、柴晓利(第3章),谢伟雪、牛冬杰、赵由才(第4章),赵由才、李广科、牛静、石磊(第5章),李金辉、许碧君、赵由才(第6章),李杭芬、曾、宋楠、罗安然、杨玉杰、赵由才(第7章)。书中内容大部分是作者多年来的研发与应用成果,但也参考了国内外同行公开发表的资料,由于作者时间和水平有限,疏忽之处在所难免,请读者批评指正。
赵由才
2016年6月于同济大学
赵由才,同济大学环境学院,教授 博导。 1996 年 1 月起任同济大学环境科学与工程学院和污染控制与资源化研究国家重点实验室 ( 同济大学 , 南京大学 ) 副主任,教授, 1999 年 6 月起被聘为环境工程专业博士生导师。 1984 年从四川大学化学系毕业后到北京中关村中国科学院化工冶金研究所攻读博士学位, 1989 年 12 月起在复旦大学化学系作博士后研究, 1991 年 10 月到同济大学工作至今。在生活垃圾填埋场稳定化、填埋场中矿化垃圾利用原理与技术、垃圾渗滤液处理、污泥填埋技术、危险废物固化和氧化锌矿清洁生产与资源利用方面作了创新性研究工作。
第1章生活垃圾及其区域性收运系统1
1.1城市生活垃圾1
1.1.1城市生活垃圾组分1
1.1.2分类生活垃圾物流体系2
1.2农村生活垃圾3
1.3城市生活垃圾收集4
1.3.1垃圾收集方式及物流体系4
1.3.2生活垃圾压缩收集技术5
1.3.3集装箱式垃圾收集技术5
1.3.4生活垃圾综合收集技术5
1.4城市生活垃圾贮存6
1.4.1分类贮存6
1.4.2贮存容器7
1.4.3贮存设施8
1.4.4贮存容器及设施选址9
1.5城市生活垃圾转运技术9
1.5.1城市生活垃圾转运形式10
1.5.2生活垃圾转运物流设计10
1.5.3生活垃圾直接转运技术13
1.5.4生活垃圾压缩转运技术13
1.5.5垃圾集装化水陆联运技术16
1.6典型垃圾中转站及其工艺设备16
1.6.1水平推入装箱式垃圾中转站19
1.6.2水平装箱式垃圾中转站19
1.6.3竖直装箱式垃圾中转站19
1.7小城镇生活垃圾区域联合收运22
1.7.1小城镇环境卫生规划22
1.7.2小城镇生活垃圾区域联合处理22
习题与思考题24
第2章生活垃圾卫生填埋技术25
2.1填埋场建设26
2.1.1填埋场选址26
2.1.2填埋场防渗材料27
2.1.3填埋场水平防渗结构28
2.2填埋作业及机械设备30
2.3填埋场渗沥液收集34
2.3.1导流层34
2.3.2收集沟和多孔收集管35
2.3.3集水池及提升系统36
2.3.4调节池37
2.3.5清污分流39
2.4生活垃圾填埋场恶臭污染控制40
2.4.1利于恶臭控制的面积最小化作业面形状40
2.4.2小作业面下的精细化作业技术42
2.4.3基于恶臭控制的膜覆盖材料比选42
2.5基于恶臭控制的填埋作业集成技术46
2.5.1作业面最小化的填埋作业规划46
2.5.2路基箱与卸料平台铺设及道路排水技术47
2.5.3作业面负压抽吸除臭技术49
2.6膜下通风除臭技术50
2.7填埋场恶臭污染控制联动响应与管理体系51
2.7.1恶臭污染预警系统51
2.7.2恶臭污染响应措施52
2.7.3填埋场恶臭污染控制与管理路线图52
2.8控制作业暴露面的围堰作业技术53
2.9生活垃圾填埋场稳定化53
2.10填埋场生态恢复植被选择54
习题与思考题55
第3章生活垃圾焚烧发电技术56
3.1生活垃圾焚烧设备56
3.1.1炉排型焚烧炉56
3.1.2炉排炉种类57
3.1.3各炉排炉技术比较61
3.2焚烧炉设计63
3.3焚烧炉运行64
3.4焚烧工艺辅助设备65
3.4.1垃圾贮坑65
3.4.2垃圾接收设施66
3.4.3进料系统66
3.4.4燃烧空气供应系统67
3.4.5焚烧灰渣收集系统68
3.5生活垃圾焚烧厂烟气68
3.5.1烟气中主要污染物68
3.5.2烟气污染物控制69
3.6典型烟气净化工艺70
3.6.1净化工艺分类70
3.6.2净化工艺流程71
3.7烟气净化系统及设备73
3.7.1半干法反应塔73
3.7.2布袋除尘系统74
3.7.3消石灰、活性炭贮存与喷射系统74
3.7.4烟气管道系统75
3.8焚烧飞灰及其稳定化处理75
3.8.1典型炉排炉飞灰75
3.8.2飞灰稳定化处理76
习题与思考题79
第4章生活垃圾好氧堆肥与厌氧发酵技术80
4.1生活垃圾好氧堆肥81
4.1.1好氧堆肥原理81
4.1.2好氧堆肥分类84
4.2生活垃圾好氧堆肥技术85
4.2.1好氧堆肥工艺流程85
4.2.2好氧堆肥工艺影响因素87
4.2.3堆肥腐熟度判定89
4.3好氧堆肥系统及设备92
4.3.1条垛式发酵设备93
4.3.2筒仓式堆肥发酵仓94
4.3.3卧式堆肥发酵滚筒95
4.3.4多层立式堆肥发酵塔96
4.3.5槽式堆肥系统97
4.3.6熟化堆肥设备98
4.4堆肥资源化利用98
4.4.1土壤改良剂98
4.4.2土壤生物修复99
4.4.3作物施肥99
4.5堆肥的应用发展100
4.5.1好氧堆肥与生态卫生厕所100
4.5.2好氧堆肥与生物质炭100
4.6生活有机垃圾厌氧发酵技术101
4.6.1厌氧发酵原理102
4.6.2厌氧发酵微生物102
4.6.3厌氧发酵工艺104
4.6.4厌氧发酵工艺影响因素105
4.7典型厌氧发酵设备107
4.8沼气、沼液与沼渣综合利用111
4.8.1沼气的利用111
4.8.2沼液与沼渣的利用111
习题与思考题112
第5章生活垃圾渗沥液处理技术113
5.1渗沥液生物毒性113
5.1.1渗沥液对鲫鱼肝脏过氧化氢酶CAT水平的影响113
5.1.2渗沥液对鲫鱼肝脏超氧化物歧化酶SOD水平的影响115
5.1.3渗沥液CODCr值与鲫鱼肝脏染毒时间的综合作用效应评估116
5.2填埋场渗沥液调节池117
5.3生活垃圾渗沥液厌氧生物处理技术118
5.3.1上流式厌氧反应器UASB厌氧处理工艺119
5.3.2上流式污泥床过滤器UBF厌氧处理工艺119
5.4渗沥液梯度压力好氧预处理技术121
5.4.1梯度压力好氧预处理工艺流程121
5.4.2梯度压力好氧装置处理渗沥液122
5.5矿化垃圾生物反应床渗沥液预处理技术127
5.6生活垃圾渗沥液膜处理技术129
5.7渗沥液纳滤 (NF)处理技术130
5.8渗沥液反渗透 (RO)深度处理技术131
5.9典型生活垃圾渗沥液处理系统131
5.10渗沥液反渗透 (RO)浓缩液深度处理技术133
5.10.1浓缩液基本特征133
5.10.2过硫酸钾深度氧化技术134
5.10.3浓缩液蒸发技术136
习题与思考题137
第6章环卫管理与静脉产业园138
6.1我国环卫管理机构138
6.2环卫管理对象140
6.2.1清扫保洁140
6.2.2生活垃圾管理140
6.2.3餐厨垃圾管理141
6.2.4建筑垃圾管理141
6.2.5粪便管理142
6.2.6公厕管理142
6.2.7环卫数字化管理143
6.3静脉产业园简介143
6.4静脉产业园的建设与运行145
6.5我国静脉产业园建设的启示150
习题与思考题151
第7章农村生活垃圾收运与处理技术152
7.1农村生活垃圾管理152
7.1.1农村生活垃圾产生及特性152
7.1.2农村生活垃圾收集与处理153
7.1.3农村生活垃圾管理与对策155
7.2农村生活垃圾收集与转运156
7.2.1生活垃圾收运系统156
7.2.2农村生活垃圾收运及管理157
7.2.3农村生活垃圾收运设施158
7.2.4生活垃圾收集设施配置优化161
7.2.5农村生活垃圾转运站设置163
7.3农村生活垃圾处理与资源化技术165
7.3.1有机易腐生活垃圾堆肥处理166
7.3.2有机质生活垃圾热解处理技术166
7.3.3难降解干废物与生活污水共处置技术168
7.3.4农村生活垃圾中废塑料清洁提质技术169
7.3.5生活垃圾残渣末端卫生填埋技术169
习题与思考题170
参考文献171
填埋场的结构随填埋场类型的不同而各有特色,目前根据不同的划分标准,填埋场类型有不同的分法,分类角度一般着眼于填埋场的构造、地质类型、地形分类、反应机制等。城市垃圾填埋场的构筑方式和填埋方式还与地形地貌有关,分为山谷型填埋、滩涂型填埋和平地型填埋。
山谷型卫生填埋场是一种利用天然的沟壑、山谷对城市垃圾进行处理的方式,具有填埋容量大、建设费用低等优点。这种类型填埋场的高差一般较大,地质属于稀释性与渗透性之间,同时,由于山谷大多位于地下水上游,填埋场对地下水的影响必须重点考虑,因此,雨污水的分流与导排及防渗系统的设计是此类填埋场安全运营的关键。通常做法是在山谷出口处设置一垃圾坝,在填埋场上部设置挡水坝,在填埋场四周开挖排洪沟,严格控制地表水进入填埋场。填埋场的防渗有两种办法。简单的是采用垂直密封技术,在填埋场周围设置垂直防渗帷幕。另一种方法是采用水平基础密封和斜坡密封技术,在填埋场的底部和边坡铺设防渗衬层。目前我国的填埋场许多为这种类型,如杭州的天子岭填埋场。
滩涂主要是指位于海滩附近、经过长期冲击淤积而成的滩地。它的场地标高低于正常地面。设计此类填埋场时,首先要在规划填埋区域建造人工防渗堤坝。由于这类填埋场的地下水位较高,因此,其关键点在于地下水防渗系统的设计。上海老港废弃物填埋场就是这种类型。