摘要 論述了現(xiàn)有城市生活垃圾減容、減量、資源化、能源化及無害化處理的3種方法，即填埋、堆肥和焚燒。討論了這3種方法各自的局限性，提出了生物垃圾處理方法，將生活垃圾就地處理成有機肥料，從源頭消除垃圾，減輕城市生活垃圾給環(huán)境造成的壓力，避免二次污染，從而實現(xiàn)生活垃圾的無害化、減量化和資源化。

關(guān)鍵詞? 填埋? 堆肥? 焚燒? 城市生活垃圾? 生物處理

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、城市化進程的加快和人民生活水平的提高，垃圾的排放量迅速增加。每年新增垃圾100億t。對垃圾泛濫成災的現(xiàn)實，世界各國的視線已不再僅僅停留在如何控制和消毀垃圾這一老問題上，而是采取積極的態(tài)度和有力的措施，著手科學地處理、利用垃圾，將垃圾列為維持經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的“第二資源”，向垃圾要資源、要能源、要效益。

1. 現(xiàn)有城市生活垃圾處理方法

解決垃圾問題的目標是將垃圾減容、減量、資源化、能源化及無害化處理。目前主要有填埋、堆肥及焚燒處理三種方法。

1.1 填埋處理

垃圾填埋歷史久遠，是普遍采用的處理方法。因為該方法簡單、省投資，可以處理所有種類的垃圾，所以世界各國廣泛沿用這一方法。從無控制的填埋，發(fā)展到衛(wèi)生填埋，包括濾瀝循環(huán)填埋、壓縮垃圾填埋、破碎垃圾填埋等。

采用填埋處理法，首先要防止從廢物中擠壓出的液體濾瀝及雨水徑流對地下水的污染。一般規(guī)范要求回填地最低處的標高要高出地下水位3.3 m以上，并且回填地的下部應有不透水的巖石或粘土層。否則需另設(shè)粘土、瀝青、塑料薄膜等不透水層。其次，填埋場應設(shè)置排氣口，使厭氧微生物分解過程中釋放出的甲烷等氣體能及時逸出，避免發(fā)生爆炸?；靥詈蟮膱龅?，一般在20年內(nèi)不宜在其上修建房屋，避免由于回填場不均勻下沉造成的結(jié)構(gòu)破壞，但可作綠地、農(nóng)田、牧場等使用。

填埋處理用地，盡量選用天然的或人工挖出的洼地，開發(fā)資源后的廢粘土坑、廢采石場、廢礦坑等。將垃圾填埋于坑中，有利于恢復地貌，維持生態(tài)平衡，但如果在大面積的洼地、港灣、山谷等回填，則需考慮是否會破壞生態(tài)平衡。

1.2 堆肥處理

堆肥是我國、印度等國家處理垃圾、糞便、制取農(nóng)肥的最古老技術(shù)，也是當今世界各國均有研究利用的一種方法。堆肥是使垃圾、糞便中的有機物，在微生物作用下，進行生物化學反應，最后形成一種類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì)，用作肥料或改良土壤。

堆肥處理是利用微生物分解垃圾有機成分的生物化學過程。在生物化學反應過程中，有機物、氧氣和細菌相互作用，析出二氧化碳、水和熱，同時生成腐殖質(zhì)。

堆肥的關(guān)鍵，在于提供一種使微生物活躍生長的環(huán)境，以加速其致菌分解過程，使之達到穩(wěn)定。堆肥主要受廢物中的養(yǎng)分、溫度、濕度、pH等因素的控制。

根據(jù)堆肥原理，可分為厭氧分解與好氧分解兩種。厭氧分解需在嚴格缺氧條件下進行，厭氧微生物分解生長較慢，故不多用。好氧分解過程可同時產(chǎn)生高溫，可以殺滅病蟲卵、細菌等，我國主要采用好氧分解法。

堆肥技術(shù)的工藝比較簡單，適合于易腐有機質(zhì)含量較高的垃圾處理，可對垃圾中的部分組分進行資源利用，且處理相同質(zhì)量垃圾的投資比單純的焚燒處理大大降低。堆肥技術(shù)在歐美國家起步較早，目前已經(jīng)達到工業(yè)化應用的水平。

1.3 焚燒處理

焚燒是指垃圾中的可燃物在焚燒爐中與氧進行燃燒過程。實質(zhì)是碳、氫、硫等元素與氧的化學反應。垃圾焚燒后，釋放出熱能，同時產(chǎn)生煙氣和固體殘渣。熱能要回收，煙氣要凈化，殘渣要消化，這是焚燒處理必不可少的工藝過程。

焚燒處理技術(shù)的特點是處理量大，減容性好，無害化徹底，焚燒過程產(chǎn)生的熱量用來發(fā)電可以實現(xiàn)垃圾的能源化，因此是世界各發(fā)達國家普遍采用的一種垃圾處理技術(shù)。

通過焚燒可以使可燃性固體廢物氧化分解，達到去除毒性、回收能量及獲得副產(chǎn)品的目的。幾乎所有的有機性廢物都可以用焚燒法處理。對于無機-有機混合性固體廢物，如果有機物是有毒有害物質(zhì)，一般也最好采用焚燒法處理。焚燒法適用于處理可燃物較多的垃圾。采用焚燒法，必須注意不造成空氣的二次污染。日本以及歐洲的瑞士、瑞典等國在一般焚燒法基礎(chǔ)上，還發(fā)展了高溫與中溫分解，使垃圾在1650 ℃以上的高溫下基本或完全燃燒，并回收釋放的能量作為能源。

焚燒是銷毀垃圾利用熱能的一種垃圾處理技術(shù)。但是，只有對那些不能回收有價物，只能回收熱能的垃圾，垃圾焚燒處理才是科學、合理的。

2.? 現(xiàn)有城市垃圾處理方法的局限性

2.1 填埋處理的局限性

填埋處理埋掉了可利用物，填埋場地的選擇越來越困難，運輸、填埋、管理等費用也不斷提高。填埋場占地面積大，同時存在嚴重的二次污染，例如垃圾滲出液會污染地下水及土壤，垃圾堆放產(chǎn)生的臭氣嚴重影響場地周邊的空氣質(zhì)量，另外，垃圾發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷氣體既是火災及爆炸隱患，排放到大氣中又會產(chǎn)生溫室效應。而且填埋場處理能力有限，服務期滿后仍需投資建設(shè)新的填埋場，進一步占用土地資源。以北京為例，如果采用現(xiàn)在的技術(shù)，將北京市12000 t/d的垃圾進行衛(wèi)生填埋處理，單是建設(shè)投資就高達7.2億元人民幣（不含征地費用），而且填埋場的壽命也只有12a?；谝陨显?，國外從80年代以來，衛(wèi)生填埋設(shè)施有逐漸減少的趨勢，成為其他處理工藝的輔助方法，用來處理不能再利用的物質(zhì)。

2.2 堆肥處理的局限性

堆肥處理不能處理不可腐爛的有機物和無機物，垃圾中的石塊、金屬、玻璃、塑料等廢棄物不能被微生物分解，這些廢棄物必須分撿出來，另行處理，因此減容、減量及無害化程度低；堆肥周期長，占地面積大，衛(wèi)生條件差；堆肥處理后產(chǎn)生的肥料肥效低、成本高，與化肥比銷售困難，經(jīng)濟效益差。引進國外技術(shù)投資巨大，不適合我國國情。發(fā)達國家由于生活垃圾中的易腐有機物含量大大低于我國的一般水平，因此靠堆肥只能處理15%左右的垃圾組分，這在一定程度上阻礙了堆肥技術(shù)的推廣。堆肥技術(shù)必須是將新鮮的垃圾首先進行分類后再將易腐有機組分進行發(fā)酵，才能有效地防止重金屬的滲入，從而保證有機肥產(chǎn)品達到國家標準，真正實現(xiàn)無害化和資源化。

2.3 焚燒處理的局限性

焚燒處理對垃圾低位熱值有一定要求，不是任何垃圾都可以焚燒的。垃圾中可利用資源被銷毀，是一種浪費資源的處理方法，即使回收熱能也只能做到廢物一次性再生的目的，無法實現(xiàn)資源的多次循環(huán)利用。焚燒產(chǎn)生的大量煙氣，帶走的熱能又是一種很大的損失。產(chǎn)生的煙氣必須凈化，凈化技術(shù)難度大、運行成本高。焚燒產(chǎn)生的殘渣還必須消化。還有，焚燒設(shè)備一次性投資大，運行成本高。

傳統(tǒng)的填埋、焚燒、堆肥等處理方法，易造成二次污染。由于生活垃圾生物處理具有降解快、無污染和能源化等優(yōu)點，因而受到各國的青睞。

3. 生活垃圾生物處理方法

3.1堆肥處理法

堆肥是依靠自然界廣泛分布的細菌、放線菌、真菌等微生物，有控制地促進可被生物降解的有機物向穩(wěn)定的腐殖轉(zhuǎn)化的生物化學過程，最終形成類似腐殖質(zhì)，可作為肥料或土壤的改良劑。堆肥技術(shù)是實現(xiàn)城市垃圾資源化、無害化的一條重要途徑。它不僅可以殺死垃圾中的病原菌，有效處理垃圾中的有機物，增加土壤中的有機成份，而且可生產(chǎn)有機肥料，有利于增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。特別適用以農(nóng)業(yè)為主的國家。

由于傳統(tǒng)堆肥處理法是利用堆制原料中的土著微生物來降解有機污染物，堆肥初期土著微生物數(shù)量少，需要一定時間才能繁殖起來，且各種微生物分解速度差別很大，因此傳統(tǒng)堆肥往往存在發(fā)酵時間長、產(chǎn)生臭味且肥效低等問題。

研究表明，進行人為接種分解有機物能力強的微生物，可以加速堆肥材料的腐熟，提高溫度，消滅某些病原體、蟲卵等，并能控制臭氣，增加堆肥成品中的有益微生物。因而通過加入復合微生物菌劑和調(diào)理劑或分解促進劑來提高和加速堆肥反應過程，成為目前垃圾堆肥研究的熱點。

3.2厭氧消化法

厭氧是將復雜有機物在無氧情況下降解成N、P無機化合物和CH4、CO，、H：等氣體。該方法在處理生活垃圾中十分盛行，不僅因為它有很高的處理效率，而且可獲得甲烷等能源氣體。

厭氧消化是將復雜有機物首先降解成游離糖、乙醇、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、H2及CO2，而后乙醇和揮發(fā)性脂肪酸被氧化成乙酸和H，最后一步是乙酸和H，被轉(zhuǎn)化成CH4，這三步之間有著嚴格的相互協(xié)調(diào)作用。

LiY-Y和Siegmst等人指出，在消化過程中，產(chǎn)酸菌把復雜有機物水解或分解成VFA后，生長速率變慢，VFA氧化成乙酸、H2及CO2，這些是產(chǎn)甲烷菌合適的生長底物。揮發(fā)酸性脂肪酸VFA濃度與厭氧發(fā)酵效率的關(guān)系，一直是人們關(guān)注的焦點，因為VFA是厭氧發(fā)酵中重要的中間產(chǎn)物，如果濃度過高，則會形成菌體壓力，致使pH值降低，最終導致發(fā)酵的失敗。

通過浮選法獲得的累積污泥垃圾(WAS)經(jīng)過超聲波粉碎、熱處理和冷處理后，進行厭氧發(fā)酵，可以增加VFA濃度和產(chǎn)甲烷量。當VFA濃度達到小于產(chǎn)甲烷發(fā)酵的抑制水平時，就可以作為產(chǎn)甲烷菌的底物，因而降解速率增加，而且?guī)в兄辨湹腣FA(C2-C6)降解速率大于其同分異構(gòu)體。

3.3混合處理法

是將生活垃圾進行好氧與厭氧耦合處理，達到快速降解垃圾的目的。既能克服好氧堆肥周期長的缺點，又能在厭氧消化中獲得能源。

中科院成都微生物研究所廖銀章等人與美國佛羅里達大學進行合作研究，在發(fā)酵工藝方面取得了一些成果。他們用先好氧后厭氧發(fā)酵、兩步發(fā)酵和高固體濃度發(fā)酵三種方法對城市有機垃圾厭氧產(chǎn)甲烷進行了研究。研究指出前者具有啟動快、產(chǎn)氣量高、處理周期短等優(yōu)點。而直接采用厭氧發(fā)酵，由于揮發(fā)酸大量積累，啟動困難，產(chǎn)氣量少。采用兩步法發(fā)酵可顯著提高揮發(fā)酸和甲烷產(chǎn)量，還能提高城市固體廢物的生物降解率。

Gabriele Schober等人利用兩級消化及好氧處理工藝設(shè)備，經(jīng)過這三個階段過程，有機物去除率達96%以上，進一步證實了有機生活垃圾通過生物技術(shù)處理完全能夠礦化。同時研究進一步指出城市固體垃圾，尤其是廚余垃圾，適合于消化降解工藝，而且兩級消化比一級消化更方便、有效，含有可降解有機物垃圾消化，可獲得大量氣體。

4. 生活垃圾生物處理中的微生物

生活垃圾的生物降解均依賴于微生物對這些物質(zhì)的分解作用，進一步了解研究這些微生物，對于生活垃圾的生物處理具有重要意義。

4.1瘤胃微生物

瘤胃是天然復雜的生物降解系統(tǒng)，因而研究瘤胃微生物對于我們了解生活垃圾降解機理具有很重要的借鑒作用和參考價值。但由于瘤胃微生物生態(tài)系統(tǒng)復雜多樣而又獨特，目前對于其降解機理了解還不夠透徹。瘤胃微生物所需的養(yǎng)分主要來自于飼料中的蛋白質(zhì)和碳水化合物。

上海農(nóng)科院畜牧獸醫(yī)研究所杭怡瓊等人研究瘤胃微生物指出，瘤胃中白腐真菌在適宜的條件下，其菌絲首先利用其分泌的超纖維素酶溶解表面的蠟質(zhì)，然后菌姓進入秸稈內(nèi)部，并產(chǎn)生纖維素酶、半纖維素酶、內(nèi)切聚糖酶、外切聚糖酶，降解秸稈中的木質(zhì)素和纖維素，使其成為含有酶的糖類，以利于消化吸收。

華南理工大學陳慶今等人對瘤胃中微生物的研究指出，瘤胃內(nèi)以異養(yǎng)厭氧菌為主，含有有機垃圾厭氧消化三階段所需要的微生物種類，即瘤胃中存在水解菌、酸化菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌，瘤胃中的微生物是自然界中非常完整的一個有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化的生態(tài)系統(tǒng)。一般厭氧消化都存在產(chǎn)物抑制的問題，但由于瘤胃微生物是一個復合菌群，一種反應的產(chǎn)物往往是另外一種反應的利用底物，底物抑制現(xiàn)象被排除。城市有機垃圾中木質(zhì)纖維素是難以被降解的根本原因，而瘤胃微生物能夠高效降解木質(zhì)纖維素，是因為瘤胃菌群中存在各種可以分別降解木質(zhì)素和結(jié)晶纖維素的微生物，它們分泌的各種酶類是降解的關(guān)鍵所在。

4.2堆肥微生物

二十世紀八十年代末國內(nèi)外許多學者致力于研究鑒定堆肥過程中的微生物，從而篩選出有效的降解生活垃圾的微生物菌株。

Finstein等研究垃圾生物處理時，指出垃圾中所含微生物種群及其數(shù)量為該垃圾的基本屬性之一，并對該垃圾的堆肥化過程有明顯的影響。

康建雄也研究了生活垃圾堆肥過程中的微生物數(shù)量，指出垃圾中微生物數(shù)量與垃圾類型、垃圾產(chǎn)生源的地域分布無關(guān)，與產(chǎn)生源垃圾的新鮮度有關(guān)，同時確定垃圾處理過程中，中溫微生物在數(shù)量上占優(yōu)勢。堆肥過程中有機物的分解與穩(wěn)定化主要發(fā)生在高溫階段，此時中溫型與高溫型微生物都起著巨大作用。

中科院南京土壤研究所的顧希賢等從堆肥、畜糞、土壤等22個樣品中，分離得到纖維素分解菌198株，經(jīng)歸并后有54株，其中真菌46株，放線菌7株，細菌1株，他們將分解纖維素的真菌接種于生活垃圾兩次發(fā)酵時期，使堆溫又一次上升，并維持4天以上，從而增加了堆肥腐殖質(zhì)的含量，顯著提高了堆肥的肥效。

高效復合微生物菌群與污泥混合堆肥，可提高有機污染物的生物降解率。清華大學席北斗等人利用高效復合微生物菌群對生活垃圾和污泥混合堆肥，可以迅速縮短堆肥過程。這些高效復合微生物菌群是由酵母菌、放線菌、乳酸菌、固氮菌、纖維素分解菌等多種微生物經(jīng)特殊方法培養(yǎng)而成，它們依靠相互間協(xié)同作用，迅速分解垃圾中的有機物，并代謝出抗氧化物質(zhì)，生成復雜而穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，增加堆肥中的含氮量，抑制有害微生物的生長繁殖。

4.3木質(zhì)真菌消化降解垃圾

由于木質(zhì)素由芳香烴的衍生物以C-C鍵、—O—鍵縱橫交聯(lián)在一起，其側(cè)鏈又與半纖維素以價鍵結(jié)合形成一個十分致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將纖維素緊緊包裹在里面，以屏蔽效應阻礙了纖維素酶吸附纖維素分子，因而是目前公認的微生物難降解的芳香族化合物之一。

據(jù)研究報道，木質(zhì)素的完全降解是真菌、細菌及相應微生物群落共同作用的結(jié)果，其中真菌在降解木質(zhì)素過程中起著主要作用。降解木質(zhì)素的真菌根據(jù)腐朽類型分為：白腐菌、褐腐菌和軟腐菌。前兩者屬擔子菌綱，軟腐菌屬半知菌類。白腐菌降解木質(zhì)素的能力優(yōu)于其降解纖維素的能力，它能夠分泌胞外氧化酶降解木質(zhì)素，而后兩者降解木質(zhì)素的能力弱于其降解纖維素的能力。因此白腐菌被認為是最主要的木質(zhì)素降解微生物。

白腐菌降解木質(zhì)素機理：首先是產(chǎn)生H2O的氧化酶：細胞內(nèi)葡萄糖氧化酶，細胞外乙二醛氧化酶。它們在分子氧的參與下氧化相應底物激活過氧化物酶，從而啟動酶催化循環(huán)。同時，合成對木質(zhì)素降解起作用的胞外酶，這些酶包括白腐菌分泌的蟲漆酶(1accase)，木素過氧化酶(lignin peroxidase)，氧化酶(oxidative en.zyme)，依賴錳的過氧化酶(manganese peroxidase)以及酚氧化酶(phenoloxidase)。其中漆酶是氧化酚類物質(zhì)，它將酚上的氫給予氧生成醌自由基，借助自由基反應，與木素的部分分解一起發(fā)生高分子化，這些反應主要導致側(cè)鏈和芳香環(huán)裂解。在白腐菌降解木質(zhì)素過程中，木質(zhì)素降解酶作為高效催化劑參與反應，借助自身形成的H2O2，靠酶觸啟動一系列的自由基鏈反應，先形成高活性的酶中間體，將木質(zhì)素等有機物(RH)氧化成許多不同的自由基(R·)和氧化能力很強的羥基自由基(·OH)，實現(xiàn)對木質(zhì)素的生物降解。

4.4有效微生物(EM)在生活垃圾處理中的應用

EM(Effective Microorganisms)即有效微生物群，是一種集乳酸菌、酵母菌、放線菌和光合細菌等5個科、10個屬、80余種微生物組成的微生態(tài)制劑。EM是日本科學家比嘉照夫教授的研究成果，1992年開始用于生產(chǎn)，可用于農(nóng)用、養(yǎng)殖業(yè)及環(huán)境保護等方面。

日本利用EM技術(shù)已取得了相當?shù)某晒?。其中，在生活垃圾處理方面，日本已開始推廣EM技術(shù)，并提出在家庭內(nèi)將廚房垃圾變成有機肥料。用于生活垃圾發(fā)酵的專用粉狀EM只需用0.2% EM(以米糠為主要成分)的發(fā)酵物，按1%的用量接種到有機生活垃圾中，進行厭氧發(fā)酵，夏季經(jīng)7天后有機垃圾即被分解，且無臭無蚊蠅孳生，同時可得到無臭味的、可直接還原于土壤的活菌肥料，并可用于蔬菜和花卉的栽培。

同濟大學利用Z-lant技術(shù)研制了一臺生活垃圾處理裝置，該菌液由多種EM微生物培養(yǎng)而成，與生活垃圾一起投入垃圾處理裝置進行反應，生活垃圾迅速被有效微生物群消化分解，最終變生活垃圾為有機肥料。

5. 感想

城市中的生活垃圾已經(jīng)成為一個嚴重的環(huán)境問題.如何更好的治理和利用它,減少污染,減輕環(huán)境負荷已經(jīng)切實的擺在了我們的面前.綜合上述幾種方法,我認為最清潔最高效的應該是生物方法,所以研究生物酶技術(shù)是很有前景的.

現(xiàn)在城市生活垃圾的處理方法主要有填埋，堆肥和焚燒三種方法。填埋是用的最多的方法，但是它的弊端也是顯而易見的，占用大量的城市用地，而且如果處理的不好，垃圾滲濾液會傾入地下，污染地下水。埋入地下的垃圾回在土壤微生物的作用下厭氧分解產(chǎn)生大量的甲烷，二氧化硫等氣體，如通風條件不好，極易發(fā)生爆炸。焚燒法雖然能有效的減少垃圾的體積，不會占用大量的城市用地，但是在焚燒的過程中回產(chǎn)生大量的有害氣體，造成大氣污染，影響空氣質(zhì)量。如果焚燒產(chǎn)生的熱量能有效的利用起來也未嘗不是件好事。但由于技術(shù)及資金的原因，這些熱量幾乎很少被利用起來。因此，堆肥法便成為最環(huán)保的方法了。但是堆肥的周期比較長，堆肥產(chǎn)生的肥料的價格比較昂貴，所以他的銷路也是一個問題。

通過這次的查找資料的過程讓我了解了許多生活垃圾處理的方法，學到了書本上沒有的知識。高中的時候我曾利用假期調(diào)查了合肥市的生活垃圾處理情況，結(jié)果令我很吃驚。合肥市生活垃圾處理廠引進了一套垃圾分撿及堆肥處理設(shè)施，但是因為資金的緣故而一直閑置著。這讓我很費解。環(huán)保工作是一項公益事業(yè)，需要政府部門的大力支持和全社會的共同關(guān)注。雖然在環(huán)境處理的技術(shù)工藝方面我們?nèi)〉昧撕芏噙M步，但是我們也需要加強制度建設(shè)，把新技術(shù)，新工藝用到治理環(huán)境的過程中。

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