摘要：本文分析了国内垃圾资源化处理现状及存在的问题，列举了垃圾资源化处理工艺分类，并详细阐明生活垃圾机械分选工艺和干化处理工艺，针对国内生活垃圾资源化处理行业提出了设想和建议，希望建立起完整的垃圾分类资源化体系，提高国内生活垃圾分类资源化行业的市场化、产业化，促进行业健康发展。
关键词：垃圾分类；资源化；机械分选；垃圾干化
一、前言
生活垃圾，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。
根据《十三五全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》，以创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念为指导，推进生活垃圾源头分类，提高资源化利用水平，最终实现垃圾的减量化、资源化和无害化。国内外实践也证明，在生活垃圾分类收集的基础上进行资源化再利用，是实现垃圾减量的最有效路径。
我国各地虽然垃圾分类进行了很多年，资金也投入不少，但是效果确实不是很好，包括分类运输和分类处理等环节都没有打通。解决这一问题并不难。就是四个关键词：分类投放、分类收集、分类运输、分类处理。
目前国内缺乏成熟、稳定运行的分类后垃圾处理技术或工艺案例，已建成的案例大多属于初探型工艺，虽借鉴了国外的先进处理思路，但引进的技术普遍缺乏合理的本土化过程，导致大量成套进口固废处理设备水土不服，无法完全达到预期的处理要求。同时，政府或者投资运营企业也会因为缺乏可供参考的成功案例，最终放缓甚至放弃某些细分后垃圾处理项目的建设。因此产生的连锁效应直接导致我国固废处理行业缺乏中端的处理技术和设施。
二、国内垃圾资源化处理现状及存在的问题
当前我国生活垃圾的特点，无论是混合生活垃圾，还是分类后的垃圾，物料的组分是资源化工艺流程设计的重要依据。生活垃圾物料组分受时间、季节、地域文化、经济发展程度等因素的影响，随机性较高，难以通过人工干预来提升垃圾物料的同源性。
资源化处理工艺流程的设计取决于物料的组分，而物料组分信息源自对垃圾的取样分析。我国混合生活垃圾平均含水率为50%～60%，地域差异性大，用于工艺流程设计的含水率及物料组分数据大都是某一个时间点或者时间段的估值，代表性不足。这些样本信息与真实情况的偏差，极大地影响了工艺流程的理论设计，这也是我国垃圾资源化处理产业将长期面对的一个难题。
资源化处理的工艺流程设计仍需要预先对以下几点信息进行调研：（1）垃圾物料属性（物料组分、含水率等）；（2）工艺思路（选择资源化路线、燃料化路线或混合路线）；（3）资源化或燃料化物料的潜在市场（需结合本地市场分析资源化或燃料化物料的种类及各类资源化物料的潜在市场价值增幅情况）。对以上信息进行全面了解，实现生活垃圾资源化工艺流程设计的合理化、实用化、经济化的目标。
采用资源化还是燃料化的工艺需要在设计初期进行预判，确认某些物料是作为可回收物进行提纯，还是作为垃圾衍生燃料（RDF）进行再生产。资源化工艺需考虑原生物料的组分稳定性及产出物料的潜在市场价值，过高的投入产出比将影响资源化工艺的经济效益；燃料化工艺中，稳定的燃料产出取决于原生物料中可燃物的含量，其收益的稳定性则取决于燃料输出价格的波动性，通常燃料化工艺配套用于焚烧厂则会最大价值地发挥优势。
资源化与燃料化混合式的工艺思路具有理论可行性，但这类工艺设计相对复杂，设备投资成本和维护成本较高，不合理的工艺设计将导致资源化利用和燃料化产出的“双输局面”，使整厂经济入不敷出。
三、生活垃圾资源化处理工艺分类
目前国内主流的生活垃圾资源化处理工艺，主要包括机械分选预处理和干化处理两种方式，机械处理技术主要是机械分选、破碎和筛分处理，干化处理技术主要有垃圾膜干化技术和生物干化技术。
在实际应用中，干化技术一般和机械分选技术是机结合在一起；而机械分选技术不一定和生物技术结合，可独立建设应用。
四、垃圾机械分选工艺
生活垃圾资源化机械处理技术，也称机械分选技术，主要包括粗破碎、磁选除铁、筛分、涡流分选除有色金属、风选、细破碎等工艺。资源化处理生产线的工艺选取也根据各地生活垃圾组分的不同、资源化产品出路的不同而有所差异。
主要的机械处理技术如下：
（1）垃圾破碎机
垃圾破碎机是机械分选的核心设备之一，一般分粗破碎机（破碎后出料粒径200～300mm）和细破碎机（破碎后出料粒径100mm以下）。
破碎技术主要指通过破碎机将物料进行破碎以减小物料的尺寸，按照破碎原理可分为腭式破碎、剪切式破碎、撕扯式破碎、锤式破碎、链式破碎及镐击破碎等。各类破碎技术的应用有差异，比如腭式破碎机针对脆硬的物料效果更好，而剪切式破碎机则擅长软长的物料。
破碎机在工艺流程中普遍扮演“干粗活”的角色，刀具、轴具的损耗相当大，需要较为频繁地维护、保养甚至更替。
当面临国内高混合度的生活垃圾时，物料组分的复杂性导致破碎效果的下降，比如混合生活垃圾的粗破碎通常采用撕扯式破碎技术，但该技术对于某些大块硬质物料（石头、水泥、钢材等）破碎效果不佳，还会对设备产生极大的耗损，甚至导致整条产线的停滞。垃圾的细破碎这一工艺环节通常采用剪切式破碎技术，这一技术在国内应用的痛点在于大块硬质物料或小颗粒砂石等会导致破碎机刀片的断裂或磨损。据统计，细破碎机刀片在国内的使用寿命仅为欧洲的三分之一，且国内的刀片生产技术远远落后于欧洲国家，目前仍依赖于进口，极大地增加了产线的维护运营成本。因此高效率、高兼容性、低运行成本的破碎机将是今后国内市场破碎机研发的主流方向。
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（2）垃圾筛分机
生活垃圾筛分技术通常应用在破碎处理之后，根据物料的尺寸、形状、质量、密度、光学、磁力等物理属性进行筛分或者分离。在垃圾处理工艺流程中主揽“精细活”。常见筛分设备包含滚筒筛、碟盘筛、星盘筛、张弛筛、振动筛、弹跳筛等。
我国生活垃圾的高含水率对带筛网设备的筛分效果影响较大。高含水率物料的粘附能力强，容易结团，往往导致筛孔的堵塞、筛网的有效筛分面积降低；硬质物料和长软物料对于旋转筛分设备的影响较大。长软物料易导致旋转轴出现缠绕现象，如果长期不清理，碟盘之间的有效筛分空间将持续减小，一旦有硬质物料卡入缝隙，加之电机强力驱动，会出现传送链条的断裂甚至电机轴承断裂的现象。
（3）金属及玻璃分选机
在生活垃圾机械分选工艺中，一般而言，铁金属分选采用磁选机，有色金属分选采用涡流分选机，玻璃分选采用光学分离机。
（4）风选机
风选机在生活垃圾机械分选工艺流程中的作用举足轻重，主要是分选出重物质和轻物质两类垃圾。
生活垃圾进入风选机后遇到空气流，被分离成轻物质和重物质物料。轻物质通过滚筒排出。重物质在到达滚筒前，就落到下方的出料皮带机上，然后通过输送机运至一个集装箱装载系统。
五、生活垃圾生物处理工艺
（1）垃圾膜干化处理技术
垃圾膜干化技术的微生物代谢过程与好氧堆肥相似，主要区别在于生物干化以降低含水率为目标，而堆肥处理则以有机物稳定与腐熟为主。生物干化的特点在于无需外加热源，利用微生物高温好氧发酵过程中有机物降解所产生的生物能，配合强制通风促进水分的蒸发去除，从而实现快速干化。
进厂生活垃圾经过粗破碎和除铁处理后，进入膜干化区域，垃圾被堆积成行列，并被覆盖着特制的膜，允许水分和热量穿透该膜，但不使得水从周围大气中进入该膜，特殊的细菌存在于垃圾中的厨余及其它有机废物中，产生自然的热量，通过控制注入的新鲜空气从而来控制这些细菌，并且作为催化剂来使用，以此来产生有机物中的控制
热量。
在膜干化车间，在这个膜覆盖的有机物中不会产生任何异味和臭味，所产生的增加热量会引起水分在有机物中的释放，通过这一措施，以及对新鲜空气的控制，使得干化膜内的垃圾保持在最佳温度以上。
温度与通风量是决定快速生物干化两个重要因素，这两个因素在干化（堆肥）过程中并不是完全一致的。而高温的持续与高温阶段的高通风对减少干化周期有事半功倍的效果。同时环境的干湿度、温度也会有一定的影响。
干化过程持续14天左右，如处理前的生活垃圾含水率为55%，经过膜干化后的垃圾水分约为38~42%，热值提高至约1800Kcal/kg。
（2）垃圾生物干化处理技术
垃圾生物干化过程是指由计算机控制干化仓内空气流动产生生物热能，通过严格的好氧生物降解过程实现最快速度的垃圾除水。在整个干化过程中，计算机的模糊逻辑通风程序能够自动平衡干化中的氧气和湿度等限制因子。
所谓混合垃圾的生物化，是利用堆肥的原理对预破碎的的混合垃圾进行干燥脱水的过程。在强制通风的情况下，微生物利用混合垃圾中的易腐有机物发酵产生热能，高温下通风加速水分挥发，混合垃圾的水分显著下降，实现生物干燥的效果。
干化仓里好氧生物降解过程产生的热量会使垃圾发热，导致输入的“冷”空气也会变暖，当空气穿过垃圾时就会吸收更多的水分，并最终变成蒸汽释放水分。温暖的空气比冷空气能吸收更多水（湿气），这个简单的物理定律也是垃圾生物干化在通风的仓体内进行的基本原理。
垃圾生物干化通过城市有机生活垃圾（至少是可生物分解的有机物）中所含的好氧菌进行生物降解过程来实现的，持续输入的氧气和一定的湿度使得有机物质通过适合的微生物的生化作用而解体。在垃圾的整个干化过程中，电脑自动控制的通风系统保证了干化仓内的有氧条件，同时还均衡得调节空气和湿度的比例。首先，有氧生物降解过程会产生热量，从而干化仓内的垃圾温度会升高，同时又加热了不断输入的新鲜空气；这些循环不断的热气可以吸收垃圾释放出来的更多的水分，最后形成水蒸气被排出。当几乎饱和的温暖空气离开干化仓后，垃圾中的水分以蒸汽形式被带走。一旦生物干化进程完成，垃圾将稳定保持在干燥状态。
垃圾生物干化是在经过特别设计的干化仓内完成的，具备良好的通气性和封闭性。垃圾干化这一生物学稳定过程要在密封环境中持续7天左右。电脑通过通风管控制气体的收放，将垃圾含水率由55%降至30%左右，热值达到2200～2500kcal/kg。
六、结语及展望
随着城市化进程的快速推进，生活垃圾数量与日俱增，垃圾“围城”，给城市管理带来巨大压力，生活垃圾分类及资源化成为今后发展的必然趋势。在生活垃圾分类收集的基础上进行资源化再利用，是实现垃圾减量的最有效路径。
生活垃圾分类资源化是一个系统工程，做好这项工作，需要用全局的、综合的视野来统筹考虑、系统谋划、全面推进，做到系统上的分类投放、分类收集、分类运输、分类处理。落实政府责任，加强组织领导和机构建设，建立有效的工作机制，完善分类配套体系，建立与分类品种相配套的收运体系，建立与再生资源利用相协调的回收体系，完善与垃圾分类相衔接的终端处理设施，探索建立垃圾协同处置利用基地。加大资金投入，完善生活垃圾分类的收费制度，完善法律法规和财政扶持制度，加大全社会责任强制与有效约束机制，加强公众宣传引导，发挥居民在垃圾分类中的主体作用，完善市场机制，加强市场在分类资源化中的主导作用。全社会形成封闭的循环利用，才能建立起完整的垃圾分类资源化体系，提高生活垃圾分类资源化行业的市场化、产业化，促进行业健康发展。
参考文献：
[1] 赵由才主编.《生活垃圾处理与资源化》.化学工业出版社.2016.8
论文作者:梁伍一
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/3
标签：垃圾论文; 生活垃圾论文; 物料论文; 资源论文; 技术论文; 工艺论文; 组分论文; 《电力设备》2018年第30期论文;