[科普中国]-有机废物处理

概念

有机废物处理是指对有机废弃物及其污染物进行物理、化学和生物方法处理，使其减少对环境的污染甚至变废为宝。有机废物是危险废物中重要的一类，有些有机废物具有毒性、持久性和难降解性，因此，对环境和人类具有很大的危害，如多氯联苯、剧毒农药等。1

内容有机废物指含有大量有机化合物的固体废弃物。如许多主要生产有机物制品的糖厂、啤酒厂、食品厂、药剂厂、制革厂、造纸厂、印染厂、木材厂等排放的废料中的固体物或废液中的沉积物；农村中农业生产、农产品加T以及城乡居民生活中排出的固体废弃物品，人、畜粪便及栏圈铺垫物；自然界中积存的动植物残余，如抖落的树叶、禽兽遗骸、污泥等。它们涉及T农业生产的许多行业产物、城乡生活废物、天然产物等，品种极多，化学成分十分复杂。2

近年来，随着经济的快速发展，人民生活水平的不断提高，有机废物的数量也迅速递增。据统计，我国城市垃圾的历年堆存量高达60亿吨，近十年来城市垃圾的年均增长率为8%～10%。有机固体废弃物的特点是有机质含量高，多数容易被微生物所利用。另外，有机固体废弃物中常常含有较高的氮和磷元素。如果对有机废物处理处置方式不当、将导致侵占土地、污染水体和土壤、污染大气、传播疾病等一系列环境问题和社会问题，在一定程度上影响到经济的稳定、健康发展。

总体上，就我国目前的有机废物处理处置技术和利用方式而言，有机废物的处理是一个高成本、低收益的过程，这一现实直接导致有机废物的处理率低，许多处理设施不能正常运行、有机废物造成的环境污染形势依然严峻。在全球能源短缺、资源紧张的大背景下，需要重新审视我国传统的有机废物处理处置和利用方式。由于有机废物的有机质含量较高，和一般固体废弃物比较，更容易被生物利用，因此从另一个角度而言，有机废物也是一种资源。所以，需要采用创新的技术对有机废物进行资源化再利用，变废为宝，在治理污染的同时，将有机废物生物转化为有用的资源和产品，符合循环经济的理念，也将是我国解决有机废物污染的重要发展方向。因此，发展对有机废物的资源化处理处置新技术已成为我国迫切需要解决的重要课题，是我国今后环境生物技术的重点研究方向之一。

目前，国内外针对有机废物资源化再利用的研究领域主要有：①厌氧或好氧堆肥；②厌氧产甲烷；③发酵产氢；④微生物燃料电池发电；⑤生物、化学产品。以上研究领域中，有机废物资源化再生产得到的产品各有优势和不足，其中有机废物生物堆肥技术和厌氧产甲烷技术研究时间较长，技术水平较成熟，目前已经得到了广泛的应用。而有机废物发酵产氢技术、微生物燃料电池技术以及有机废物生物转化生化产品技术是近些年新兴起的研究领域，具有很大的发展潜力。利用生物发酵过程将有机废物转化为生物化学产品的技术含量高、产品附加值高，和其他几种资源化技术相比具有独特的优势。据估算，每吨生物质可生产出的化学品的价值(按中间产品——乙酸估算)大约比能生产出的燃料的价值(按甲烷估算)高4倍。因此，利用有机废物这种廉价易得的原料进行生物转化，生产一些具有市场竞争力的生物和化学产品，是一条具有广阔应用前景的有机废物资源化利用新思路。1

处理目的处理有机废物的原因并不总是一样，它常取决于废物的类型和其后续方向，可以说有机废物的处理是有多重目的的，但其根本处理目的是：①减少有机废物的危险特性；②把有机废物分成单一成分，其中的一部分或全部部分可以进一步使用、回收或处理；③减少最后必须处置的废物数量；④把废物转变成有用材料。3

处理技术有机废物种类繁多，其处理方法也不尽相同，概括起来，分为物理方法、化学方法、生物化学方法3大类。物理方法即是利用有机废物的物理或物理化学性质，从中分选出有害物质或有用物质。如利用其重力、磁性、光电性、粒度等特性，进行重力分选、磁选、浮选等。化学方法是使垃圾发生化学转换，从中回收物质及能量的方法。如煅烧、溶剂浸出、焚烧等方法都属于化学方法。生物化学方法则是利用微生物的生物化学作用将复杂的有机物转换为简单的物质，将有毒物质转换为无毒物质。

①堆肥法

堆肥法处理固体有机废物是固体有机废物处理的三大技术(卫生填埋、堆肥、焚烧)之一，通过堆肥处理，将其中的有机可腐物转化为土壤可接受且迫切需要的有机营养土。这样不仅能有效地解决固体有机废物的出路，解决环境污染和垃圾无害化问题，同时也为农业生产提供了适用的腐殖土，从而维持自然界良性的物质循环。

堆肥法就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被微生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。堆肥化的产物称为堆肥。堆肥是一种深褐色、质地松散、有泥土味的物质。这种物质的养料价值不高，但却是一种极好的土壤调节剂和改良剂，其主要成分是腐殖质。

②卫生填埋

填埋是固体废物处理的传统方法，传统填埋会造成对水源和大气的污染。由于微生物的分解作用产生垃圾场渗沥水，使垃圾中的重金属和有毒、有害物质会渗入地表污染地下水。填埋场地散发出的有毒气体也会污染环境，美国Love Canal公害事件就是最明显的例证。因此，世界上许多国家都先后制定法规，如美国1976年修订颁布了《资源保护和回收法》，禁止使用传统的填埋方法；英国1977年实行了《填埋场地许可标准法》。这就促使传统的填埋方法不断改进和完善，出现了卫生填埋法。除极少数国家(如瑞士、日本和丹麦等)有一半以上的垃圾是用焚烧处理外，其他各国(它们都是世界经济强国)有一半以上的垃圾均采用了卫生填埋。

地下填埋和堆高填埋是两种常见的垃圾处置模式。不论是哪类垃圾，有害的还是无害的，在一定的水文、气象、地质条件下都可以选用其中的一种作为垃圾的处置方法。地下填埋法就是在地面以下进行填埋的方法，其适用于干燥、河网密度小、降雨量小、蒸发量大、地下水位低和地表水不补给地下水的地区。由于这些地区的黏性土层厚度大、透水性差，垃圾渗滤液难以向下迁移而污染地下水。堆高填埋处置模式就是在地面以上将垃圾铺开、分层压实并覆盖起来的方法，在潮湿、河网密度大、降雨量大、蒸发量小、地下水位高、地表水和地下水互为补给的地区，多采用此法。4

③焚烧

在国外，有机物的精蒸馏残渣在单元操作车间装桶收集后，大多采用焚烧方法处置。焚烧的主要目的是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并尽量减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。焚烧处理技术的核心是燃烧的合理组织和二次污染的防治。

焚烧法是处置危险废物的一种方法，燃烧危险物质使之分解并无害化。焚烧是一种高温热处理技术，即以一定的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有毒有害物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理处置技术。目前焚烧处理的工艺和设备很多，主要的焚烧装置有旋转炉、固定床炉、流化炉、工业锅炉和水泥窑等，焚烧炉是利用燃烧方式处理废物的主体设备，可以有效去除精蒸馏残渣所含的有毒有害有机物质。焚烧能力是以焚烧量来表示的，是焚烧炉每小时焚烧危险废物的质量。3

④等离子体处理

等离子体处理系统通过在低压蒸汽下传导电流创建热等离子体来处理含氯有机物和其他废物。等离子体可以用作焚烧或热解热源，或者将废物注入等离子体高温区将废物分解成原子，这项技术用来处理液态和可泵的固体废物。等离子体系统技术用等离子体装置(通常称为等离子焰炬)产生10000℃的高温销毁诸如PCBs和POPs这样的剧毒废物。等离子体去除危险废物的技术最近才从试验阶段上升到大规模生产阶段，还可望作为去除液态PCBs和POPs的手段。排放的气体和炉渣可以在与高温焚烧相似的处理系统中处理，但规模要小得多。最普通的等离子体产生形式是通过气体放电。通过气体，电能转化为热能，并且被活跃的气体分子吸收变成离子化状态。等离子体是高温分解工艺，它不需要像传统的焚烧炉那样再消耗能量去加热多余的空气，因此，由于没有多余的空气，后续的气体处理系统规模就非常小。等离子体系统用电能作为能源，处置费用昂贵。等离子体设备在原产国安装很容易，并且占地很小，设施建设费用也很高。

⑤热解吸

热解吸用来汽化有毒有害有机污染物，使它们能从固体物质中分离出来。然后用其他的系统处理解吸后的有机物。解吸系统包括废物处理和废物输入系统、热解吸室、处理各有机化合物的隔离的气体冷凝室、分离室和处理系统。热解吸将污染物从土壤中分离出来，污染的土壤在解吸室里加热，水、有机化合物和某些金属被气化，气体和抽真空系统将气化的水和污染物输送到隔离气体处理系统。该系统的目的是挥发污染物，同时不使它们氧化。利用控制解吸的温度，热解吸工艺可以分为高温热解吸和低温热解吸。低温解吸经常用作修复土壤中的燃料污染物。除非温度加热到超过了低温解吸的范围，否则土壤中的有机化合物不会被破坏，被处理过的土壤还能为生物滋生提供养料。

⑥现场玻璃化技术

现场玻璃化(ISV)是一种已经工业化的技术，用作污染场址的修复和废物处理。它是可移动的，热处理工艺用电加热和熔化污染土壤、淤泥和其他土壤物质。处理结果使有机污染物被破坏和非有机污染物长期滞留在整个的玻璃制品中。3

⑦其他去污技术

生物修复是指利用微生物分解污染土壤的有机化合物，该工艺的关键是确定恰当的生物行使这一职能。合适的湿度、温度、含氧量、饲料来源都是这一工艺得以成功地应用的限制条件。在实施这一工艺的现场处理土壤，不用把土壤转移到别的地方去处理。就地更新通常是用本土的生物细菌和营养液增加生物数量。异地处理技术是通过控制温度和湿度来处理挖出来的土壤。对于污染程度低的土地，利用这一工艺，费用适宜、效果好、事后能有效清理污染场地。一般不适宜处理被杀虫剂严重污染的场所，但对POPs和多氯联苯含量低的场所可以适用。

用生物学方法处理多组分的复合恶臭气体的效果具有优越性，特别是它能脱除一般方法难以治理的焦臭味。该项技术净化效率高、操作简单、适应性强、费用和能耗低，又能避免污染物中间交叉转移。据估算，该项技术较常规的物理、化学方法，其投资费用可节省1/4，运行费用可节省近1/2，经济优势和环境效益十分引人注目。4