摘要 论述了现有城市生活垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理的3种方法，即填埋、堆肥和焚烧。讨论了这3种方法各自的局限性，提出了生物垃圾处理方法，将生活垃圾就地处理成有机肥料，从源头消除垃圾，减轻城市生活垃圾给环境造成的压力，避免二次污染，从而实现生活垃圾的无害化、减量化和资源化。

关键词  填埋  堆肥  焚烧  城市生活垃圾  生物处理

随着经济的发展、城市化进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100亿t。对垃圾泛滥成灾的现实，世界各国的视线已不再仅仅停留在如何控制和消毁垃圾这一老问题上，而是采取积极的态度和有力的措施，着手科学地处理、利用垃圾，将垃圾列为维持经济持续发展的“第二资源”，向垃圾要资源、要能源、要效益。

1. 现有城市生活垃圾处理方法

解决垃圾问题的目标是将垃圾减容、减量、资源化、能源化及无害化处理。目前主要有填埋、堆肥及焚烧处理三种方法。

1.1 填埋处理

垃圾填埋历史久远，是普遍采用的处理方法。因为该方法简单、省投资，可以处理所有种类的垃圾，所以世界各国广泛沿用这一方法。从无控制的填埋，发展到卫生填埋，包括滤沥循环填埋、压缩垃圾填埋、破碎垃圾填埋等。

采用填埋处理法，首先要防止从废物中挤压出的液体滤沥及雨水径流对地下水的污染。一般规范要求回填地最低处的标高要高出地下水位3.3 m以上，并且回填地的下部应有不透水的岩石或粘土层。否则需另设粘土、沥青、塑料薄膜等不透水层。其次，填埋场应设置排气口，使厌氧微生物分解过程中释放出的甲烷等气体能及时逸出，避免发生爆炸。回填后的场地，一般在20年内不宜在其上修建房屋，避免由于回填场不均匀下沉造成的结构破坏，但可作绿地、农田、牧场等使用。

填埋处理用地，尽量选用天然的或人工挖出的洼地，开发资源后的废粘土坑、废采石场、废矿坑等。将垃圾填埋于坑中，有利于恢复地貌，维持生态平衡，但如果在大面积的洼地、港湾、山谷等回填，则需考虑是否会破坏生态平衡。

1.2 堆肥处理

堆肥是我国、印度等国家处理垃圾、粪便、制取农肥的最古老技术，也是当今世界各国均有研究利用的一种方法。堆肥是使垃圾、粪便中的有机物，在微生物作用下，进行生物化学反应，最后形成一种类似腐殖质土壤的物质，用作肥料或改良土壤。

堆肥处理是利用微生物分解垃圾有机成分的生物化学过程。在生物化学反应过程中，有机物、氧气和细菌相互作用，析出二氧化碳、水和热，同时生成腐殖质。

堆肥的关键，在于提供一种使微生物活跃生长的环境，以加速其致菌分解过程，使之达到稳定。堆肥主要受废物中的养分、温度、湿度、pH等因素的控制。

根据堆肥原理，可分为厌氧分解与好氧分解两种。厌氧分解需在严格缺氧条件下进行，厌氧微生物分解生长较慢，故不多用。好氧分解过程可同时产生高温，可以杀灭病虫卵、细菌等，我国主要采用好氧分解法。

堆肥技术的工艺比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，可对垃圾中的部分组分进行资源利用，且处理相同质量垃圾的投资比单纯的焚烧处理大大降低。堆肥技术在欧美国家起步较早，目前已经达到工业化应用的水平。

1.3 焚烧处理

焚烧是指垃圾中的可燃物在焚烧炉中与氧进行燃烧过程。实质是碳、氢、硫等元素与氧的化学反应。垃圾焚烧后，释放出热能，同时产生烟气和固体残渣。热能要回收，烟气要净化，残渣要消化，这是焚烧处理必不可少的工艺过程。

焚烧处理技术的特点是处理量大，减容性好，无害化彻底，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化，因此是世界各发达国家普遍采用的一种垃圾处理技术。

通过焚烧可以使可燃性固体废物氧化分解，达到去除毒性、回收能量及获得副产品的目的。几乎所有的有机性废物都可以用焚烧法处理。对于无机-有机混合性固体废物，如果有机物是有毒有害物质，一般也最好采用焚烧法处理。焚烧法适用于处理可燃物较多的垃圾。采用焚烧法，必须注意不造成空气的二次污染。日本以及欧洲的瑞士、瑞典等国在一般焚烧法基础上，还发展了高温与中温分解，使垃圾在1650 ℃以上的高温下基本或完全燃烧，并回收释放的能量作为能源。

焚烧是销毁垃圾利用热能的一种垃圾处理技术。但是，只有对那些不能回收有价物，只能回收热能的垃圾，垃圾焚烧处理才是科学、合理的。

2.  现有城市垃圾处理方法的局限性

2.1 填埋处理的局限性

填埋处理埋掉了可利用物，填埋场地的选择越来越困难，运输、填埋、管理等费用也不断提高。填埋场占地面积大，同时存在严重的二次污染，例如垃圾渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应。而且填埋场处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新的填埋场，进一步占用土地资源。以北京为例，如果采用现在的技术，将北京市12000 t/d的垃圾进行卫生填埋处理，单是建设投资就高达7.2亿元人民币（不含征地费用），而且填埋场的寿命也只有12a。基于以上原因，国外从80年代以来，卫生填埋设施有逐渐减少的趋势，成为其他处理工艺的辅助方法，用来处理不能再利用的物质。

2.2 堆肥处理的局限性

堆肥处理不能处理不可腐烂的有机物和无机物，垃圾中的石块、金属、玻璃、塑料等废弃物不能被微生物分解，这些废弃物必须分捡出来，另行处理，因此减容、减量及无害化程度低；堆肥周期长，占地面积大，卫生条件差；堆肥处理后产生的肥料肥效低、成本高，与化肥比销售困难，经济效益差。引进国外技术投资巨大，不适合我国国情。发达国家由于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国的一般水平，因此靠堆肥只能处理15%左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了堆肥技术的推广。堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易腐有机组分进行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准，真正实现无害化和资源化。

2.3 焚烧处理的局限性

焚烧处理对垃圾低位热值有一定要求，不是任何垃圾都可以焚烧的。垃圾中可利用资源被销毁，是一种浪费资源的处理方法，即使回收热能也只能做到废物一次性再生的目的，无法实现资源的多次循环利用。焚烧产生的大量烟气，带走的热能又是一种很大的损失。产生的烟气必须净化，净化技术难度大、运行成本高。焚烧产生的残渣还必须消化。还有，焚烧设备一次性投资大，运行成本高。

传统的填埋、焚烧、堆肥等处理方法，易造成二次污染。由于生活垃圾生物处理具有降解快、无污染和能源化等优点，因而受到各国的青睐。

3. 生活垃圾生物处理方法

3.1堆肥处理法

堆肥是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖转化的生物化学过程，最终形成类似腐殖质，可作为肥料或土壤的改良剂。堆肥技术是实现城市垃圾资源化、无害化的一条重要途径。它不仅可以杀死垃圾中的病原菌，有效处理垃圾中的有机物，增加土壤中的有机成份，而且可生产有机肥料，有利于增加农业产量。特别适用以农业为主的国家。

由于传统堆肥处理法是利用堆制原料中的土著微生物来降解有机污染物，堆肥初期土著微生物数量少，需要一定时间才能繁殖起来，且各种微生物分解速度差别很大，因此传统堆肥往往存在发酵时间长、产生臭味且肥效低等问题。

研究表明，进行人为接种分解有机物能力强的微生物，可以加速堆肥材料的腐熟，提高温度，消灭某些病原体、虫卵等，并能控制臭气，增加堆肥成品中的有益微生物。因而通过加入复合微生物菌剂和调理剂或分解促进剂来提高和加速堆肥反应过程，成为目前垃圾堆肥研究的热点。

3.2厌氧消化法

厌氧是将复杂有机物在无氧情况下降解成N、P无机化合物和CH4、CO，、H：等气体。该方法在处理生活垃圾中十分盛行，不仅因为它有很高的处理效率，而且可获得甲烷等能源气体。

厌氧消化是将复杂有机物首先降解成游离糖、乙醇、挥发性脂肪酸(VFA)、H2及CO2，而后乙醇和挥发性脂肪酸被氧化成乙酸和H，最后一步是乙酸和H，被转化成CH4，这三步之间有着严格的相互协调作用。

LiY-Y和Siegmst等人指出，在消化过程中，产酸菌把复杂有机物水解或分解成VFA后，生长速率变慢，VFA氧化成乙酸、H2及CO2，这些是产甲烷菌合适的生长底物。挥发酸性脂肪酸VFA浓度与厌氧发酵效率的关系，一直是人们关注的焦点，因为VFA是厌氧发酵中重要的中间产物，如果浓度过高，则会形成菌体压力，致使pH值降低，最终导致发酵的失败。

通过浮选法获得的累积污泥垃圾(WAS)经过超声波粉碎、热处理和冷处理后，进行厌氧发酵，可以增加VFA浓度和产甲烷量。当VFA浓度达到小于产甲烷发酵的抑制水平时，就可以作为产甲烷菌的底物，因而降解速率增加，而且带有直链的VFA(C2-C6)降解速率大于其同分异构体。

3.3混合处理法

是将生活垃圾进行好氧与厌氧耦合处理，达到快速降解垃圾的目的。既能克服好氧堆肥周期长的缺点，又能在厌氧消化中获得能源。

中科院成都微生物研究所廖银章等人与美国佛罗里达大学进行合作研究，在发酵工艺方面取得了一些成果。他们用先好氧后厌氧发酵、两步发酵和高固体浓度发酵三种方法对城市有机垃圾厌氧产甲烷进行了研究。研究指出前者具有启动快、产气量高、处理周期短等优点。而直接采用厌氧发酵，由于挥发酸大量积累，启动困难，产气量少。采用两步法发酵可显著提高挥发酸和甲烷产量，还能提高城市固体废物的生物降解率。

Gabriele Schober等人利用两级消化及好氧处理工艺设备，经过这三个阶段过程，有机物去除率达96%以上，进一步证实了有机生活垃圾通过生物技术处理完全能够矿化。同时研究进一步指出城市固体垃圾，尤其是厨余垃圾，适合于消化降解工艺，而且两级消化比一级消化更方便、有效，含有可降解有机物垃圾消化，可获得大量气体。

4. 生活垃圾生物处理中的微生物

生活垃圾的生物降解均依赖于微生物对这些物质的分解作用，进一步了解研究这些微生物，对于生活垃圾的生物处理具有重要意义。

4.1瘤胃微生物

瘤胃是天然复杂的生物降解系统，因而研究瘤胃微生物对于我们了解生活垃圾降解机理具有很重要的借鉴作用和参考价值。但由于瘤胃微生物生态系统复杂多样而又独特，目前对于其降解机理了解还不够透彻。瘤胃微生物所需的养分主要来自于饲料中的蛋白质和碳水化合物。

上海农科院畜牧兽医研究所杭怡琼等人研究瘤胃微生物指出，瘤胃中白腐真菌在适宜的条件下，其菌丝首先利用其分泌的超纤维素酶溶解表面的蜡质，然后菌姓进入秸秆内部，并产生纤维素酶、半纤维素酶、内切聚糖酶、外切聚糖酶，降解秸秆中的木质素和纤维素，使其成为含有酶的糖类，以利于消化吸收。

华南理工大学陈庆今等人对瘤胃中微生物的研究指出，瘤胃内以异养厌氧菌为主，含有有机垃圾厌氧消化三阶段所需要的微生物种类，即瘤胃中存在水解菌、酸化菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌，瘤胃中的微生物是自然界中非常完整的一个有机物质转化的生态系统。一般厌氧消化都存在产物抑制的问题，但由于瘤胃微生物是一个复合菌群，一种反应的产物往往是另外一种反应的利用底物，底物抑制现象被排除。城市有机垃圾中木质纤维素是难以被降解的根本原因，而瘤胃微生物能够高效降解木质纤维素，是因为瘤胃菌群中存在各种可以分别降解木质素和结晶纤维素的微生物，它们分泌的各种酶类是降解的关键所在。

4.2堆肥微生物

二十世纪八十年代末国内外许多学者致力于研究鉴定堆肥过程中的微生物，从而筛选出有效的降解生活垃圾的微生物菌株。

Finstein等研究垃圾生物处理时，指出垃圾中所含微生物种群及其数量为该垃圾的基本属性之一，并对该垃圾的堆肥化过程有明显的影响。

康建雄也研究了生活垃圾堆肥过程中的微生物数量，指出垃圾中微生物数量与垃圾类型、垃圾产生源的地域分布无关，与产生源垃圾的新鲜度有关，同时确定垃圾处理过程中，中温微生物在数量上占优势。堆肥过程中有机物的分解与稳定化主要发生在高温阶段，此时中温型与高温型微生物都起着巨大作用。

中科院南京土壤研究所的顾希贤等从堆肥、畜粪、土壤等22个样品中，分离得到纤维素分解菌198株，经归并后有54株，其中真菌46株，放线菌7株，细菌1株，他们将分解纤维素的真菌接种于生活垃圾两次发酵时期，使堆温又一次上升，并维持4天以上，从而增加了堆肥腐殖质的含量，显著提高了堆肥的肥效。

高效复合微生物菌群与污泥混合堆肥，可提高有机污染物的生物降解率。清华大学席北斗等人利用高效复合微生物菌群对生活垃圾和污泥混合堆肥，可以迅速缩短堆肥过程。这些高效复合微生物菌群是由酵母菌、放线菌、乳酸菌、固氮菌、纤维素分解菌等多种微生物经特殊方法培养而成，它们依靠相互间协同作用，迅速分解垃圾中的有机物，并代谢出抗氧化物质，生成复杂而稳定的生态系统，增加堆肥中的含氮量，抑制有害微生物的生长繁殖。

4.3木质真菌消化降解垃圾

由于木质素由芳香烃的衍生物以C-C键、—O—键纵横交联在一起，其侧链又与半纤维素以价键结合形成一个十分致密的网络结构，将纤维素紧紧包裹在里面，以屏蔽效应阻碍了纤维素酶吸附纤维素分子，因而是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一。

据研究报道，木质素的完全降解是真菌、细菌及相应微生物群落共同作用的结果，其中真菌在降解木质素过程中起着主要作用。降解木质素的真菌根据腐朽类型分为：白腐菌、褐腐菌和软腐菌。前两者属担子菌纲，软腐菌属半知菌类。白腐菌降解木质素的能力优于其降解纤维素的能力，它能够分泌胞外氧化酶降解木质素，而后两者降解木质素的能力弱于其降解纤维素的能力。因此白腐菌被认为是最主要的木质素降解微生物。

白腐菌降解木质素机理：首先是产生H2O的氧化酶：细胞内葡萄糖氧化酶，细胞外乙二醛氧化酶。它们在分子氧的参与下氧化相应底物激活过氧化物酶，从而启动酶催化循环。同时，合成对木质素降解起作用的胞外酶，这些酶包括白腐菌分泌的虫漆酶(1accase)，木素过氧化酶(lignin peroxidase)，氧化酶(oxidative en.zyme)，依赖锰的过氧化酶(manganese peroxidase)以及酚氧化酶(phenoloxidase)。其中漆酶是氧化酚类物质，它将酚上的氢给予氧生成醌自由基，借助自由基反应，与木素的部分分解一起发生高分子化，这些反应主要导致侧链和芳香环裂解。在白腐菌降解木质素过程中，木质素降解酶作为高效催化剂参与反应，借助自身形成的H2O2，靠酶触启动一系列的自由基链反应，先形成高活性的酶中间体，将木质素等有机物(RH)氧化成许多不同的自由基(R·)和氧化能力很强的羟基自由基(·OH)，实现对木质素的生物降解。

4.4有效微生物(EM)在生活垃圾处理中的应用

EM(Effective Microorganisms)即有效微生物群，是一种集乳酸菌、酵母菌、放线菌和光合细菌等5个科、10个属、80余种微生物组成的微生态制剂。EM是日本科学家比嘉照夫教授的研究成果，1992年开始用于生产，可用于农用、养殖业及环境保护等方面。

日本利用EM技术已取得了相当的成功。其中，在生活垃圾处理方面，日本已开始推广EM技术，并提出在家庭内将厨房垃圾变成有机肥料。用于生活垃圾发酵的专用粉状EM只需用0.2% EM(以米糠为主要成分)的发酵物，按1%的用量接种到有机生活垃圾中，进行厌氧发酵，夏季经7天后有机垃圾即被分解，且无臭无蚊蝇孳生，同时可得到无臭味的、可直接还原于土壤的活菌肥料，并可用于蔬菜和花卉的栽培。

同济大学利用Z-lant技术研制了一台生活垃圾处理装置，该菌液由多种EM微生物培养而成，与生活垃圾一起投入垃圾处理装置进行反应，生活垃圾迅速被有效微生物群消化分解，最终变生活垃圾为有机肥料。

5. 感想

城市中的生活垃圾已经成为一个严重的环境问题.如何更好的治理和利用它,减少污染,减轻环境负荷已经切实的摆在了我们的面前.综合上述几种方法,我认为最清洁最高效的应该是生物方法,所以研究生物酶技术是很有前景的.

现在城市生活垃圾的处理方法主要有填埋，堆肥和焚烧三种方法。填埋是用的最多的方法，但是它的弊端也是显而易见的，占用大量的城市用地，而且如果处理的不好，垃圾渗滤液会倾入地下，污染地下水。埋入地下的垃圾回在土壤微生物的作用下厌氧分解产生大量的甲烷，二氧化硫等气体，如通风条件不好，极易发生爆炸。焚烧法虽然能有效的减少垃圾的体积，不会占用大量的城市用地，但是在焚烧的过程中回产生大量的有害气体，造成大气污染，影响空气质量。如果焚烧产生的热量能有效的利用起来也未尝不是件好事。但由于技术及资金的原因，这些热量几乎很少被利用起来。因此，堆肥法便成为最环保的方法了。但是堆肥的周期比较长，堆肥产生的肥料的价格比较昂贵，所以他的销路也是一个问题。

通过这次的查找资料的过程让我了解了许多生活垃圾处理的方法，学到了书本上没有的知识。高中的时候我曾利用假期调查了合肥市的生活垃圾处理情况，结果令我很吃惊。合肥市生活垃圾处理厂引进了一套垃圾分捡及堆肥处理设施，但是因为资金的缘故而一直闲置着。这让我很费解。环保工作是一项公益事业，需要政府部门的大力支持和全社会的共同关注。虽然在环境处理的技术工艺方面我们取得了很多进步，但是我们也需要加强制度建设，把新技术，新工艺用到治理环境的过程中。

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