生态背景下城市生活垃圾综合利用的研究

城市生活垃圾（Municipal Solid Waste，MSW）是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定归为城市生活垃圾的固体废物。[3]城市垃圾主要来自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫、交通运输、工业企业单位及给水排水处理污泥等。

（一）餐厨垃圾的资源化

改革开放以来，我国国民经济长足进步，城市人口迅速增长，人民生活水平不断提高，城市餐饮业不断繁荣，餐厨垃圾的产生量空前增长。

1.餐厨垃圾的特点

餐厨垃圾具有一定的物理、化学及生物特性。含水率较高，80％左右脱水性能较差，高温易腐蚀，发生难闻的异味。同时油腻腻、湿淋淋的外观对人和周围环境造成不良影响。餐厨垃圾具有高的挥发分，化学元素组成中氮元素含量较高。从化学组成上，有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐等。其中有机组分为主，含有大量淀粉和纤维素等，无机盐中NaCl的含量较高，同时含有一定的钙、镁、钾、铁等微量元素。与其他垃圾相比，餐厨废弃物中有机物含量较高，含有较丰富的营养物质。

2.餐厨垃圾的饲料化处置

餐厨垃圾是食品废物的一种，营养成分丰富，餐厨垃圾的饲料化处置，能充分利用餐厨垃圾中的有机营养成分，餐厨垃圾的饲料化处置主要有以下三种形式。

第一种方式，餐厨垃圾直接作为动物饲料。由于其不能达到环境安全的要求，国外多数国家均严格禁止餐厨垃圾的这种处置利用方式。

第二种方式，通过高温干化灭菌、高温压榨等处理手段对餐厨垃圾中的细菌、病毒等污染物的控制，然后制成动物饲料进行资源化利用。日本对餐厨垃圾采用明火加热煮沸的方式，进行餐厨垃圾的消毒；赫东青等亦采用分选、蒸煮、压榨、脱油工序进行了餐厨垃圾处理生产蛋白质饲料的激素研究工作。[4]高温、压榨等处理手段对减少餐厨垃圾的细菌、病毒污染具有明显的效果，但仍然存在安全隐患。

第三种方式，是采用餐厨垃圾饲料特定非食物性生物，然后进行转化物质的提取应用。耿土锁等20世纪80年代机进行了餐厨垃圾等食品垃圾饲养蚯蚓提取动物蛋白的生产性试验。该方法通过餐厨垃圾得到动物蛋白，应该说，相比餐厨垃圾直接应用为动物饲料，进入食品循环，具有较高的环境安全性，但在蚯蚓饲养过程中存在环境影响的控制，蚯蚓蛋白的进一步利用途径安全性等，尚需进一步的研究确认。

3.餐厨垃圾堆肥

餐厨垃圾高温机械堆肥工艺包括餐厨垃圾的前处理、一次发酵、二次发酵和后处理等工序。

（1）餐厨垃圾的前处理

餐厨垃圾的含水率高，堆肥前需要调节水分到堆肥要求的最佳水分50％～60％，然后进行破碎、配料。配料时加入一定量的填充料，保证堆肥的颗粒分离以及一定的孔隙率、营养比，并进行微生物接种；前处理系统可简单表示为：餐厨垃圾一自然渗漏一离心脱水一破碎配料。

另外，有研究表明，餐厨垃圾经过厌氧处理（1～2 d）后，再进行好氧堆肥，可明显缩短堆肥周期，提高堆肥效率。

（2）一次发酵和二次发酵

餐厨垃圾堆肥的一次发酵和二次发酵，与其他原料的堆肥工艺类似。在餐厨垃圾堆肥过程中，由于餐厨垃圾的有机含量很高，对氧的需求量大，在运行参数上有一定区别。

（3）后处理

餐厨垃圾中杂物少，后处理主要有造粒、储存等系统，旨在提高堆肥品质及利用价值。

餐厨垃圾进入厂区后首先称重计量，取样测定水分后进行脱水、配料处理，调节含水率到50％～60％。水分调节后通过破碎机对餐厨垃圾中粗大物料进行破碎处理，再有装载机送入地面带有通分装置的一次发酵池内，强制通分12～15 d后进行二次发酵。二次发酵产物可作为成品非直接销售，为了提高堆肥产品的品质，可对堆肥产品进行精加工，制成精品堆肥销售，可获得较好的经济效益。

4.餐厨垃圾的其他资源化技术

（1）生物发酵制氢技术。

（2）蚯蚓处理技术。

（3）真空炸油技术。

（4）提取生物性降解塑料技术。

（二）废旧塑料的再生利用

塑料作为合成材料之一，已被广泛应用于人们的生活生产中。随着我国塑料产品的使用，废旧塑料也急剧增加，如各种塑料包装物、购物袋、农膜、编织袋、车辆保险杠、家用电器外壳、计算机外壳、工业废旧塑料制品、塑料门窗、聚酯制品（聚酯薄膜、矿泉水瓶、可乐瓶等）以及塑料成型加工过程中的废料等，形成了严重的“白色污染”，这种状况也已成为社会的突出问题。由于它们不能自行分解，若不进行处理或处理不当，将对生态环境产生不利的影响。因此必须采取积极措施，加强对废旧塑料的回收利用，促进塑料工业的健康发展。

常采用的回收利用方式有：①原形利用：废旧塑料经简单清洗后重新利用，这种方式的应用很有局限性；②化学利用：包括高温裂解、气化、降解方式；③加工利用：包括简单的机械回收、改性回收等方式；④热燃烧利用：粉碎废旧塑料作为燃料使用。尤其适用于那些因为过度污染、分离困难或塑料性质恶化等因素不能被加工回收的废旧塑料。

1.废旧塑料的直接利用

废旧塑料的直接利用系指不需进行各类改性，将废旧塑料经过清洗破碎、塑化，直接加工成型，或与其他物质经简单加工制成有用制品。国内外均对该技术进行了大量研究，且制品已广泛应用于渔业、建筑业、工业和日用品等领域。例如，将废硬聚氨酯泡沫经细磨碎后加到手工调制的清洁糊中，可制成磨蚀剂；将废热固性塑料粉碎、研磨为细料，再以30％的比例作为填充料掺加到新树脂中则所得制品的物化性能无显著变化；废软聚氨酯泡沫破碎为所要求尺寸碎块，可用做包装的缓冲料和地毯衬里料；粗糙、磨细的皮塑料用聚氨酯黏合剂黏合，可连续加工成板材；把废塑料粉碎、造粒后可作为炼铁原料，以代替传统的焦炭，可大幅度减少二氧化碳的排放量。

2.改性生产新材料

以废旧塑料为原料生产新材料，如建筑材料、涂料等，这是当前研究的热门领域，开发应用前景十分广阔。

（1）生产建筑材料

以废弃的泡沫塑料为原料，生产出一种绿色环保砌筑砂浆，有望取代普通砂浆，恢复和完善加气混凝土的保温功能。试验结果表明，该砂浆保温性和抗压强度都满足要求，工程实践证明，其可作为加气混凝土砌筑砂浆，是值得广泛推荐的建筑材料。

改性沥青是废旧塑料作为建筑材料的另一个用途，随着废旧塑料的加入，道路沥青的抗变形能力大大增加。在减少环境污染的同时，废旧塑料的附加值得以体现，变“废”为“宝”。且废旧塑料改性道路沥青实验条件并不苛刻，如温度条件在室温和200℃之间。废旧塑料大幅度改善了基质沥青的高温性能，对于道路沥青有着良好的改性效果。(www.xing528.com)

（2）生产涂料

目前，市场上流通的乳胶漆、绝缘漆、清漆等五花八门的涂料，都能够利用废旧塑料生产出来。在消除白色污染的同时，可创造很好的经济效益。以废旧的聚苯乙烯泡沫塑料等为原料在大量对比实验的基础上得出了最佳的涂料生产配方，生产的涂料为乳白色黏稠液体，常温下速干，漆面平整光滑，而且涂料的防水性、防腐性、稳定性指标符合涂料生产要求。还有根据聚苯乙烯比重轻、耐水、耐光、耐化学腐蚀等特点，将回收的废聚苯乙烯泡沫塑料经过加工、溶制改性、乳化等工序，制成用于内外墙使用的乳胶漆涂料。利用废旧塑料除了用来生产建筑材料外，也可以生产色漆、绝缘漆、复合材料等。

3.废旧塑料热解转化利用

废旧塑料的裂解转化利用技术是将以清除杂质的废旧塑料通过热裂解或催化热裂解等方式，使其转化成低分子化合物或低聚物。这些技术可用于以废旧塑料为原料，生产燃料油、燃气、聚合物单体及化石、化工原料。裂解无需对废旧塑料进行严格分选，前处理过程有所简化，特别适合混合废塑料的处理，既能净化环境，又能开发新能源，是废旧塑料成为有价值的工业原料，实现了材料再循环，提高了经济效益，是大有前途的开发项目。

4.废旧塑料的燃烧处理与热能利用

废旧塑料的燃烧也是一种常用的处理办法。由于塑料具有很高的燃烧热值，聚乙烯为46.63 GJ/kg，通过控制燃烧温度，可以充分利用废塑料燃烧产生的热量。废旧塑料燃烧回收热能不需要繁杂的预处理，也不需要与生活垃圾分离，焚烧后废塑料的质量和体积可分别减少80％和90％以上，焚烧后的残渣密度较大，再掩埋处理也很方便。因此，废旧塑料的热能利用具有极大的潜力，热能回收利用技术在国内外日益受到重视，在国际上已成为新的投资热点。由于我国废旧塑料回收再利用的综合技术比较落后，所以焚烧废旧塑料利用其热能也很适合我国国情。

废旧塑料能量回收的关键问题：一是焚烧技术，二是燃烧废气的处理。前者因塑料的热值较高以及废旧塑料种类不同，所以对焚烧炉的设计有一定的要求；后者由于环境保护的要求，排出的废气要无公害，所以必须进行处理。

（三）废纸的资源化利用

由于当今世界环境日趋恶化，人们的环保意识日益增强，为了节约能源减少污染负荷，减少森林砍伐，废纸的回收利用近十年来引起了越来越大的重视。特别是废纸回收利用带来的节省投资、降低成本以及减少废水治理等方面的好处，更给废纸的回收利用带来了巨大的推动力。此外，再生纸生产使用的化学药剂量比原生纸少，对河流的污染也要比原生纸少得多。可见，废纸再生与利用对减少污染、改善环境、节约能源及木材、保护森林资源等方面是非常有益的。

目前我国造纸工业所用的废纸分两大类：一类是国内废纸，主要有旧瓦楞纸箱、报纸杂志纸、旧报纸、纸箱厂的边角料、印刷厂的白纸切边、水泥袋、混合废纸及杂费纸等；另一类是进口废纸，主要有美国废纸、欧洲废纸及日本废纸，华南沿海部分纸厂使用一些香港废纸。

1.回收生产再生纸产品

纸张的原材料主要为木材、草、芦苇、竹等植物纤维，废纸又被称为“二次纤维”，主要的用途还是回用生产再生纸产品，用废纸作为造纸原料。废纸回用、再生新纸或纸板，可以节约资源、减少污染。如按生产1 t纸或纸板平均大约需要3 m3或2 t非木材原料计算，则生产100 t可节约300 m3或200 t非木材原料。另外，废纸再生过程所产生污染明显低于化学纸浆，尤其是不进行高温蒸煮处理的废纸浆，污染负荷显著降低。因此，废纸再生利用是造纸工业发展的重要途径。由于利用原木造浆的传统造纸消耗大量木材、破坏生态，并造成严重污染。因此，利用废纸的“城市造纸”已和造林、造纸一体化的“林浆纸一体化”成为现代造纸业的两大发展趋势。城市造纸同时还起到消纳城市垃圾的作用，体现“城市生产，城市消纳”精神。一些发达国家有配套的城市废纸再生基地。

废纸经过碎解净化一筛选一浓缩等几个阶段才能制成纸浆。一般用水力破碎机碎解废纸，再经疏解机将小纸片疏解分散，然后进入净化、筛选及浓缩工序。废纸脱墨常使用化学药品，还要用洗涤法或浮选法洗出纸浆中的油墨粒子。利用废纸的关键是解决废纸脱墨问题。

2.废纸的其他利用

（1）废报纸制作铅笔杆

我国的科技人员将铅笔芯与废报纸层层缠绕，加入偶联剂进行热合成型，让笔芯和废纸牢固地黏结在一起，再在最外边加上一层商标纸包装，便成了纸杆铅笔。其外观和使用方法与木杆铅笔差不多完全一样。而售价只有后者的1/4，特别适合小学生使用。这种纸杆铅笔既方便又便宜，笔杆废纸还可回收，节省木材，符合环保要求，一举多得。

（2）废纸制成小容量的纸瓶

瑞士的化工企业充分利用废纸做包装容器，他们的做法是，首先将废纸放入水中浸泡，再进行打浆，把疏解后的纸浆注入模具使之成型。送进干燥箱内放置数小时，脱模后即为包装纸瓶。可以用来盛装粉状固体或黏性强的半固体。若盛装液体（如洗发水、淋浴液），则纸瓶的内表面需涂布一层防水剂或塑料膜。

（3）废纸制造新型建筑材料

美国一家纸业公司把废纸粉碎，加入高分子树脂和玻璃纤维，然后将其压制成不同大小、厚薄和规格的板材。经测试，这种纸粉、树脂、玻璃纤维“三合体”的板材，其抗压强度为每平方厘米1.4 kg，并能耐100℃的高温，具备防水、防蛀、防火等功能，是一种十分理想的新型材料。试验表明，一间38 m2的房间只需用200 kg纸质建筑板材。

（4）废纸模压制复合材料

印度中央建筑研究院的科技人员，利用废纸、棉纱头、椰子纤维和沥青等作为原料，模压出新型建筑材料沥青瓦楞板。用这种沥青瓦楞板盖房屋具有质轻、成本低、抗水性好、不易燃烧的优点。

（5）废纸压制胶合硬纸板

前捷克斯洛伐克的科技人员，在温度为80℃的条件下，采用五层废纸和合成树脂，共同压制成一种胶合硬纸板，其抗压强度比普通纸板高2倍以上。用这种胶合硬纸板制成的包装箱，能使用钉子和螺丝钉，并能安装轴承滚轮，其牢固性几乎与用胶合板制成的包装箱一样。

（6）废纸加工成日用品等

法国、奥地利等国，人们常把难于处理的废纸通过破碎、磨制、加入黏结剂和各种填料后再成型，生产肥皂盒、鞋盒、隔音纸板、装饰用纸等。

（7）废纸制作小型家具

新加坡人利用旧报纸、旧书刊等废纸卷成圆形细长棍，外裹一层塑胶纸制作实用美观的家具部件，手工编织地毯、坐垫、提包、猫窝、门帘，甚至茶几、躺椅等家庭用具。

（8）废纸用做牲畜栏内铺垫物

以前牲畜栏内的铺垫物大多数是用干草、锯末。现在，美国和西欧已经纷纷采用废纸替代。英国的养牛场、养猪场和养鸡场，用废纸屑作栏内铺垫物后，证明效果良好。在肉用鸡栏内，从育雏到宰杀前一直铺垫废纸屑，每只鸡体重平均可增加7.9％。每饲养1 000只肉用鸡，仅需铺垫废纸屑192 kg。与传统的铺垫物干草、锯末相比，废纸屑比较卫生，不像锯末那样有单宁类的杂物，也没有像稻草中常见杀虫剂的残留物。故没有致病源，有利于饲养牲畜的健康。同时，废纸屑内水汽含量低，隔热性能比其他材料好，尤其适合雏鸡和新生幼崽的生长发育。

（9）废纸生产酚醛树脂

日本王子造纸公司研究成功了生产酚醛树脂的新技术。将废纸溶于苯酚中，使苯酚与低分子量的纤维素和半纤维素相结合，故制成的酚醛树脂强度比用苯酚和乙醛为原料所制成的产品强度高，热变形温度比以往的酚醛树脂高10℃。这种酚醛树脂的成本低，进一步加工可以作为酚醛清漆的原料，广泛用于涂刷木器、铁器和农具等。

（10）废纸回收甲烷

加拿大和瑞典的专家，将废纸打成浆，再向浆液中添加能分解有机物的厌氧微生物的水溶液；然后，移入反应炉，炉中废纸浆液里的纤维素、甲醇和碳水化合物等转变为甲烷；再用酶将其余抽出物除掉，即可得到燃料甲烷。