2.3 城市生活垃圾的组成及能源化利用方法
城市生活垃圾，是指城市居民在日常生活或为城市日常生活提供服务的活动中所产生的固体废物，不同来源的垃圾，其成分和特性也不相同。
2.3.1 城市生活垃圾的组成
城市生活垃圾主要由居民生活垃圾、街道保洁垃圾和单位垃圾等组成。
居民生活垃圾主要由厨余垃圾、食物残渣、一次性泡沫饭盒、废纸、废纸箱、废塑料、废织物、废金属、玻璃陶瓷碎片、砖瓦渣土、粪便，以及废家用什具、废旧电器、庭院废物、煤灰等组成，还包括少量废电池、灯泡等有毒有害垃圾。这类垃圾约占城市垃圾的60%，成分最为复杂，受时间和季节的影响也较大，有较大的波动性。街道保洁垃圾含有较多的泥沙、灰土、枯枝败叶及商品包装等，而易腐的有机物较少，热值比居民生活垃圾高。单位垃圾来自机关、团体、学校、商业区、写字楼、工厂、三产（第三产业的简称）等的生产、生活和工作过程，这类垃圾成分因来源不同而变化，构成较为单一稳定，平均含水率较低，高热值的易燃物较多，其低位热值一般为6～15MJ/kg。
城市生活垃圾成分复杂，而且变化幅度也很大。其组成主要受自然环境、气候条件、城市发展规模、居民生活习惯、经济发展水平和民用燃料结构等影响。城市生活垃圾在产量迅速增加的同时，垃圾构成也发生了很大的变化，主要表现为：a．有机物不断增加，平均值超过50%，易腐垃圾增加；b．垃圾中无机物的含量持续下降，居民对煤的需求量较小，导致垃圾中的灰土含量比重较低；c．近几年，城市垃圾中的可回收物大幅度增长，平均值由11.7%增长到26.6%，增长了1倍以上；d．垃圾中可燃物增加，垃圾的热值有所提高。其中，塑料、橡胶类含量近几年也增长较快，平均值由2.77%增长到11.4%，增长了3倍以上；其次为废纸，平均值由2.85%增长到6.64%，也增长了1倍以上。织物、竹木的含量变化相对较小。
2.3.2 城市生活垃圾对环境的影响
随着全球城市化进程的加快和人类生活水平的提高，城市数量不断增加，规模持续扩大，城市生活垃圾大量产生，已成为一个污染环境、危害市民身体健康和妨碍城市发展的严重社会问题。以我国为例，全国城市年产生活垃圾已达1.5亿吨，并以每年8%～10%的幅度增长，垃圾侵占土地面积已超过5×108m2，全国已有200多座城市被垃圾包围。城市垃圾的无害化、减量化和资源化已迫在眉睫。
城市生活垃圾对环境的影响包括以下几个方面：
（1）影响城市市容和环境卫生
从感官性状来说，城市生活垃圾因含有大量的厨余垃圾及一次性泡沫饭盒等，影响人的视觉和嗅觉的舒适感和生活卫生，尤其是其中所含的厨余垃圾和食物残渣，很高的含水量和有机组分使其成为微生物的温床，长期堆放会发酵变质，产生的恶臭气体会造成不同程度的大气污染，严重影响居民的生活，使城市的市容市貌遭到破坏。同时，高含水率使得垃圾的运输与处理难度增加。另外，垃圾长期堆放产生的垃圾渗滤液会污染土壤、地表水及地下水资源。
（2）传播疾病
裸露堆放的城市生活垃圾会引来并滋生大量的蚊蝇、老鼠、害虫等，不可避免地成了传播疾病的媒介，而且长期存放会腐烂变质，也会产生大量的细菌和病毒，极易通过空气、水、土壤等环境媒介而传播。
（3）对水体造成污染
垃圾中的腐蚀物在自身降解期间会产生水分，径流水以及自然降水也会进入垃圾中，当垃圾中的水分超出其吸收能力之后，就会渗流并流入周围的地表水或者土壤中，从而给地下水以及地表水带来极大的污染。
（4）侵占土地
大量的城市垃圾无法堆放就有可能会堆积到郊外的农田中，未经处理的生活垃圾堆放在农田中很可能会导致农田的性能下降，更严重的还会造成农田的保水保肥能力不足，使良性农田减少，这就出现了垃圾侵占土地的现象。
（5）造成安全隐患
把垃圾堆放在一起，进行覆盖，会使垃圾中的沼气量大幅度增加，极易引起垃圾爆炸事故，给人们造成极大的损失。
由于城市生活垃圾的产生量非常大，且分散，难以收集和运输，因此其资源利用率较低，这也加剧了对环境的污染。因此，如果对城市生活垃圾进行能源化利用，首先要解决其分类收集与分选回收等问题。
2.3.3 城市生活垃圾的分类收集
随着人民生活水平的提高，垃圾的构成也发生了很大的变化，具体表现为垃圾中灰渣含量持续下降，易腐垃圾和可燃物增多，可回收废物数量也有所增加，可利用价值增大。城市生活垃圾中可回收废物包括废纸、废塑料、废玻璃、废橡胶和废旧金属等，如果加以回收再利用，不仅可以减少最终无害化处理的数量，减少对环境的污染，而且可节约资源和能源。因此，要实现垃圾资源化，应从源头开始，加强管理，推行垃圾分类收集。
垃圾混合收集，容易混入危险废物如废电池、日光灯管和废油等，不利于对危险废物的管理，并增大了垃圾无害化处理的难度。我国人均资源和能源并不十分丰富，垃圾混合收集不利于垃圾中可利用物质的回收和循环利用，降低了有机物资源化和能源化价值。垃圾混合收集后再利用浪费人力、物力和财力。此外，垃圾混合收集可能造成严重的交叉污染和二次污染。
分类收集是按垃圾性质的不同，将城市生活垃圾进行分类后收集。通过分类收集，可有效实现废弃物的循环利用和最大限度的回收，为卫生填埋、堆肥、焚烧发电等垃圾处理方式的应用奠定基础。
美国、德国、新加坡等发达国家较早提出并实施在垃圾分类回收的基础上进行资源化处理，已经建立了相对完善的分类回收处理系统。而我国在城市垃圾处理方面由于起步较晚，加上种种客观因素的影响，目前主要以卫生填埋为主，其他方式仍处于试点和起步阶段。20世纪90年代末，为解决生活垃圾问题，国内不少城市借鉴发达国家的垃圾处理方式，开始推行分类收集措施。2000年，北京、上海、杭州等8个城市开始垃圾分类收集试点，但在随后的媒体采访中发现，这种做法在大部分城市都形同虚设。直到现在，绝大多数市民仍然不清楚可回收垃圾与不可回收垃圾之间的区别究竟在哪里。虽然在一些城市，如北京、青岛等地的垃圾分类率已达到了10%，但因为普遍实行袋装化收集，效果大打折扣。究其原因，主要有以下几点：一是源头配合不力，市民对垃圾分类收集的意识严重欠缺，没有认识到垃圾分类给自己带来的好处；二是分类后收集转运需要的人力、物力、财力巨大。目前，随着垃圾分类工作的逐渐推进，垃圾分类已成为一种新时尚，垃圾分类将在居民生活中全覆盖。
2.3.4 混合垃圾的分选回收
城市生活垃圾的种类繁多，其形状、大小、结构和性质各不相同。为了便于对它们进行合适处理，需要进行必要的分选回收处理。城市生活垃圾分选回收系统包括收集、运输、破碎、筛分、重力分选、磁力分选、摩擦与弹跳分选和浮选等，分选回收可得到的产品为轻质可燃物（纸张、塑料、布料等有机物）、金属类（废钢铁、铜、铝等）、玻璃和其他无机物。
（1）城市生活垃圾的分选
在城市生活垃圾处理和回收利用之前必须进行分选，将其中的有用成分分选出来加以利用，并将有害组分分离出来。根据物料的物理和化学性质（如粒度、密度、重力、磁性、电性和弹性等），可分别采用人工分选、筛分、风力分选、跳汰机分选、浮选、电选等分选技术。
筛分是利用筛子将粒度范围较宽的颗粒群分成窄级别的作业。该分离过程可看作是由物料分层和细粒透过筛子两个阶段组成的，物料分层是条件，细粒透过筛子是分离的目的。为了使粗细物料通过筛面分离，必须使物料和筛面之间发生适当的相对运动，使物料处于松散状态。适用于城市生活垃圾的筛分设备主要有固定筛、筒形筛、振动筛和摇动筛。
重力分选是在活动的或流动的介质中按颗粒密度或粒度进行分选的过程。重力分选的介质有空气、水、重液（密度大于水的液体）、重悬浮液等，按作用原理可分为气流分选、惯性分选、重介质分选、摇床分选、跳汰分选等。气流分选的作用是将轻物料从较重的物料中分离出来，它的基本原理是气流将较轻物料向上带走或在水平方向移动较远的距离，而重物料则由于向上的气流无法支撑它而沉降，从而与轻物料相互分离。被气流带走的轻物料可通过旋流器进一步从气流中分离出来。气流分选具有工艺简单等优点，作为一种传统的分选方式，被广泛应用于城市固体废物的分选中。
磁力分选是利用各种物质的磁性差异在不均匀磁场中进行分选的一种处理方法。颗粒通过磁选机的磁场时，同时受到磁力和机械力（包括重力、离心力、阻力和摩擦力等）的作用，磁性强的颗粒所受的磁力大于其所受的机械力，而非磁性颗粒所受的磁力则较小，机械力占优势地位。由于作用在颗粒上的磁力和机械力的合力不同，使它们的运动轨迹也不同，从而实现分离。
磁流体分选是近30年发展起来的一种新的分选方法，工作原理是以磁流体作为分选介质，在磁场或磁场和电场的联合作用下产生“加重”作用，利用各组分的磁性和密度差异，或磁性、导电性和密度差异，使不同组分分离。当各组分间的磁性差异小而密度或导电性差异较大时，采用磁流体可有效进行分离。
（2）城市生活垃圾的破碎
通过外力破坏物体内部凝聚力和分子间作用力的过程统称为破碎。固体废物破碎机的种类很多，不同类型破碎机依靠不同的破碎作用来减小废物尺寸，选用的依据主要为待处理废物的类型和希望得到的终端产品。破碎作用可分为冲击破碎、剪切破碎、挤压破碎和摩擦破碎等。
冲击作用有两种形式，即重力冲击和动冲击。重力冲击是物体在重力作用下落到一个硬的表面上，如玻璃制品落在地面变成碎片。动冲击是物料与硬的快速旋转表面发生作用。剪切作用是切开或割断废物，特别适用于低SiO2的松软物料。挤压作用是将物料放在两个硬表面之间进行挤压，这两个表面或一个静止一个移动，或两个同时移动。摩擦作用是在两个硬表面中间夹有较软材料，彼此碾磨所产生的作用。
处理固体废物的破碎机主要有颚式破碎机、辊式破碎机、冲击破碎机和剪切破碎机。颚式破碎机主要利用冲击和挤压作用。辊式破碎机利用冲击、剪切和挤压作用。冲击破碎机有锤式破碎机和反击式破碎机，锤式破碎机利用冲击、摩擦和剪切作用。此外，还有低温破碎和湿式破碎技术等。
（3）城市生活垃圾的压实
固体废物可以设想为各种颗粒的集合体，颗粒之间的空隙充满了气体。进行压实处理，可以减少运输量和处置体积。所谓压实处理，就是通过施加压力以提高废物的密度。对于均匀松散的物料，其压缩比（即固体废物压实前的体积与压实后的体积之比）可达到3～10，若破碎后再压实，其压缩比可达5～10。如日本采用高压压缩技术处理城市固体废物，经三次压缩，最后一次压力为2.5MPa，最终密度为1100～1400kg/m3。
2.3.5 城市生活垃圾的能源化利用方法
目前开发、使用的城市生活垃圾能源化利用技术主要是垃圾的热化学氧化（焚烧）、热化学液化（包括热解液化和水热液化）、热化学气化（包括热解气化、气化剂气化和水热气化）、热化学炭化（包括热解炭化和水热炭化）、物理转化（城市生活垃圾制衍生燃料）和生物转化技术（厌氧发酵制氢或产沼气）。
（1）热化学氧化
城市生活垃圾的热化学氧化处理是使城市生活垃圾在一定温度条件下与氧发生剧烈的反应而放出热量。常用的城市生活垃圾热化学氧化处理技术是焚烧。
中国垃圾焚烧技术的研究起步于20世纪80年代中期，焚烧发电技术目前被认为是垃圾无害化、减量化、资源化处理最有效的方式。目前，我国已有不少城市建立了垃圾焚烧处理场，利用焚烧产生热量发电，取得了较好的环境和经济效益。
通过焚烧对城市生活垃圾进行处理与能源化利用，不是指传统意义上的露天点燃垃圾的粗放做法，而是集中将城市生活垃圾中分拣出来的可燃物在焚烧炉中与氧进行燃烧，生成烟气和固体残渣，回收热能、净化烟气或填埋残渣。我国建设部早在1991年就提出“有条件的地方垃圾处理应逐步走焚烧化道路”。深圳市于1985年从日本三菱重工业公司成套引进两台日处理能力为150t的垃圾焚烧炉，成为我国第一座现代化垃圾焚烧厂。目前全中国大多数大中城市都已建有垃圾焚烧炉，但从运行情况来看，大多数城市生活垃圾焚烧处理并不理想：一是垃圾在运往焚烧厂之前没有经过分类，运输量大、运输成本高，垃圾质量不高，严重影响到焚烧效果；二是由于缺乏足够的经验，焚烧技术和烟气处理技术的引进不能同步，设备投资较高，一直未能有实质性的进展；三是有些地方由于难以寻找合适的垃圾焚烧厂以及受资金、技术等方面的约束，只注重把垃圾烧掉，没有考虑充分利用所产生的热能，也没有认真对待焚烧所产生的大量有害气体——二
英，导致了二次污染局面的出现。
目前，与垃圾焚烧有关的争议也日趋白热化。有人认为焚烧不是一种最好的、科学的垃圾处理方法，因为垃圾焚烧过程会产生有致癌作用的二
英和吸附有重金属的焚烧飞灰。正因为此，城市生活垃圾焚烧已逐渐被热化学液化、热化学气化和热化学炭化等热化学转化技术和生物转化技术取代。
（2）热化学液化
热化学液化是在一定的温度和压力条件下，将城市生活垃圾经过一系列化学加工过程，使其转化成生物油的热化学过程。城市生活垃圾热化学液化对原料的适应性强，生物质利用率高，反应时间短，易于工厂化生产，产品能量密度大，易于存储和运输，直接或加以改性精制就可作为优质车用燃料和化工原料，不存在产品规模和消费的地域限制问题，因而成为国内外研究开发的重点和热点。
根据热化学加工过程的不同技术路线，城市生活垃圾的液化可分为热解液化和水热液化。具体技术内容参见2.1.4的相关内容。
（3）热化学气化
热化学气化是在一定的温度条件下，将城市生活垃圾经过一系列化学加工过程，使其转化成小分子气体的热化学过程。根据热化学加工过程的不同技术路线，城市生活垃圾的气化可分为热解气化、气化剂气化和水热气化。具体技术内容参见2.1.4的相关内容。
（4）热化学炭化
城市生活垃圾热化学炭化是指在一定温度条件下将城市生活垃圾中的有机组分进行热分解，使二氧化碳等气体从固体中被分离，同时又最大限度地保留城市生活垃圾中的碳值，使城市生活垃圾形成一种焦炭类的产品，通过提高其碳含量而提高其热值。根据热化学加工过程的不同技术路线，城市生活垃圾的炭化可分为热解炭化和水热炭化。具体技术内容参见2.1.4的相关内容。
（5）物理转化
一般说来，城市生活垃圾的着火点很低，可直接作为燃料燃烧产热，但由于其能量密度较低，持续燃烧时间短，因此，也可采用物理转化的方式，将其通过分选、粉碎、干燥、成型造粒等过程，生产出高热值、高稳定性的固体燃料。生产的固体燃料一般称为垃圾衍生燃料（refused derived fuel，RDF）。
RDF大小均匀、所含热值均匀、易于运输和储存、组成相对稳定，在常温下可贮存几个月而不会腐败。添加剂有助于炉内脱氯、脱硫而降低HCl、SOx和二英的生成，有利于控制污染物的排放。RDF可以作为供热、发电和水泥行业的燃料，燃烧后剩余的灰渣不需填埋，直接作为生产水泥的原料。垃圾衍生燃料技术已成为城市生活垃圾资源化利用领域的增长点。
（6）生物转化
城市生活垃圾的生物转化是指在微生物或酶的作用下，通过厌氧发酵将城市生活垃圾转化为沼气或氢气等可燃气体，从而实现能源化利用。
卫生填埋是城市生活垃圾经过焚烧或者堆肥处理工艺、实现垃圾利用最大价值后，剩余残留物的最终处理方法，是目前世界上最常用的垃圾资源化处理方式。最早的卫生填埋出现在1930年，到1960年，全球已有约1400座城市采用填埋法处理城市生活垃圾。它具有投资少、处理费用低、处理量大、操作简便，并能够产生可用来燃烧的沼气等优点，是各种废弃物最终的处理方式。
我国从20世纪90年代中后期起，相继建成一批以高密度聚乙烯（HDPE）防渗膜为核心的层状结构作为防渗层的卫生填埋场，尽管也有一些大中城市和经济发达地区先后建设了一批生活垃圾处理厂，有些城市还花巨资从国外引进了技术和设备，但就总体而言，垃圾处理依然在低水平上徘徊。目前存在的问题有：一是先进的垃圾填埋场建造成本高，大部分城市无力承建。建造一个日处理垃圾200t的卫生填埋场，需要的资金是2亿元。而一个日处理垃圾500t的垃圾焚烧场则需要5亿～6亿元的资金。二是建造要占用大量的土地。三是垃圾填埋场渗滤液的处理仍是难以解决的问题。四是旧填埋场逐渐达到其饱和状态，而新填埋场的选址又出现困难。五是非正规垃圾填埋场的存在也对一些城市的环境安全构成隐患。