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摘要介绍了城市生活垃圾的成分特性,概述了国内外城市生活垃圾处理状况;将卫生填埋、
堆肥、焚烧和热解’种主要的生活垃圾处理方式的流程和处理特点进行了阐述,其中重点介绍了热解处理垃圾的新型方式;并且就每种技术手段的环境、经济、社会效益做出综合评价,提出综合治理城市生活垃圾的思路;关键词
城市生活垃圾
卫生填埋
堆肥
焚烧
热解
效益
随着经济的飞速发展和生活消费水平的提高,城市生活垃圾大量增加,垃圾的堆放不仅占用大量土地,而且严重地污染环境,破坏生态平衡;美国是世界上垃圾产生量最多的国家,生活垃圾每年近$>&
[&]
分别为!$+,$#
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,最近&
产量增加了一倍;欧洲经济共同体国家生活垃圾平
于居民的生活消费、商业、食品加工与餐饮业等过
[!]
程中产生的垃圾(建筑垃圾不计入生活垃圾);选
择城市生活垃圾的处理方法应以垃圾的特性为依据,其中成分特性是重要依据;
城市生活垃圾可分为有机物和无机物,其中包括可回收废品;属于有机物的有厨余、纸类、橡塑、布类、果皮和竹木类等,属于无机类的有玻璃、金属和杂物,包括炉灰、庭院灰土、碎砖瓦等;其中可回收废品包括金属、橡胶、塑料、废
[),+]纸、玻璃等;发达国家的垃圾中无机物少,有
均增长率为!A,德国为’A,瑞典为$A,韩国生
[!]
活垃圾年增长率高达&&A;国内调查表明,目前
我国城市人均年产生活垃圾’’
’]?!,;城市&
生活垃圾的快速增长要求完善垃圾处理处置的方法;不适当的垃圾处理方法会加剧对环境的危害,例如城市生活垃圾焚烧处理过程中不可避免产生二
[(B#]
,已引起人们高度的重视;因而如何安全
机物多;比较而言,早期我国垃圾成分的主要特点是无机物多,有机物少,含水量高,热值低,可回收的废品也少;近&
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变化,如表&(表中数据均源自双气区)可看出,我国城市生活垃圾质量大大提高,厨余类有机物含
有效地处理好垃圾并能回收利用可再生资源显得尤为重要;
量稳定在*#AB#+A,可回收类的有机物含量在&’AB$*A,各城市的有机成分总含量均在+
[&&]
年’
!城市生活垃圾的成分特性
城市生活垃圾是指在产品进入市场后,在流动过程中或使用消费后产生的固体废弃物,主要来自
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双气区外,还有单气区、商业区、市场区、学校和
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机关等处,垃圾成分随地点不同而有所差异,例如有资料表明!
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#国外城市生活垃圾处理概况
城市生活垃圾处理最古老的处理方法是露天堆放、低洼地倾倒或简单填埋,这种方式对环境最为有害,并且浪费资源,已经被逐步淘汰&后起的卫生填埋虽然先进一些,但仍然没有很好解决环境问
[(!]题和资源综合利用问题&垃圾堆肥技术可通过微
$我国城市生活垃圾处理概况
我国从()*!年制定第一个专门性固体废弃物管
理标准《农用污泥中污染物控制标准》算起,至今只有!
世纪议程》中也提出了固体废弃物的处理目标和手段问题&
垃圾卫生填埋在我国仍是首选方法和主要途径,占处理总量+
[#]
为新热点&另外天津、海口、广州等城市热解中试的成功,为今后热解技术的发展打下了良好的基
[()]础&我国城市生活垃圾质量的提高也为开辟垃圾
生物作用改良土壤,回收部分垃圾资源,目前许多
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国家仍在采用&(*+,年在英国曼彻斯特改进的
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室式焚烧炉是世界上第一台生活垃圾焚烧设备&
随后垃圾焚烧技术崭露头角,并逐渐成为垃圾处理
技术的大趋势,但其中的尾气污染和二
问题较
[-,(,,(+]为严重&近期兴起的垃圾热解气化技术,是[(-]较为先进的垃圾处理方式&这$种垃圾处理技术
是世界公认的通用技术&
[(*]
统计表明:发达国家的生活垃圾处理处置的
处理新方法创造了条件&热解气化技术法正在起步时期,成熟后会因其高度的减量化、无害化、资源化而成为生活垃圾处理技术的新领域&
国家环保总局于!
符合标准要求,处理能力仅占全国垃圾清运量的##&(%,垃圾产生量大而处理能力低的矛盾日益突出,调查结果基本反映了我国垃圾处理领域水平仍
[!
很低的现状&
主要方法为填埋和焚烧,新加坡、日本、瑞士、瑞典、比利时、丹麦等国以焚烧法为主,法国焚烧和填埋法的比重基本相当,美国、德国等则以填埋为主,辅以焚烧&总结得出国土面积较大的国家以填埋法为主,国土面积较小,人口密集的国家以焚烧法为主&近几年来,世界城市各种垃圾处理方法的总比例正在发生变化:填埋法下降到-
[#]
综合回收利用占-%&
月
!几种主要的城市生活垃圾处理处置方法的评价
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填埋处理
填埋处理是城市生活废弃物最基本和最终的处理方法,它是将垃圾埋入地下,通过微生物长期的分解作用,使之分解为无害的化合物%分为简易填埋、卫生填埋、压缩填埋、破碎填埋&种方式%卫生填埋
[
法是各国应用最普遍的方法,工艺流程参见图
1//
月
在垃圾焚烧过程中会产生可造成二次污染的有害物质,如伴随焚烧排放的烟尘、重金属尘粒、(多氯二苯并二)、!
喃)、!&’(多环芳香族化合物)、!
[-,./0.1,,-]有害气体(如’
[7,]
的热解失重特性研究;石油大学废橡胶的热降解[77]研究;山东能源所研制的几种生物质和C*D热解气化实验装置等2这些研究大多在实验室阶段,
而且大部分是纯机理性研究2
!
占排放总量的3-4
以上(日本高达1540654),这是世界各国对垃圾
焚烧处理技术予以极大关注的原因,也是垃圾焚烧技术目前亟待解决的难题2
自.611年深圳市引进日本三菱重工生产的大型垃圾焚烧炉以来
[,/]
,国内许多科研单位和企业积极
参与了垃圾焚烧技术和设备的研究和开发2深圳市垃圾焚烧厂的第三台焚烧炉,除炉排外全部采用了国产设备2国内在垃圾焚烧方面已具有一定的技术条件2!
热解法
近几年来国际上较为流行的垃圾处理方式是垃
圾热解气化[7,.-,,3078]
,以瑞士9:;$;?;@A*2&2技术为代表,称为第三代垃圾处理方式2热解法也
称为裂解法,是把有机废弃物在无氧或贫氧条件下加热到/550655B,用热能使化合物的化合键断
裂,由大分子量的有机物转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦碳的过程2这种技术与焚烧法相比温度较低,无明火燃烧过程,重金属等大都保持原状在残渣之中,可回收大量的热能2尤其是此种方式具有二
产生的逆条件,较好的解决了垃圾
焚烧技术的最大难题2
美国和日本结合本国城市垃圾的特点,开发了许多工艺流程2目前有移动床热分解法、双塔循环式流动床法、管型瞬间热分解法、回转窑热解法、
高温熔融热分解及纯氧高温热分解等多种流程[7]
2
国内对热解技术的研究开始于,5世纪65年代初,
大部分以生物质(国外定义生物质中包括C*D[,1]
)为实验材料2例如,华东理工大学在管式反应器内
进行了生物质热解研究[,6]
;广州能源所在管式反应
器内,以样品舱装载生物质原料进行了快速热解实
验
[75]
;东南大学研究了C*D在加压裂解的喷动流化床中流动和扩散的规律[7.]
;重庆大学对C*D作
气2供给一定量的空气和水进入反应器,使废物部分自燃,生成热量将支持热解反应2在垃圾热值足够高时,整个过程可以自动连续运行而无须外界热量供应2工艺将氧化、还原、裂解及相关技术有机结合,垃圾依次经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层,与气体在逆向运动中进行充分热交换,在不增加烘干设备和前分选处理设备的情况下对垃圾进行资源化处理,将有机废物在较高温度下转变为气体燃料,热值接近城市煤气热值,经净化回收装置可加以利用2剩余物仅为-4014的无机灰2655B的最高处理温度可基本消灭任何病菌,达到无
害化的处理效果[78]
2
垃圾热解装置的炉体的流程示意图如图8所示,垃圾由热解装置上方进入,空气从下方送至炉排2在干燥层中,垃圾失去外水分;干燥后的垃圾中的有机成分在干馏层内部分干馏产生热解气
79(温度、滞留时间和湍流度)理论,从机理上抑制了二的形成2主要的热反应方程式
如下:还原层反应:
(,)氧化层反应:
(7)
区内就地处理垃圾,节省运费!
(
卫生填埋法占用大量土地,而
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K01LG-,3405!M?C0.48:4;33:N78
董保澍!固体废物的处理和应用!北京:冶金工业出版社,#$$&!#,#张益,等!生活垃圾焚烧技术!北京:化学工业出版社,’(((!
且周围环境恶劣,对复原土地的使用和填埋后可能的污染问题也值得推敲!堆肥法只能处理垃圾中的有机质,垃圾必须经过分拣,肥料可以肥田植树,美化环境!焚烧法处理垃圾速度快,无害化减量化彻底,但其排放污染情况严重,对人类健康构成威胁!热解法可为人类提供清洁能源,方便生活,具有广泛前途,但对垃圾热值的要求较高!
!结束语
城市生活垃圾实际是一种人造资源,把垃圾的消极处理变为积极回收利用,从而可以把当今各国发展所遇到的两个共同难题———垃圾“过剩”和能源不足有机地协调起来!由前文所述,每种处理方式都不可能完美地处理生活垃圾,我们认为应该采用综合治理的概念,运用多种技术手段相结合的方法,以一种具有环境可持续性、经济可承受性和社会可接受的方式,对垃圾流中的不同物质进行不同的管理和处理,即从垃圾源头做起,实施垃圾分类收集,对具有回收价值的垃圾回收利用,对不可回收的物质进行相应技术处理;同时制定相应的管理法规,尽量减少废弃物的产生!具体实施方法是:对生活垃圾中的厨余类和自然界生态垃圾采用堆肥的处理方法;对不能再回收的可燃垃圾和堆肥过程中的残余物采用焚烧或热解处理方法!对居民小区垃圾实施就地处理,采用生物堆肥和垃圾热解气化相结合技术,将最终排出的无机废渣进行填埋或加工制成建材,达到既节约资源又保护环境的双重目的!
参
考文献
#张
颖,等!固体废物的资源化和综合利用技术!环境科学研
究,#$$%,##(
’小柳秀明!日本的废物综合利用现状及展望!环境科学研究,#$$%!##
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中国环境与发展大全编委会!中国’#世纪议程———中国’#世纪人口、环境与发展白皮书!北京:中国环境科学出版社,#$$&!
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华,等!城市生活垃圾在热解处理中的产气特性研究!安全与环境学报,’((’,(’’)
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S7:BGH,3405!T050:@>755530.;0437:C8E3
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R;0440.;0?A:[email protected]?C8D47:LBA35DAD7:B0@N0:.3@B0D7>7.0478:43.;:858B1!G0D43-0:0B3?3:4,#$$%,#%
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周仲凡,等#城市固体废弃物管理与处理处置技术#北京:中国石化出版社,!$$$,#!%$
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齐长青#天津市建筑垃圾填埋场堆山造景的研究#环境卫生工(I):%%I程,!$$!,%$
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颜涌捷,等#城市生活垃圾能源利用探讨#太阳能学报,%@@
E(4?KL,+,-.#M(4+,(95,67;84
金保升,等#城市固体废物(*NO)热解特性及其动力学研究#工(A):J$@程热物理学报,%@@@,!$张
力,等#城市生态垃圾物性与热解特性的实验研究#环境科(J):
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英国研究理事会是英国政府重要的资助与研究机构,包括医学研究理事会(*SH)、生物技术与生物科学研究理事会(EENSH)、自然环境研究理事会(W/SH)、粒子物理与天文学研究理事会(VV)SH)、工程和物质科学研究理事会(/VNSH)、经济与社会研究理事会(/NSH)等六个研究理事会以及中央实验室理事会(H’SH)#研究理事会根据科学发展趋势与国家需求,制定了!$$IX$A财年至!$$JX$
在未来三年英国研究理事会新启动的优先研究计划中,干细胞研究计划将累计投入A$$$万英镑,以在短期内加强对英国最优秀科学家的支持,同时进一步吸引国外研究人员,在中期希望获得更多关于干细胞发育成不同类型的体细胞的能力及其正常发挥作用的能力的知识,在更长一段时期则推动治疗方法进入人体实验阶段,最终可望开发出各种新疗法#近期重点支持有竞争力的、可尽快实现出口的技术领域;面向可持续能源的经济计划将投入!B$$万英镑,确保!$%$年实现可再生能源发展新技术,以及开发有出口前景的技术,!$%$年以后则重点支持在可再生能源研发计划过程中新发现的潜在能源技术;农村经济与土地利用计划将投入!$$$万英镑,在促进农村发展在实现社会和经济目标的同时,力求保护农村地区的生态环境,并建立具有竞争力的、可持续发展的现代化农业产业#
(龚
旭
周建中
编
译)
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摘要介绍了城市生活垃圾的成分特性,概述了国内外城市生活垃圾处理状况;将卫生填埋、
堆肥、焚烧和热解’种主要的生活垃圾处理方式的流程和处理特点进行了阐述,其中重点介绍了热解处理垃圾的新型方式;并且就每种技术手段的环境、经济、社会效益做出综合评价,提出综合治理城市生活垃圾的思路;关键词
城市生活垃圾
卫生填埋
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随着经济的飞速发展和生活消费水平的提高,城市生活垃圾大量增加,垃圾的堆放不仅占用大量土地,而且严重地污染环境,破坏生态平衡;美国是世界上垃圾产生量最多的国家,生活垃圾每年近$>&
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产量增加了一倍;欧洲经济共同体国家生活垃圾平
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择城市生活垃圾的处理方法应以垃圾的特性为依据,其中成分特性是重要依据;
城市生活垃圾可分为有机物和无机物,其中包括可回收废品;属于有机物的有厨余、纸类、橡塑、布类、果皮和竹木类等,属于无机类的有玻璃、金属和杂物,包括炉灰、庭院灰土、碎砖瓦等;其中可回收废品包括金属、橡胶、塑料、废
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城市生活垃圾处理最古老的处理方法是露天堆放、低洼地倾倒或简单填埋,这种方式对环境最为有害,并且浪费资源,已经被逐步淘汰&后起的卫生填埋虽然先进一些,但仍然没有很好解决环境问
[(!]题和资源综合利用问题&垃圾堆肥技术可通过微
$我国城市生活垃圾处理概况
我国从()*!年制定第一个专门性固体废弃物管
理标准《农用污泥中污染物控制标准》算起,至今只有!
世纪议程》中也提出了固体废弃物的处理目标和手段问题&
垃圾卫生填埋在我国仍是首选方法和主要途径,占处理总量+
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为新热点&另外天津、海口、广州等城市热解中试的成功,为今后热解技术的发展打下了良好的基
[()]础&我国城市生活垃圾质量的提高也为开辟垃圾
生物作用改良土壤,回收部分垃圾资源,目前许多
[(#,($]
国家仍在采用&(*+,年在英国曼彻斯特改进的
[(-]
室式焚烧炉是世界上第一台生活垃圾焚烧设备&
随后垃圾焚烧技术崭露头角,并逐渐成为垃圾处理
技术的大趋势,但其中的尾气污染和二
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是世界公认的通用技术&
[(*]
统计表明:发达国家的生活垃圾处理处置的
处理新方法创造了条件&热解气化技术法正在起步时期,成熟后会因其高度的减量化、无害化、资源化而成为生活垃圾处理技术的新领域&
国家环保总局于!
符合标准要求,处理能力仅占全国垃圾清运量的##&(%,垃圾产生量大而处理能力低的矛盾日益突出,调查结果基本反映了我国垃圾处理领域水平仍
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很低的现状&
主要方法为填埋和焚烧,新加坡、日本、瑞士、瑞典、比利时、丹麦等国以焚烧法为主,法国焚烧和填埋法的比重基本相当,美国、德国等则以填埋为主,辅以焚烧&总结得出国土面积较大的国家以填埋法为主,国土面积较小,人口密集的国家以焚烧法为主&近几年来,世界城市各种垃圾处理方法的总比例正在发生变化:填埋法下降到-
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综合回收利用占-%&
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!几种主要的城市生活垃圾处理处置方法的评价
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填埋处理
填埋处理是城市生活废弃物最基本和最终的处理方法,它是将垃圾埋入地下,通过微生物长期的分解作用,使之分解为无害的化合物%分为简易填埋、卫生填埋、压缩填埋、破碎填埋&种方式%卫生填埋
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法是各国应用最普遍的方法,工艺流程参见图
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月
在垃圾焚烧过程中会产生可造成二次污染的有害物质,如伴随焚烧排放的烟尘、重金属尘粒、(多氯二苯并二)、!
喃)、!&’(多环芳香族化合物)、!
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的热解失重特性研究;石油大学废橡胶的热降解[77]研究;山东能源所研制的几种生物质和C*D热解气化实验装置等2这些研究大多在实验室阶段,
而且大部分是纯机理性研究2
!
占排放总量的3-4
以上(日本高达1540654),这是世界各国对垃圾
焚烧处理技术予以极大关注的原因,也是垃圾焚烧技术目前亟待解决的难题2
自.611年深圳市引进日本三菱重工生产的大型垃圾焚烧炉以来
[,/]
,国内许多科研单位和企业积极
参与了垃圾焚烧技术和设备的研究和开发2深圳市垃圾焚烧厂的第三台焚烧炉,除炉排外全部采用了国产设备2国内在垃圾焚烧方面已具有一定的技术条件2!
热解法
近几年来国际上较为流行的垃圾处理方式是垃
圾热解气化[7,.-,,3078]
,以瑞士9:;$;?;@A*2&2技术为代表,称为第三代垃圾处理方式2热解法也
称为裂解法,是把有机废弃物在无氧或贫氧条件下加热到/550655B,用热能使化合物的化合键断
裂,由大分子量的有机物转化成小分子量的可燃气体、液体燃料和焦碳的过程2这种技术与焚烧法相比温度较低,无明火燃烧过程,重金属等大都保持原状在残渣之中,可回收大量的热能2尤其是此种方式具有二
产生的逆条件,较好的解决了垃圾
焚烧技术的最大难题2
美国和日本结合本国城市垃圾的特点,开发了许多工艺流程2目前有移动床热分解法、双塔循环式流动床法、管型瞬间热分解法、回转窑热解法、
高温熔融热分解及纯氧高温热分解等多种流程[7]
2
国内对热解技术的研究开始于,5世纪65年代初,
大部分以生物质(国外定义生物质中包括C*D[,1]
)为实验材料2例如,华东理工大学在管式反应器内
进行了生物质热解研究[,6]
;广州能源所在管式反应
器内,以样品舱装载生物质原料进行了快速热解实
验
[75]
;东南大学研究了C*D在加压裂解的喷动流化床中流动和扩散的规律[7.]
;重庆大学对C*D作
气2供给一定量的空气和水进入反应器,使废物部分自燃,生成热量将支持热解反应2在垃圾热值足够高时,整个过程可以自动连续运行而无须外界热量供应2工艺将氧化、还原、裂解及相关技术有机结合,垃圾依次经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层,与气体在逆向运动中进行充分热交换,在不增加烘干设备和前分选处理设备的情况下对垃圾进行资源化处理,将有机废物在较高温度下转变为气体燃料,热值接近城市煤气热值,经净化回收装置可加以利用2剩余物仅为-4014的无机灰2655B的最高处理温度可基本消灭任何病菌,达到无
害化的处理效果[78]
2
垃圾热解装置的炉体的流程示意图如图8所示,垃圾由热解装置上方进入,空气从下方送至炉排2在干燥层中,垃圾失去外水分;干燥后的垃圾中的有机成分在干馏层内部分干馏产生热解气
79(温度、滞留时间和湍流度)理论,从机理上抑制了二的形成2主要的热反应方程式
如下:还原层反应:
(,)氧化层反应:
(7)
区内就地处理垃圾,节省运费!
(
卫生填埋法占用大量土地,而
*
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K01LG-,3405!M?C0.48:4;33:N78
董保澍!固体废物的处理和应用!北京:冶金工业出版社,#$$&!#,#张益,等!生活垃圾焚烧技术!北京:化学工业出版社,’(((!
且周围环境恶劣,对复原土地的使用和填埋后可能的污染问题也值得推敲!堆肥法只能处理垃圾中的有机质,垃圾必须经过分拣,肥料可以肥田植树,美化环境!焚烧法处理垃圾速度快,无害化减量化彻底,但其排放污染情况严重,对人类健康构成威胁!热解法可为人类提供清洁能源,方便生活,具有广泛前途,但对垃圾热值的要求较高!
!结束语
城市生活垃圾实际是一种人造资源,把垃圾的消极处理变为积极回收利用,从而可以把当今各国发展所遇到的两个共同难题———垃圾“过剩”和能源不足有机地协调起来!由前文所述,每种处理方式都不可能完美地处理生活垃圾,我们认为应该采用综合治理的概念,运用多种技术手段相结合的方法,以一种具有环境可持续性、经济可承受性和社会可接受的方式,对垃圾流中的不同物质进行不同的管理和处理,即从垃圾源头做起,实施垃圾分类收集,对具有回收价值的垃圾回收利用,对不可回收的物质进行相应技术处理;同时制定相应的管理法规,尽量减少废弃物的产生!具体实施方法是:对生活垃圾中的厨余类和自然界生态垃圾采用堆肥的处理方法;对不能再回收的可燃垃圾和堆肥过程中的残余物采用焚烧或热解处理方法!对居民小区垃圾实施就地处理,采用生物堆肥和垃圾热解气化相结合技术,将最终排出的无机废渣进行填埋或加工制成建材,达到既节约资源又保护环境的双重目的!
参
考文献
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颖,等!固体废物的资源化和综合利用技术!环境科学研
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英国研究理事会是英国政府重要的资助与研究机构,包括医学研究理事会(*SH)、生物技术与生物科学研究理事会(EENSH)、自然环境研究理事会(W/SH)、粒子物理与天文学研究理事会(VV)SH)、工程和物质科学研究理事会(/VNSH)、经济与社会研究理事会(/NSH)等六个研究理事会以及中央实验室理事会(H’SH)#研究理事会根据科学发展趋势与国家需求,制定了!$$IX$A财年至!$$JX$
在未来三年英国研究理事会新启动的优先研究计划中,干细胞研究计划将累计投入A$$$万英镑,以在短期内加强对英国最优秀科学家的支持,同时进一步吸引国外研究人员,在中期希望获得更多关于干细胞发育成不同类型的体细胞的能力及其正常发挥作用的能力的知识,在更长一段时期则推动治疗方法进入人体实验阶段,最终可望开发出各种新疗法#近期重点支持有竞争力的、可尽快实现出口的技术领域;面向可持续能源的经济计划将投入!B$$万英镑,确保!$%$年实现可再生能源发展新技术,以及开发有出口前景的技术,!$%$年以后则重点支持在可再生能源研发计划过程中新发现的潜在能源技术;农村经济与土地利用计划将投入!$$$万英镑,在促进农村发展在实现社会和经济目标的同时,力求保护农村地区的生态环境,并建立具有竞争力的、可持续发展的现代化农业产业#
(龚
旭
周建中
编
译)