[0002] 垃圾是人类活动产生的固体废弃物，可以分为：生活垃圾、工业废弃物、建筑垃圾、医疗垃圾、城市污水厂污泥等。城市化进程使得城市生活垃圾数量快速增长、成分日趋复杂。因处理技术滞后，垃圾围城现象已经成为困扰城市发展和居民生活的难题。
[0003] 目前城市生活垃圾的处理方法主要有填埋、焚烧、堆沤发酵等。
[0004] 填埋法是目前我国城市生活垃圾最普遍的处理方法。垃圾填埋的优点是投资稍少、工艺简单、处理量大、处理费用低。缺点是：（1）很难实现真正的无害化处理，残留着大量的细菌、病毒；（2）潜伏着沼气重金属污染等隐患；（3）垃圾渗漏液还会长久地污染地下水资源；（4）没有快速实现垃圾的资源化处理，大量占用土地，是把污染源留存给子孙后代的危险做法。许多发达国家明令禁止填埋垃圾。我国政府的各级主管部门对这种处理技术存在的问题也逐步有了认识，势必禁止、淘汰此类行为。
[0005] 焚烧法是通过适当的热分解、燃烧、熔融等反应，使垃圾经过高温下的氧化进行减容，成为残渣或者熔融固体物质的过程。由于垃圾用焚烧法处理后，减量化效果显著，节省用地，还可消灭各种病原体，将有毒有害物质转化为无害物，故垃圾焚烧法已成为城市垃圾处理的主要方法之一。生活垃圾焚烧的缺点有：（1）焚烧法即使经过烟气处理，仍然产生烟尘和废气，对环境造成很大危害；（2）垃圾焚烧设备和运行投资大、能源消耗多，在我国现阶段推广仍有一定困难；（3）垃圾不经细化分类就进行焚烧则难以做到资源化，增加碳排放量。
[0006] 堆沤发酵法有特定的适应性指标，不适合成分复杂的城市生活垃圾，堆沤发酵后还是存在填埋等后续处理问题，实际应用不广泛。
[0007] 在填埋、焚烧、堆沤发酵等办法都遇到困难的情况下，人们不得不重新寻找垃圾处理的新思路，希望开发垃圾处理新技术。
[0008] 长期以来人们更愿意在发掘矿产资源、发现新物质、制备新材料、开发新产品方面投入大量资金和精力，目前垃圾处理的投入和技术水平低于矿产资源开发和新产品研发的投入和技术水平。如果有朝一日，垃圾处理厂的设备像石油冶炼厂那样精致而齐全，城市生活垃圾的问题就基本解决了。在垃圾处理领域现有技术积累相对落后、难以应对垃圾围城现象的情况下，如果能够把其他领域研发取得的技术成果迁移到垃圾处理技术领域，也会有助于问题的解决。
[0009] 城市生活垃圾成分复杂，包含餐厨垃圾、废弃纸张玻璃陶瓷金属皮革木质材料、废弃包装材料、废旧衣物鞋子、破碎生活用具、居民源的废旧电池、废旧灯管等有毒有害垃圾等。其中有毒有害的垃圾比例不高，经过大力宣传和严格监管，可以单独收集处理。纸张、玻璃、金属等可回收材料通过废旧物资回收人员可以大部分回收处理。居民一家一户的生活垃圾，包括餐厨垃圾、废旧衣物鞋子、废弃包装材料和其他破碎生活用具等，一般混杂在一起，且大多数情况下用各种各类塑料袋等进行包裹，最难分类处理。
[0010] 例如：一只废旧鞋子，可以包含橡胶、塑料、合成纤维、棉布、皮革、金属、染料、泥沙小石子等各种不同材料，应该如何分类投放，又如：各类破碎的复合包装材料，包含各类塑料、天然或纤维、纸张、木材、油漆、金属等各种材料，如何分拣，再如：居民废弃的方便食品包装盒中，残余食品部分属于餐厨垃圾，破碎的包装盒属于纸张塑料铝箔复合材料，是否应该首先彻底清洗作为餐厨垃圾的内容物，再将复合包装材料徒手撕开，分门别类投放垃圾，垃圾本身就是物品种类意义上的混杂物，采用物品分类、机械分拣的办法对于城市居民生活垃圾进行分类收集是不现实的，只能从化学成分着手对已经形成的生活垃圾进行综合分类分离处理。
[0011] 城市居民生活垃圾的化学组成剖析如下：无机材料包括金属与合金（废旧用具）、硅酸盐类固体材料（泥沙和小块废弃建筑材料）；人工合成材料包括塑料（废旧日用品、玩具及包装材料）、橡胶（鞋底等）、合成纤维（日用纺织品等）；复合材料包括金属塑料复合材料（方便食品包装材料）、纸塑复合材料（包装箱、包装袋）；其他人造或加工材料（皮革制品、棉麻制品）等；餐厨垃圾包括来源于动植物的天然蛋白质、纤维素、木质素、淀粉及可溶性糖类、油脂等，以及各种脂溶性和水溶性小分子物质。
[0012] 用高温高压水蒸汽灭菌，不仅可杀死一般的细菌、真菌等微生物，对于芽胞、孢子也有杀灭效果，是最可靠、应用最普遍的物理灭菌法。高压水蒸气灭菌器的类型和样式较多，考虑到运行成本和灭菌要求，如：对于一般居民生活垃圾，压力升至103.4kPa（1.05kg/cm2），温度达121.3℃，维持15 20分钟，可达到灭菌目的；对于医用废弃物，采用脉动真空压~力水蒸气灭菌器，灭菌条件要求：水蒸气压力205.8kPa（2.1kg/cm2），温度达132℃以上并维持10分钟，即可杀死包括具有顽强抵抗力的芽胞、孢子在内的一切微生物。
[0013] 一般家用垃圾袋的主要成分为低压聚乙烯，它的熔点107摄氏度。在121.3摄氏度的温度下会熔化，内部的垃圾可以顺利进行蒸汽消毒。
[0014] 蒸煮最早只是人们烹饪食物的方法，即利用沸水和水蒸气熟化动植物来源的天然材料。一方面利用高温的蒸汽和沸水杀灭多种昆虫和微生物，达到消毒目的；另一方面使动植物来源的天然材料原先紧密有序的组织结构更加松散，运用热水的溶解和水解作用，使多种化学物质分解后溶解在热水中。如果将蒸煮法用于城市生活垃圾的处理，对于处理生活垃圾中动植物来源的天然材料应该是有效的。
[0015] 来源于动植物的各种天然产物制品一般可以通过蒸煮、微生物等办法进行熟化、分离、降解，还可以杀灭微生物、促进油水分离、使致密的生物组织结构松散化，溶解多种有机质，便于后续分离处理。来源于建材、日常用具等的金属、合金、硅酸盐类无机材料，蒸煮后仍然是固体，容易通过简单过滤方法与天然产物制品分离。来源于动物的骨骼、毛发，来源于植物的富含木质素纤维素的根茎、坚硬果壳、棉麻制品等在蒸煮过程中不会溶解，过滤后暂时仍然以固体形式与金属等无机材料混合。塑料、橡胶、合成纤维等人工合成材料、人造复合材料是最难降解处理的，蒸煮后一般也暂时以固体形式存在。
[0016] 高压灭菌后，加水浸没垃圾顶部，常压加热煮沸1-2小时，80-100℃保温2-10小时。通过蒸煮，生活垃圾大致可分为“能煮烂”和“煮不烂”两大类。滤网过滤后，能煮烂的留在液相中成为“蒸煮液”；煮不烂的留在渣中成为“蒸煮渣”；还有一部分挥发性的物质随着水蒸气逸出成为“蒸煮气”。“蒸煮气”中的水蒸气遇冷凝水冷却后回流到蒸煮液中，剩余可燃性气体点燃焚烧。蒸煮并过滤完成了生活垃圾的第一次分离。
[0017] “蒸煮液”中含有油脂、脂溶性物质、可溶性糖类、水解蛋白质、各种水溶性小分子物质，以及小颗粒的泥沙、淀粉糊、蛋白质沉淀等。静置冷却后，由于密度的不同，油脂、脂溶性物质、蛋白质分解后产生的有机胺类物质浮在上层，成为“蒸煮油”；水溶性物质在下层，成为“蒸煮汤”；不溶性细小颗粒物沉淀在底部，成为“蒸煮泥”。撇去上层“蒸煮油”，就完成了第二次分离。“蒸煮油”可以进一步提炼生物柴油，也可以直接作为液体燃料供后续过程使用。“蒸煮汤”中富含可溶性糖类、可溶性蛋白质、可溶性无机盐、可溶性其他杂质等多种成分，浓度远远高于城市生活污水，可以借鉴甚至直接采用生活污水的处理技术进行消解处理。“蒸煮泥”可以借鉴甚至直接采用污泥处理技术进行处理。这样就完成了第三次分离。
[0018] 在“蒸煮渣”中，包含塑料（分为热塑性、热固性两大类）、合成橡胶、合成纤维、纤维素、木质素、人造复合材料（含金属、塑料、纸等）、硅酸盐材料、金属材料等，成分也很复杂。其中最难分离的是热塑性塑料（塑料袋、塑料瓶、塑料玩具等）。不同材质的热塑性塑料，熔化温度（熔程）、分解温度（或燃烧温度）都不同，一般分布在100-300℃范围内。不同材质的塑料，在熔化温度以下是固态，在熔化温度范围内是固体液体混合物，在熔化温度到分解温度之间是液体，达到分解温度（或燃烧温度）时分解为气体（一般会产生毒气）。
[0019] PE（Polyethylene 聚乙烯），有高密度聚乙烯（低压聚合），低密度聚乙烯（高压聚合），线形低密度聚乙烯熔化温度较低，前面述及的塑料垃圾袋一般在107℃破裂，在120-140℃左右熔化。PVC（PolyVinylChloride 聚氯乙烯）塑料熔化温度在160-190℃之间。超过
190℃，PVC就很容易分解放出HCl气体，而HCl又会加速PVC的分解。PS(Polystyrene聚苯乙烯)塑料熔化温度为170-270℃。PMMA(Polymethyl Methacrylate聚甲基丙烯酸甲脂)，俗称有机玻璃，成型温度为180-240℃。ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯) 塑料熔化温度为200-240℃。PP（Polypropylene聚丙烯）塑料熔化温度为220~
275℃。
[0020] 分析以上数据表明，在各种塑料各自的熔化温度区间内进行干馏，可以得到这种塑料的液体馏分，如果高于熔化温度就会分解，有的还会产生毒气（如聚氯乙烯）。从100-300℃范围内，梯度设置干馏空间对应干馏温度区间，例如每间隔20℃设置一段干馏区间，“蒸煮渣”从100℃的干馏空间逐级移动到300℃的干馏区间，在每段干馏区间停留1-2小时，对应熔化温度的塑料就熔化后以液体馏分的形式分离出来。在“蒸馏渣”进入下一个蒸馏区间时，对应熔化温度的塑料又同样被分离出来。这样，不同熔化温度的塑料在各自不同的干馏区间中以液体馏分的形式被分离，不会因达到分解温度而分解产生毒气。
[0021] 合成橡胶和合成纤维与塑料有类似的问题。来源于植物的根茎、坚果外皮，来源于动物的角质、毛发等，也与热塑性塑料有类似的情况：它们第一次分离后留在“蒸煮渣”内，如果继续加热到一定温度范围内，可以干馏并分解产生气态、液态、固态三类物质而分离。
[0022] 分馏和干馏原来是化工生产中分离液态的原油和固态的煤炭以及木材的方法。分馏将熔沸点有差别的物质分段分离出来。干馏将煤炭和木材等固体天然产物分解成固态焦炭、液态粗焦油、气态粗煤气等三后进行分离。采用分馏和干馏技术可以处理塑料橡胶合成纤维等人造材料以及植物根茎、硬质果皮、动物骨骼毛发等天然材料。
[0023] 参照分馏和干馏技术，将“蒸煮渣”在连续且相对分割的不同空间区间，在100-300℃范围内的不同温度区间进行分区梯度加热，也就是“梯度干馏”。不同的空间区间和不同的温度区间相对应。在不同空间区间或温度区间就可以得到不同的“干馏液”，同时放出“干馏气”。分区间收集“干馏液”并冷却，再进行分类处理。“干馏气”一般是可燃性气体（部分有毒），可以参照特定工业废气的处理方式，吸收有毒气体，将可燃性气体进行点燃焚烧后排放。焚烧产生的能量也可以加以利用。
[0024] “蒸煮渣”干馏产生“干馏液”和“干馏气”的过程是第四次分离过程。“干馏气”的吸收和燃烧是第五次分离。“干馏液”的冷却处理是第六次分离。
[0025] 干馏后剩下的固体物质成为“干馏焦”，包含金属、金属氧化物、无机硅酸盐、有机积焦等。将“干馏焦”用火焰焚烧，除去有机积焦，得到类似矿渣的“干馏渣”，作为废渣处理。“干馏焦”焚烧除去积焦的过程是第七次分离。
[0026] 城市生活垃圾经过上述蒸煮、过滤、干馏、消解、焚烧等环节后，按化学物质类型得到综合分离，便于进一步分类处理。
