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垃圾焚烧几点认识探讨

2010-07-23 13:20:44  
生活垃圾焚烧发展几点认识探讨
中国城市建设研究院 徐海云
    当前,生活垃圾焚烧已成为生活垃圾处理的热点话题。不管是出于什么目的,反对垃圾焚烧的焦点主要集中在废物资源化利用、环境保护与居民健康。
一、生活垃圾焚烧与材料回收利用
    能够利用的生活垃圾应尽可能利用,对于不能利用的剩余生活垃圾进行焚烧处理并进行热能利用,这一点大家也容易形成共识。但在利用的程度上似乎又产生很大分歧,因此客观认识生活垃圾中材料回收利用水平就非常重要。
    对于生活垃圾中材料回收利用水平不能简单的对比回收率,而要对比具体废弃物的回收率。我国废纸回收状况就可以说明垃圾回收水平是不低的,甚至可以说还是比较高的。虽然我国的废纸回收率还不到40%(见图1),显著低于发达国家和发达地区废纸回收率,但这并不能说明我国废纸回收水平低或者回收的潜力还很大。我国的纸人均纸消费量低,纸消费量低,纸的回收率就难处于高水平。根据1999年设在华盛顿的世界观察机构的统计结果,全球30%的纸产品用于美国,每人每年消费335公斤,日本是249公斤,德国是192公斤,尽管中国是继美国之后的全球第二大纸生产国。但人均消费量只有27公斤。人均纸消费纸量低,通常表现为报纸书刊的消费量比例低,而卫生纸等难以回收纸的消费量比例就相对较高,显然废纸回收率就不可能很高。比如虽然在2008年其废纸回收率达到55.5%,但具体分析其各类废纸的回收率差别是很大的,如废报纸的回收率为87.8%,杂志回收率为40%,书回收率为29.9%,办公用纸回收率为71%,废纸箱的回收率为76.6%,而废纸巾、废纸杯等则回收率很低可以忽略不计(Municipal Solid Waste Generation, Recycling, and Disposal in the United States:? Facts and Figures for 2008。)目前我国没有确切的废报纸和废纸箱的回收率统计,但从办公室和居民的局部调查看,废报纸和废纸箱的回收率应在90%以上。


图 1 1990-2007年我国纸和纸板产量、进口废纸量和废纸回收率


    与发达国家和地区相比,从城市人均焚烧能力、人均年焚烧量对比,我国生活垃圾焚烧处理能力严重不足(见表1);由于垃圾中水分及渣土含量高,垃圾热值约为发达国家的一半,这些可以间接的反映我国生活垃圾中材料回收利用水平。

德国 67座生活垃圾焚烧厂 2007年焚烧处理量1780万吨 人均焚烧量0.21吨/年瑞士 29座生活垃圾焚烧厂 2007年焚烧处理量360万吨 人均焚烧量0.5吨/年日本 1301座生活垃圾焚烧厂 2007年焚烧处理量约4000万吨 人均焚烧量0.31吨/年中国台湾 21座生活垃圾焚烧厂 2006年焚烧处理量约720万吨 人均焚烧量0.31吨/年中国大陆 约80座生活垃圾焚烧发电厂 2009年焚烧处理量约1700万吨 城市人均焚烧量不足0.02吨/年 

表 1 典型国家垃圾焚烧处理状况对比

二、生活垃圾焚烧与可生物降解有机物回收利用
    可生物降解有机垃圾的管理。这部分垃圾在生活垃圾中占有比例高、水分大、易腐烂、有异味。这是家庭生活垃圾分类收集的热点、难点和重点。目前有三种典型模式可供选择,德国模式(单独收集进行生物处理),美国模式(采用家庭粉碎机排入下水道),日本模式(要求尽可能减少水分,作为生物质进行焚烧处理)。
    从单质和化合物角度分析,当前生活垃圾中最多的是水(平均50%左右或更多)。不同路径,1吨水的成本相差100倍以上(通过下水道到污水处理厂与环卫部门收运到垃圾处理厂)。日本模式操作性强,但执行弹性较大。
    食品类有机物约80%通过我们的身体消化排到城市污水处理厂,只有20%左右进入垃圾物流。采用美国模式最简单,但对排水系统以及城市污水处理厂的影响需要系统研究。
    德国模式有机物资源化利用效果好,但执行难度大。德国模式可以从农村以及部分环保觉悟高的人群进行试点;如果要对家庭厨馀垃圾单独收集有许多现实的障碍,如废除日产日清、管理与监督、放垃圾桶的位置、成本以及垃圾最终出路等。

    生活垃圾中的有机物如何实现自然循环利用?对于一些大城市和城市群,我们每天消费的食物和水,往往不是当地生产的,食下去的变成粪便,通过下水道进入城市污水处理厂,最后停留为污泥;食剩下的和食物加工剩余物经过垃圾物流,进入垃圾处理厂,这就提出了一个问题,这些有机物能否就地消化,显然是不可能的,如果这些有机物能够全部就地消化,那必然造成“富营养化”。就是可生物降解的有机物资源化利用,也有优先顺序,不可能容易用的还有大量没有用,就去利用难以利用的。我国农村每年粮食种植产生6亿多吨秸秆,畜禽养殖产生30亿吨左右的粪便(农业部关于加强农业和农村节能减排工作的意见,农业部科技教育司,2007年8月13日),城市污水处理厂年产生的湿污泥量3000万吨以上,并且还要显著增加(中国水网,《中国污泥处理处置市场报告》)。
    生活污水厂污泥不够用了,然后再利用垃圾中有机质或生物质。大批城市污水处理厂的建立,清洁了河流与湖泊,但同时也是增长较快的垃圾产生源—污泥。例如,欧共体国家污泥量(干态)从984年610万吨,增长到1120万吨(见图4,来源:hall&Dailimier, 1994,expend to EU+3by ETC/W)。污泥处理和垃圾处理有着相似的特点,也主要由回收利用(用于农地包括堆肥)、填埋和焚烧三种方式。在欧洲,一些国家限制污泥进行填埋处理,如瑞士、荷兰等国家,因此填埋处理呈下降趋势;为防止重金属和一些有机物在食物链中积累,农用标准更趋严格,农用和堆肥处理难有较大提高;焚烧处理增长较快。瑞士2001年9月决定从2002年禁止污泥用于农田, 成为欧洲第一个禁止污泥农用的国家。在此前约每年8万吨(干态)约为40%用于农地,此后,主要进行焚烧处理,其中部分将用于水泥工业。堆肥处理过程主要是可生物降解有机物的分解过程,并解决重金属问题、和一些难于降解的有机污染问题。


图4 1984-2005年欧共体国家污泥量及处理方式

    如何对家庭的厨馀类有机垃圾管理。我们需要变换思路,把控制生活垃圾水分作为管理目标。水分控制要从源头努力。如果上述三种模式根据具体条件分别采用一些;垃圾铜密闭化收集水平提高一些;将目前生活垃圾中的水分在现有基础上降低10-20%是比较容易做到的。实际上这些有机物主要是生物质,对生物质进行焚烧并进行能源利用显然是节能减排的,也是符合环境友好型技术要求和气候友好型技术要求。
三、混合垃圾能不能焚烧?
    全量焚烧系统(Mass burn system)专门设计用于不经预处理的混合垃圾焚烧,这也是发达国家生活垃圾焚烧处理的主要形式。这类焚烧炉多为炉排炉。炉排的作用就是在炉内输送垃圾的同时,又能促进垃圾的搅动和混合,从而使垃圾得到较完全的燃烧。一堆燃烧的垃圾翻动跌落到另一堆燃烧的垃圾将促进燃烧过程进行。一般炉排炉分干燥预热段、燃烧段与燃烬段三部分,燃烬时间1.5h~3.0h,过量空气系数较高(1.6~1.8)。一次风量一般占总风量的60%,一次风量从炉排下进入炉膛,既提供了垃圾燃烧所需的氧气,同时又可冷却炉排。二次风在炉排上方进入炉膛,其主要目的是提供足够的空气使烟气完全燃烧,为提高完全燃烧湍流效果,二次风通常在炉膛四周多点射入。
    以奥地利维也纳市为例(见图5,来源:www.wien.at/ma22/abfalllehrbehelf),产生的生活垃圾成分中,可生物降解有机垃圾占31.5%,尽管对可生物降解有机垃圾进行单独收集,但进入生活垃圾焚烧厂的剩余垃圾成分中,可生物降解有机垃圾占37.6%。那种以为,对可生物降解有机垃圾进行单独收集,剩余垃圾中可生物降解有机垃圾含量会很少甚至没有是非常荒谬的,完完全全是一种不符合现实的想象。


图5 维也纳市生活垃圾成分和进入生活垃圾焚烧厂的垃圾成分

    垃圾焚烧工况主要取决于垃圾热值。发达国家垃圾热值高,焚烧炉炉排往往需要设置水冷,而我国生活垃圾热值低,燃烧一次风需要预热,这属于焚烧炉具体工艺参数设置的技术问题,与能不能进行垃圾焚烧完全是两回事。生活垃圾的热值变化与居民的消费水平有着直接关系。家庭燃料由燃煤转变为燃气,家庭生活消费购物场所由农贸市场转变为超市,生活垃圾特性将出现显著变化。
四、生活垃圾焚烧与节能减排
    2003年1月14日,美国环保局发布的报告指出“垃圾焚烧产生的电能与其他来源产生的电能相比,其对环境影响几乎是最小的”(Marianne Lamont Horinko 2003),2009年9月21日,美国环保局发布的报告指出,2006年美国生活垃圾焚烧量为3100万吨,由于对垃圾焚烧进行热能利用,相当于减排1700万吨二氧化碳当量温室气体。
    德国环境部报告,2006年德国生活垃圾焚烧量超过1700万吨,共产出6.3TWh电能和并利用17.2TWh热能,相当于避免减少975万吨二氧化碳当量温室气体。扣除化石燃料因素(塑料燃烧热能)以及输入的能耗,净减少排放近400万吨二氧化碳当量温室气体。
2006年,德国绿党认可垃圾焚烧能源利用属于垃圾回收利用(来源:decisive for the complete recovery of waste from human settlements" in a paper presented during the 2006 Berlin Waste Conference)。
    2008年1月29日瑞士达沃斯经济论坛将生活垃圾焚烧处理并进行能源利用8个新兴绿色清洁能源技术(陆地风能、海洋风能、光伏太阳能、太阳能热电、糖基乙醇、纤维素及下一代燃料、地热)(来源:a report released Jan. 29 at the World Economic Forum in Davos, Switzerland.)。
    2009年6月,美国众议院认可垃圾焚烧能源利用为气候友好、可再生能源。2009年10月,奥巴马政府批准垃圾焚烧发电为可再生能源。
“为什么垃圾焚烧是最好的选择”,2009年9月29日,加拿大哥伦比亚Lois E. 市市长Jackson of Delta在温哥华太阳报上写到。根据独立的咨询机构建议,现代化的垃圾焚烧厂将不能回收的垃圾通过焚烧处理并转换为热和电,这是最好的选择,温哥华市政区目前正在考虑建设六个现代化垃圾焚烧厂,以便取代目前的填埋处理,不同于填埋场,现代化的垃圾焚烧厂可以得到连续监测和控制,采用焚烧处理后,我们的大气中污染物排放不会改变或者变得更少,此外,还减少温室气体排放。
    2007年10月10日,欧盟环境署,正式将垃圾焚烧纳入回收利用范畴(注:满足余热利用率有要求的垃圾焚烧认定为回收利用范畴)。此外,欧盟调查发现,填埋比例低,焚烧比例高则回收利用的比例高,反之则低(见图6)。


图6 2006年欧盟国家生活垃圾处理方式比较(来源:EUROSTAT ,2006)

六、生活垃圾焚烧与健康环保

    垃圾焚烧过程是一个氧化的过程,碳水化合物将转化为二氧化碳和水,来自生活垃圾中的一些复杂有机化合物也将得到分解。垃圾焚烧过程也是一个浓缩提取的过程。灰渣中的金属也可得到一定长度的回收。主要污染物如重金属以及有机污染物包括二恶英得到浓缩,大部分在飞灰中。因此,现代化垃圾焚烧过程总体上是污染物削减过程。
    大部分的当垃圾被运往焚烧厂时,二恶英含量就已达50 ng/ Nm3。德国研究表明,生活垃圾经过焚烧后,向空气中二恶英排放量只相当于原有含量的1%([0.48 ng/ kg]/[50 ng / kg] ),向环境中所有介质排放量为17.63 ng TEQ/ kg 垃圾,相当于原有含量的35.3%,这也说明经过垃圾焚烧,其中垃圾中原有二恶英的64.7%得到分解,因此,通过垃圾焚烧处理,环境中的二恶英净含量是下降的(TWGComments (2003).” TWGComments on Draft 1of Waste Incineration BREF)。
    现代化的生活垃圾焚烧厂锅炉出口烟气Dioxin浓度为0.5-10 ng TEQ/ Nm3,相当于3-60 ng TEQ/ kg 垃圾;因此,通常情况下高温焚烧是削减Dioxin的。(来源: 2005年8月欧盟公布的欧洲污染综合防治局(European IPPC Buraeau)研究报告P146-P148)。
德国的研究表明,现代化生活垃圾焚烧厂,单位发电量的二恶英排放强度与生物气(沼气)发电机焚烧时相当,只相当于木材生物质燃烧热电厂的十分之一(见表2)
表2 在同样生产1000度电的情况下,垃圾焚烧与采用生物质燃烧所产生烟气污染物比较。

污染物 (单位g)生活垃圾焚烧厂排放标准执行德国标准(17. BImSchV)木材焚烧厂执行德国标准(TA-Luft)生物气(沼气)发电机焚烧执行德国标准(TA-Luft)生物气(沼气)燃气轮机燃烧执行德国标准(TA-Luft)颗粒物0.41051019CO147801.600770总C278035SO2310610NOx901.0401.290670重金属(Cd, Tl, Hg)0.10.030.020.03二恶英(单位:ng)182101820

来源:ITAD e.V., Jan. 2003
德国联邦医学协会在1993年1月发表的研究报告表明:现行达标的生活垃圾焚烧厂,住在焚烧厂附近癌症风险可以忽略(来源:German Medical Journal Edition 90 1/2,11th January 1993 P45-53)
2007年,里斯本预防医学研究所研究表明:垃圾焚烧发电厂对居住在附近居民的血液中二恶英含量并有影响(来源:http://www.sciencedirect.com/)。
2009年,英国致癌委员会研究表明:居住在垃圾焚烧发电厂附近居民致癌风险非常低,按照现代流行病调查,达到差不多监测不到水平(来源:http://www.advisorybodies.doh.gov.uk/Coc/munipwst.htm

七、结束语
    毛主席批评王明的教条主义时曾经说:“王明的错误无非是他有三不知:第一,他不知道打仗是会死人的;第二,他不知道人饿是要吃饭的;第三,他不知道行军是要走路的,而且会走得很累。”(王蒙讲座——《老子》二题,2009年)。我想借用毛主席语言格式,针对国内生活垃圾资源化的炒作点评如下,他们不知道垃圾回收利用是需要成本;他们不知道垃圾回收利用的产品市场是有容量的,而且是波动的;他们不知道一些垃圾如纸、塑料、生物质等可燃物不可能无限循环的,往往需要进行燃烧并进行热能利用,回到自然界的大循环中。
“野火烧不尽,春风吹又生”生物质的焚烧难道不也是一种循环吗?

    对于生活垃圾焚烧对环境以及健康的影响,我们需要理性和客观。实际上并不是“上帝在回收,魔鬼在焚烧”(来源:比利时安特卫普垃圾焚烧厂居民沟通经验介绍)

 

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