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垃圾焚燒幾點認識探討

2010-07-23 13:20:44  
生活垃圾焚燒發(fā)展幾點認識探討
中國城市建設(shè)研究院 徐海云
    當前,生活垃圾焚燒已成為生活垃圾處理的熱點話題。不管是出于什么目的,反對垃圾焚燒的焦點主要集中在廢物資源化利用、環(huán)境保護與居民健康。
一、生活垃圾焚燒與材料回收利用
    能夠利用的生活垃圾應(yīng)盡可能利用,對于不能利用的剩余生活垃圾進行焚燒處理并進行熱能利用,這一點大家也容易形成共識。但在利用的程度上似乎又產(chǎn)生很大分歧,因此客觀認識生活垃圾中材料回收利用水平就非常重要。
    對于生活垃圾中材料回收利用水平不能簡單的對比回收率,而要對比具體廢棄物的回收率。我國廢紙回收狀況就可以說明垃圾回收水平是不低的,甚至可以說還是比較高的。雖然我國的廢紙回收率還不到40%(見圖1),顯著低于發(fā)達國家和發(fā)達地區(qū)廢紙回收率,但這并不能說明我國廢紙回收水平低或者回收的潛力還很大。我國的紙人均紙消費量低,紙消費量低,紙的回收率就難處于高水平。根據(jù)1999年設(shè)在華盛頓的世界觀察機構(gòu)的統(tǒng)計結(jié)果,全球30%的紙產(chǎn)品用于美國,每人每年消費335公斤,日本是249公斤,德國是192公斤,盡管中國是繼美國之后的全球第二大紙生產(chǎn)國。但人均消費量只有27公斤。人均紙消費紙量低,通常表現(xiàn)為報紙書刊的消費量比例低,而衛(wèi)生紙等難以回收紙的消費量比例就相對較高,顯然廢紙回收率就不可能很高。比如雖然在2008年其廢紙回收率達到55.5%,但具體分析其各類廢紙的回收率差別是很大的,如廢報紙的回收率為87.8%,雜志回收率為40%,書回收率為29.9%,辦公用紙回收率為71%,廢紙箱的回收率為76.6%,而廢紙巾、廢紙杯等則回收率很低可以忽略不計(Municipal Solid Waste Generation, Recycling, and Disposal in the United States:? Facts and Figures for 2008。)目前我國沒有確切的廢報紙和廢紙箱的回收率統(tǒng)計,但從辦公室和居民的局部調(diào)查看,廢報紙和廢紙箱的回收率應(yīng)在90%以上。


圖 1 1990-2007年我國紙和紙板產(chǎn)量、進口廢紙量和廢紙回收率


    與發(fā)達國家和地區(qū)相比,從城市人均焚燒能力、人均年焚燒量對比,我國生活垃圾焚燒處理能力嚴重不足(見表1);由于垃圾中水分及渣土含量高,垃圾熱值約為發(fā)達國家的一半,這些可以間接的反映我國生活垃圾中材料回收利用水平。

德國 67座生活垃圾焚燒廠 2007年焚燒處理量1780萬噸 人均焚燒量0.21噸/年瑞士 29座生活垃圾焚燒廠 2007年焚燒處理量360萬噸 人均焚燒量0.5噸/年日本 1301座生活垃圾焚燒廠 2007年焚燒處理量約4000萬噸 人均焚燒量0.31噸/年中國臺灣 21座生活垃圾焚燒廠 2006年焚燒處理量約720萬噸 人均焚燒量0.31噸/年中國大陸 約80座生活垃圾焚燒發(fā)電廠 2009年焚燒處理量約1700萬噸 城市人均焚燒量不足0.02噸/年 

表 1 典型國家垃圾焚燒處理狀況對比

二、生活垃圾焚燒與可生物降解有機物回收利用
    可生物降解有機垃圾的管理。這部分垃圾在生活垃圾中占有比例高、水分大、易腐爛、有異味。這是家庭生活垃圾分類收集的熱點、難點和重點。目前有三種典型模式可供選擇,德國模式(單獨收集進行生物處理),美國模式(采用家庭粉碎機排入下水道),日本模式(要求盡可能減少水分,作為生物質(zhì)進行焚燒處理)。
    從單質(zhì)和化合物角度分析,當前生活垃圾中最多的是水(平均50%左右或更多)。不同路徑,1噸水的成本相差100倍以上(通過下水道到污水處理廠與環(huán)衛(wèi)部門收運到垃圾處理廠)。日本模式操作性強,但執(zhí)行彈性較大。
    食品類有機物約80%通過我們的身體消化排到城市污水處理廠,只有20%左右進入垃圾物流。采用美國模式最簡單,但對排水系統(tǒng)以及城市污水處理廠的影響需要系統(tǒng)研究。
    德國模式有機物資源化利用效果好,但執(zhí)行難度大。德國模式可以從農(nóng)村以及部分環(huán)保覺悟高的人群進行試點;如果要對家庭廚馀垃圾單獨收集有許多現(xiàn)實的障礙,如廢除日產(chǎn)日清、管理與監(jiān)督、放垃圾桶的位置、成本以及垃圾最終出路等。

    生活垃圾中的有機物如何實現(xiàn)自然循環(huán)利用?對于一些大城市和城市群,我們每天消費的食物和水,往往不是當?shù)厣a(chǎn)的,食下去的變成糞便,通過下水道進入城市污水處理廠,最后停留為污泥;食剩下的和食物加工剩余物經(jīng)過垃圾物流,進入垃圾處理廠,這就提出了一個問題,這些有機物能否就地消化,顯然是不可能的,如果這些有機物能夠全部就地消化,那必然造成“富營養(yǎng)化”。就是可生物降解的有機物資源化利用,也有優(yōu)先順序,不可能容易用的還有大量沒有用,就去利用難以利用的。我國農(nóng)村每年糧食種植產(chǎn)生6億多噸秸稈,畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生30億噸左右的糞便(農(nóng)業(yè)部關(guān)于加強農(nóng)業(yè)和農(nóng)村節(jié)能減排工作的意見,農(nóng)業(yè)部科技教育司,2007年8月13日),城市污水處理廠年產(chǎn)生的濕污泥量3000萬噸以上,并且還要顯著增加(中國水網(wǎng),《中國污泥處理處置市場報告》)。
    生活污水廠污泥不夠用了,然后再利用垃圾中有機質(zhì)或生物質(zhì)。大批城市污水處理廠的建立,清潔了河流與湖泊,但同時也是增長較快的垃圾產(chǎn)生源—污泥。例如,歐共體國家污泥量(干態(tài))從984年610萬噸,增長到1120萬噸(見圖4,來源:hall&Dailimier, 1994,expend to EU+3by ETC/W)。污泥處理和垃圾處理有著相似的特點,也主要由回收利用(用于農(nóng)地包括堆肥)、填埋和焚燒三種方式。在歐洲,一些國家限制污泥進行填埋處理,如瑞士、荷蘭等國家,因此填埋處理呈下降趨勢;為防止重金屬和一些有機物在食物鏈中積累,農(nóng)用標準更趨嚴格,農(nóng)用和堆肥處理難有較大提高;焚燒處理增長較快。瑞士2001年9月決定從2002年禁止污泥用于農(nóng)田, 成為歐洲第一個禁止污泥農(nóng)用的國家。在此前約每年8萬噸(干態(tài))約為40%用于農(nóng)地,此后,主要進行焚燒處理,其中部分將用于水泥工業(yè)。堆肥處理過程主要是可生物降解有機物的分解過程,并解決重金屬問題、和一些難于降解的有機污染問題。


圖4 1984-2005年歐共體國家污泥量及處理方式

    如何對家庭的廚馀類有機垃圾管理。我們需要變換思路,把控制生活垃圾水分作為管理目標。水分控制要從源頭努力。如果上述三種模式根據(jù)具體條件分別采用一些;垃圾銅密閉化收集水平提高一些;將目前生活垃圾中的水分在現(xiàn)有基礎(chǔ)上降低10-20%是比較容易做到的。實際上這些有機物主要是生物質(zhì),對生物質(zhì)進行焚燒并進行能源利用顯然是節(jié)能減排的,也是符合環(huán)境友好型技術(shù)要求和氣候友好型技術(shù)要求。
三、混合垃圾能不能焚燒?
    全量焚燒系統(tǒng)(Mass burn system)專門設(shè)計用于不經(jīng)預(yù)處理的混合垃圾焚燒,這也是發(fā)達國家生活垃圾焚燒處理的主要形式。這類焚燒爐多為爐排爐。爐排的作用就是在爐內(nèi)輸送垃圾的同時,又能促進垃圾的攪動和混合,從而使垃圾得到較完全的燃燒。一堆燃燒的垃圾翻動跌落到另一堆燃燒的垃圾將促進燃燒過程進行。一般爐排爐分干燥預(yù)熱段、燃燒段與燃燼段三部分,燃燼時間1.5h~3.0h,過量空氣系數(shù)較高(1.6~1.8)。一次風量一般占總風量的60%,一次風量從爐排下進入爐膛,既提供了垃圾燃燒所需的氧氣,同時又可冷卻爐排。二次風在爐排上方進入爐膛,其主要目的是提供足夠的空氣使煙氣完全燃燒,為提高完全燃燒湍流效果,二次風通常在爐膛四周多點射入。
    以奧地利維也納市為例(見圖5,來源:www.wien.at/ma22/abfalllehrbehelf),產(chǎn)生的生活垃圾成分中,可生物降解有機垃圾占31.5%,盡管對可生物降解有機垃圾進行單獨收集,但進入生活垃圾焚燒廠的剩余垃圾成分中,可生物降解有機垃圾占37.6%。那種以為,對可生物降解有機垃圾進行單獨收集,剩余垃圾中可生物降解有機垃圾含量會很少甚至沒有是非?;闹嚨?,完完全全是一種不符合現(xiàn)實的想象。


圖5 維也納市生活垃圾成分和進入生活垃圾焚燒廠的垃圾成分

    垃圾焚燒工況主要取決于垃圾熱值。發(fā)達國家垃圾熱值高,焚燒爐爐排往往需要設(shè)置水冷,而我國生活垃圾熱值低,燃燒一次風需要預(yù)熱,這屬于焚燒爐具體工藝參數(shù)設(shè)置的技術(shù)問題,與能不能進行垃圾焚燒完全是兩回事。生活垃圾的熱值變化與居民的消費水平有著直接關(guān)系。家庭燃料由燃煤轉(zhuǎn)變?yōu)槿細?,家庭生活消費購物場所由農(nóng)貿(mào)市場轉(zhuǎn)變?yōu)槌校罾匦詫⒊霈F(xiàn)顯著變化。
四、生活垃圾焚燒與節(jié)能減排
    2003年1月14日,美國環(huán)保局發(fā)布的報告指出“垃圾焚燒產(chǎn)生的電能與其他來源產(chǎn)生的電能相比,其對環(huán)境影響幾乎是最小的”(Marianne Lamont Horinko 2003),2009年9月21日,美國環(huán)保局發(fā)布的報告指出,2006年美國生活垃圾焚燒量為3100萬噸,由于對垃圾焚燒進行熱能利用,相當于減排1700萬噸二氧化碳當量溫室氣體。
    德國環(huán)境部報告,2006年德國生活垃圾焚燒量超過1700萬噸,共產(chǎn)出6.3TWh電能和并利用17.2TWh熱能,相當于避免減少975萬噸二氧化碳當量溫室氣體??鄢剂弦蛩兀ㄋ芰先紵裏崮埽┮约拜斎氲哪芎?,凈減少排放近400萬噸二氧化碳當量溫室氣體。
2006年,德國綠黨認可垃圾焚燒能源利用屬于垃圾回收利用(來源: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日瑞士達沃斯經(jīng)濟論壇將生活垃圾焚燒處理并進行能源利用8個新興綠色清潔能源技術(shù)(陸地風能、海洋風能、光伏太陽能、太陽能熱電、糖基乙醇、纖維素及下一代燃料、地熱)(來源:a report released Jan. 29 at the World Economic Forum in Davos, Switzerland.)。
    2009年6月,美國眾議院認可垃圾焚燒能源利用為氣候友好、可再生能源。2009年10月,奧巴馬政府批準垃圾焚燒發(fā)電為可再生能源。
“為什么垃圾焚燒是最好的選擇”,2009年9月29日,加拿大哥倫比亞Lois E. 市市長Jackson of Delta在溫哥華太陽報上寫到。根據(jù)獨立的咨詢機構(gòu)建議,現(xiàn)代化的垃圾焚燒廠將不能回收的垃圾通過焚燒處理并轉(zhuǎn)換為熱和電,這是最好的選擇,溫哥華市政區(qū)目前正在考慮建設(shè)六個現(xiàn)代化垃圾焚燒廠,以便取代目前的填埋處理,不同于填埋場,現(xiàn)代化的垃圾焚燒廠可以得到連續(xù)監(jiān)測和控制,采用焚燒處理后,我們的大氣中污染物排放不會改變或者變得更少,此外,還減少溫室氣體排放。
    2007年10月10日,歐盟環(huán)境署,正式將垃圾焚燒納入回收利用范疇(注:滿足余熱利用率有要求的垃圾焚燒認定為回收利用范疇)。此外,歐盟調(diào)查發(fā)現(xiàn),填埋比例低,焚燒比例高則回收利用的比例高,反之則低(見圖6)。


圖6 2006年歐盟國家生活垃圾處理方式比較(來源:EUROSTAT ,2006)

六、生活垃圾焚燒與健康環(huán)保

    垃圾焚燒過程是一個氧化的過程,碳水化合物將轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水,來自生活垃圾中的一些復(fù)雜有機化合物也將得到分解。垃圾焚燒過程也是一個濃縮提取的過程?;以械慕饘僖部傻玫揭欢ㄩL度的回收。主要污染物如重金屬以及有機污染物包括二惡英得到濃縮,大部分在飛灰中。因此,現(xiàn)代化垃圾焚燒過程總體上是污染物削減過程。
    大部分的當垃圾被運往焚燒廠時,二惡英含量就已達50 ng/ Nm3。德國研究表明,生活垃圾經(jīng)過焚燒后,向空氣中二惡英排放量只相當于原有含量的1%([0.48 ng/ kg]/[50 ng / kg] ),向環(huán)境中所有介質(zhì)排放量為17.63 ng TEQ/ kg 垃圾,相當于原有含量的35.3%,這也說明經(jīng)過垃圾焚燒,其中垃圾中原有二惡英的64.7%得到分解,因此,通過垃圾焚燒處理,環(huán)境中的二惡英凈含量是下降的(TWGComments (2003).” TWGComments on Draft 1of Waste Incineration BREF)。
    現(xiàn)代化的生活垃圾焚燒廠鍋爐出口煙氣Dioxin濃度為0.5-10 ng TEQ/ Nm3,相當于3-60 ng TEQ/ kg 垃圾;因此,通常情況下高溫焚燒是削減Dioxin的。(來源: 2005年8月歐盟公布的歐洲污染綜合防治局(European IPPC Buraeau)研究報告P146-P148)。
德國的研究表明,現(xiàn)代化生活垃圾焚燒廠,單位發(fā)電量的二惡英排放強度與生物氣(沼氣)發(fā)電機焚燒時相當,只相當于木材生物質(zhì)燃燒熱電廠的十分之一(見表2)
表2 在同樣生產(chǎn)1000度電的情況下,垃圾焚燒與采用生物質(zhì)燃燒所產(chǎn)生煙氣污染物比較。

污染物 (單位g)生活垃圾焚燒廠排放標準執(zhí)行德國標準(17. BImSchV)木材焚燒廠執(zhí)行德國標準(TA-Luft)生物氣(沼氣)發(fā)電機焚燒執(zhí)行德國標準(TA-Luft)生物氣(沼氣)燃氣輪機燃燒執(zhí)行德國標準(TA-Luft)顆粒物0.41051019CO147801.600770總C278035SO2310610NOx901.0401.290670重金屬(Cd, Tl, Hg)0.10.030.020.03二惡英(單位:ng)182101820

來源:ITAD e.V., Jan. 2003
德國聯(lián)邦醫(yī)學(xué)協(xié)會在1993年1月發(fā)表的研究報告表明:現(xiàn)行達標的生活垃圾焚燒廠,住在焚燒廠附近癌癥風險可以忽略(來源:German Medical Journal Edition 90 1/2,11th January 1993 P45-53)
2007年,里斯本預(yù)防醫(yī)學(xué)研究所研究表明:垃圾焚燒發(fā)電廠對居住在附近居民的血液中二惡英含量并有影響(來源:http://www.sciencedirect.com/)。
2009年,英國致癌委員會研究表明:居住在垃圾焚燒發(fā)電廠附近居民致癌風險非常低,按照現(xiàn)代流行病調(diào)查,達到差不多監(jiān)測不到水平(來源:http://www.advisorybodies.doh.gov.uk/Coc/munipwst.htm

七、結(jié)束語
    毛主席批評王明的教條主義時曾經(jīng)說:“王明的錯誤無非是他有三不知:第一,他不知道打仗是會死人的;第二,他不知道人餓是要吃飯的;第三,他不知道行軍是要走路的,而且會走得很累。”(王蒙講座——《老子》二題,2009年)。我想借用毛主席語言格式,針對國內(nèi)生活垃圾資源化的炒作點評如下,他們不知道垃圾回收利用是需要成本;他們不知道垃圾回收利用的產(chǎn)品市場是有容量的,而且是波動的;他們不知道一些垃圾如紙、塑料、生物質(zhì)等可燃物不可能無限循環(huán)的,往往需要進行燃燒并進行熱能利用,回到自然界的大循環(huán)中。
“野火燒不盡,春風吹又生”生物質(zhì)的焚燒難道不也是一種循環(huán)嗎?

    對于生活垃圾焚燒對環(huán)境以及健康的影響,我們需要理性和客觀。實際上并不是“上帝在回收,魔鬼在焚燒”(來源:比利時安特衛(wèi)普垃圾焚燒廠居民溝通經(jīng)驗介紹)

 

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