解决城市生活垃圾问题的出路k}=圾资源化`能源化综合集成技术.pdf

解决城市生活垃圾问题的出路k=圾资源化、能源化综合集成技术系统 李海滨陈I吴创之中国科学院广州能源研究所(广州5 1 0 0 7 0一、前言 目前，我国垃圾的历年堆存量已达到 6 0亿吨，全国2 0 0多座城市己陷入垃圾围城之中。1 9 9 7年，全国的垃圾产量达到了 1.4 亿吨，而且还在以每年 8 1 0%的速度增长。在国内的一些大城市，如北京、上海，垃圾 日产量已超过 1 2 0 0 0吨。1 9 9 8年夏，上海市殉城市生活垃圾 日产量曾达到 1 4 0 0 0吨。两地占地 5 0 平方米以上的“垃圾山”超过 6 0 0 0座。迄今为止，我国绝大多数城市生活垃圾仍以露天堆放、填埋为主，不仅占用了宝贵的土地资洪，而且对环境造成了严重的二次污染。能否妥善解决垃圾问题，是关系到国计民生的一件大事。二、垃圾处理技 术概述 解决垃圾间题的目 标是将垃圾减容、减量、资源化、能源 化及无害 化处理。目 前主要有三种方法:卫生填埋，堆肥及焚烧处理。以 下对这几种技术作一简单比 较。1.镇理技米 填埋技术的特点是操作简单，可以处 理所有种类的垃 圾。但占 地面积 大，同时存在严重的二次污染，例如垃圾渗出液会污染地下水及土壤，垃圾堆放产生的臭气严重影响场地周边的空气质量，另外，垃圾发酵产生的甲 烷气体既是火灾及爆炸隐患，排放到大气中又会产生温室效应。近年来有的城市已经认识到这一问题，建立了一批具有较高水平的工生填埋厂，较好地解决了二次污染问题，但建设投资大，运行费用(包括规范的填埋、渗出液处理及甲烷收集利用等)高。最关键的是填埋厂处理能力有限，服务期满后仍需投资建设新的填埋场，进一步占用土 地资 源。以北京为例，如 果采用 现在的 技术，将北京市1 2 0 0 0 吨/日 的址圾进行卫生填埋处理，单是建设投资就高达7.2 亿元人民币(不含征地费用)，而且填埋场的寿命也只 有 1 2 年。基于以上原因，国外从 8 0年代以来，卫生填埋设施有逐渐减少的趋势，成为其它处理工艺的辅助方法，用来处理不 能再利用的 物质。目 前在广东省填埋仍是最主要的垃圾处理方式，如广州1 9 9 8 年 日 产垃圾4 8 0 0 吨，完全采用卫生填埋方式处理，两大垃圾填埋场占地 7 4 0亩(李坑 3 7 0亩，大田山3 8 0亩)，设计处理能力为3 5 0 0 吨/日(李坑 1 5 0 0吨/日，设计填埋厚度 5 2米，实际 已达 6 2米;大 田山2 0 0 0吨/日，设计填埋厚度7 0 米)，而实际处理量在5 0 0 0 吨/日 左右，在近两年内 都将 填满，有关部门正在计划建 设新的垃圾填埋场，新的 垃圾填埋场预 计占 地近1 2 0 0 亩，但远离市区，运输距离将超过 4 0 k m;中山市投入巨资兴建的具有国内先进水平的垃圾卫生填埋场目前尚能消纳每天1 0 0 0 余吨的城市生活垃 圾 但其运行费用高达3 0 0 万元/年(不包括垃圾收集、清运费用)，而 1 2 0且只剩大约 7 年的服务期;另外，有些城市如江门，正准备投资上亿元建设现代化的垃圾卫生填埋场。2.梵烧技术 对垃圾进行焚烧处理减容、减量及无害化都很高，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃 圾的能 源化，是一种较好的垃圾处理 方法。但对焚烧条件控制不当会存在烟气污染问题，且设备投资巨大。国外目前通过改进焚烧系统工艺及强化尾气处理等手段已经较好地解决了尾气污染问题，但投资也相应增加。如果引进国外技术进行垃圾焚烧发电，每处理 1 0 0吨/日垃圾的建设成本接近 1 亿元入民币，我国的地方财政难以承受。而吸收国外先进经验，开发自己的 垃圾焚烧发电 系统。投资可以 大大降 低，仅为完全引 进的五分之一左右，比 较适合国情。但即 便如此，单 纯依 靠垃圾焚 烧来 解决问 题的投资也 还是相当巨大的。以广州市为例，目 前日 产垃 圾4 8 0 0 吨，如 果采用基本国产焚烧发电技术和设备，其投资依然高达近1 0 亿元人民币，而且 垃圾产量正逐年以8%左右的 速度增长、意味着每年新增垃圾焚烧发电建设费用8 0 0 0 万元，如果再加 上从收集、清运到焚烧发电 装置的运行费用，地方财政势必会不堪重负。另 一方面，垃 圾焚 烧发电的 经济性也值得进一步探讨。同常规 燃煤发电相比，垃圾焚烧电厂的发电装机容量都很小，而且由干腐蚀问题，目 前垃圾焚烧发电的效率一般不超过 1 5%，远低于燃煤发电的 水平。如果垃圾热值为5 0 0 0 1 1/k g，按1 5%的发电效率计算，每1 0 0 吨/日 垃圾处理量配套的装机容量不超过 1 0 0 0 k W,1 0 0 0吨/日处理量的垃圾电厂实际发电量不超过9 0 0 0 k W，与燃煤电厂相比这个规模实在是太小了，势必会导致运行成本的大幅度提高。电价无法同火电竟争，如果不依靠政府的财政补贴，垃圾电厂将不能维持运行，当然也就谈不上产生多少经济效益了。表 1 广东省内的垃圾电厂城市处 理 量(to n s/d a y)装 机 容 量(k w)_备注深圳3 x 1 5 03 0 0 0运行中深9 113 x 1 0 06 0 0 0建设中珠海3 x 2 0 06 0 0 0建设中广 州9 0 01 4 0 0 0立项广州2 0 0 0立项惠 州5 x 1 0 01 2 0 0 0建设中 为降低建设成本，省内许多地方已相继建设了一些小型的垃圾焚烧装置。如东莞市厚街镇目前已投资2 0 0 0万元，建成了4 0 0 吨/口规模的固体废物焚烧装置。其共同的特点是单台炉的处理能力较小，一般在5 0 吨/日左右，而且无能量回收装置，处理成本(不含收集、运输费用)通常在5 0 元/吨左右，有的甚至超过1 0 0 元/吨。这些装置在一定程度上解决了当地的垃圾问 题，但长远来看，由于 其垃圾炉的 结构设计不合理(基本都是由卧式燃煤锅炉简单改 造而成)，没有充分考虑垃圾与煤在性质上的巨大差异，因此尾气排放中必然含有大量的污染物。另外，直 接照搬燃煤锅炉的炉排，导致维护工作量巨 大 年运 转负荷 率较低。1 2 1_寸 3堆肥技米 堆肥技术的工艺也比较简单 适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，对垃圾中的部分组分 进行资源利用，且处理相同贡 量的垃圾投资比 单纯的焚烧处 理大大降低。:佳 肥技术在欧美国家起步较早，目前已经达到工业化应用的水平。但引进国外技术投资巨大，不适合我国国情。针对这一情况，我国一些研究单位和企业已经开始了这方面的工作，并取得了一定的成绩。发达国家由 于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国的一 般水平，9 此靠堆肥只 能处理 1 5%左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了堆肥技术的推广。但就广东省的具体情况来看，生活垃圾中 的易 腐有机贡(主 要是厨余)含量都在5 0%左右，因 此采用准肥技术可以达到比较好的处理效果。但堆肥技术也存在明显的缺点:不 能处 理不可腐烂的有机 物和无机物，因 此减容、减量及无害化程度低。因此仅仅依靠堆肥处理仍然不能彻底解决垃 圾问 题。目 前在广东省的一些地方，简单的 垃圾“堆肥”已 经在一些填埋场应用，并产生了一 定的 效益。但是这与我们所讲的垃圾堆肥技术相去甚远，因 为在这些地方仅仅是将生活垃圾填埋，靠自 然发酵，若干年后再 挖掘出来，筛去其中 的塑料等不腐烂的物质后就当作肥料出售。实 际上用 这种肥料种植果树、蔬菜及娘 食是危险的，原因是由干垃 圾中不易腐有 机组分(纸、塑料、布、橡 胶等)的重金属(P b,C d,H g 等)含量很高，占 垃圾中重金属总量的8 5%以1，如果这类物质与易腐有机物长期共同埋于地下，加上雨水的作用，重金属必然会渗入最终的有机肥产品中，用这种肥种出来的食品重金属的含量必然超标，危害人体健康。因此，堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易腐有机组分进行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准，真正实现无害化和资源化。4.其他技术 卫生 填埋 一自 然发酵一沼气收集一燃气 发电。该技术已 于 1 9 9 8 年1 0 月 在杭州天 子岭废弃 物处理总 场建 成投产，外方总投资3 5 0 万美元(不含证地费用)，装机容量1 9 4 0 k W，平均功率1 8 0 0 k W,发电并入华东电冈，已产生了一定的经济效益。该工艺的优点是对垃圾进行了部分 资源化利用，并减少了 填埋场温 室气体的排放，减少了 填埋场的火 灾隐患。但该工艺 也存在明显的缺点:由于只对填埋气体进行资源化利用，因此资源化利用程度低;二对填埋工艺要求(如防水、覆土、压实)高;，需封 场或部分封场进行抽气，所需垃圾的填埋量在1 0 0 万立方米以上，因此只 适合于大型或超大型的卫生填埋场;二对正在填埋中的工作面产生的沼气无法利用;，同垃圾焚烧发电工艺一样，也需要政府政策_L的优惠(合理的收购电费，减免税收)及财政补助.以维持正常的运行及保证合理的投资回报率。三、广东省垃圾情况概述1 9 9 7 年，广东省的 城市生活 垃圾的产量达到7 4。万吨，基本上呈逐年上升的趋势。以广 1 2 2翁舀州 市为 例，城市生 活垃圾的 产量从1 9 9 0 年的1 0 5 万吨 增加 到1 9 9 6 年的1 7 6 万吨，平均年 增长率超过 1 0%，不过近两年来广州市的城市生活垃圾产量增加的速度已明显减慢。然而在广东省的一 些城市，生活垃圾增长的 势头依 然强劲。广东省是我国经济较为发达的省份。随着经济的发展及人民生活水平的提高，近年来垃圾组成及性质已发生了明显的变化。总的来说广东省的城市生活垃圾有以下几个特点:1.从 垃圾组成来看，无机 物含量较低，塑 料、废纸及厨余的比例较高。表2 是广东省几个城市的垃圾组成分析结果。由于广东省民用燃料气化率很高(基本达到9 0%以上)，因此在生活垃圾中无机物(不含玻璃、金属)的含 量比国内许多城市要低(重庆3 1.6%，石家庄3 8.5%，大 连2 6.3%，太原3 6%，一 些燃煤为主的城市无机物的含量甚至达到7 0 一 8 0%以上)，而废纸、塑料含量高(重庆 1 7.0%，石家庄7.9%，大连 8.4%，太原6.1%)0 表2 广东省城市生活垃圾的组成分析“砂土玻璃金属纸塑料橡胶布草木厨余白 塑料卜-V 1IF广州1 4.9 24.3 90.5 55.6 31 3.7 3 0.5 34.4 45.8 64 7.8 61.3 30.7 6中山1 1.2 01.6 01.0 75.8 71 7.8 7 0.5 33.2 01 1.2 0 4 7.4 7深圳1 4.2 91.7 91.3 47.1 41 9.2 01.7 95 3.5 70.8 9新会1.4 97.1 97.7 81.2 01.8 0 2 2.7 5 5 6.9 00.9 0 二:广州市垃圾组成数据为1 9 9 8 年平均值;中山垃圾为1 9 9 9年 3月填理场取样值;深圳 垃圾为1 9 9 9 年 3月深圳某区取样值;新会市垃极为1 9 9 9年4月居民区垃极中转站取 祥位。2.从物化性质上看，由于广东城市生活垃圾中灰渣含量低、纸和塑料等易燃有机物含量高一 方面导致垃 圾的容重较小(不到3 0 0 k g/m 3，而全国其他许多城市则达到5 0 0 k g/m 3 左右)，另 一方面使得垃圾的热值较高，广东 省(尤其是珠江三角洲地区)城市生活垃圾低位热值通 常在4 0 0 0 一 5 5 0 0 1)/k g 范围内。3.垃 圾产量的季节性变化。就城市生活垃圾而言，广东省内各城市一年中 垃圾的产量有一定的 变化规律。如广 州市1 9 9 8 年通常垃 圾产量4 8 0 0 吨/日，但在 春节 期问 垃圾的 产量 大大高于这个数值。1 9 9 8年春节期间，垃圾日产量达到 9 0 0 0吨，而 1 9 9 9年春节期间垃圾 日产量甚至 达到1 1 0 0 0 吨。这与广东人的过年习俗密切相关。一 广州是中国著名的花城，春节前人们习惯买花，而过完春节鲜花枯萎后就变成了垃 圾，导致春节后垃圾产量 猛增。四、发展综合集成 技术，解决垃级问题 综上 所述，单纯地依靠某种技术来处理城 市生活垃圾都不是适合国情的解决垃圾间题的根本方法。就目 前情 况来 看。由 于我国对垃圾焚烧发电电力上网方 面的 政策尚不 完善，因此靠垃圾焚烧发电，工厂自用电以外剩余电力上网售电时机还不成熟。而且，垃圾热值低，焚烧发电装机容量 较小，发电成 本高，与常规发电 相比电 价也没有竞争力。从经济性角度来讲，垃圾焚烧发电并不是垃圾资源化利用的最佳出路。1 2 3JJ渭IJ 垃圾是资源，这一点已 成为人们的共识。因此，单纯地“处理”垃圾是不科学的，必须因地制宜，针对垃圾中 组分合多 样性，以资源、能源回 收为出发点进行综合利用。综合利用应包括以下几个方面的内容:1)可用物资(废纸、金属、玻璃等)的回收再生利用;2)易腐有机物的堆肥处理;3)高热值不易腐有饥物的能量利用;4)灰渣的固化处理、实现灰渣的材料化 目前国内已有单位开始了这方面的尝试，但是由于技术上的问题，资源、能源的利用效率低，还不能利用垃圾自 身的能量解决工艺过程的高能耗同题，系 统运行成本高，技术含量低，不利于产 业化 推广。发展垃 圾综合集成处 理系 统，应以系统能量自给为目 标，一方面可以大大降低生产成本，另一方面由于选取较小的发电装机容量还可以使系统的建设成本大大降低，更适合国情，拥有广阔的市场前景，由此产生的社会和经济效益都将是相当可观的。(上接第 1 1 9页)过程和煤炭消耗特点，与我国北方其他城市有类 似之处。可以 推定:.化 京市的煤炭流通改革研究成果，对全国其他城市煤炭流通改革可起到积极地推动与借鉴作用。最后，感谢北京市煤炭总公司及所属各单位。参考文献:1.刘 敏燕，我国 煤炭起尘 特性，中国 安全科学学报，1 9 9 8.1 0 2.让我 们行动起来，还京城蓝天 北京:发出治理大气污染新号卜，北京日 报，1 9 9 8.1 2.1 3.朱rq%A,洁净固硫IIt配送及燃烧工程研究.环境导报,1 9 9 9年(1)4.张慧明等，煤炭工业锅炉排放二氧化硫对大气的污染及工业固硫型煤的应用，环境科学 进展)，1 9 9 9.2 5.李振主编，物流学，中国铁道出版社,1 9 9 6 6.让我们行动起来，还京城蓝天市政府再顽2 8 项精施，北京Q报,1 9 9 9.3.1 11 2 4一 叫 舞 月