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刘建国:我国生活垃圾处理技术路线全景扫描及评估

时间:2017-09-05 10:47

作者:刘建国

由于我国生活垃圾问题“门槛”较低,人人都能说两句,同时社会关注度很高,人人都想说两句,导致长期以来,社会各界对行业发展产生了很多不同的声音。这些声音的出现,部分促进了行业的进步和技术水平的提升,但同时也给行业带来一些被动立场及一定程度的混乱。对此,清华大学环境学院教授、固体废物处理与环境安全教育部重点实验室副主任刘建国认为,有必要从专业的角度,对我国垃圾处理的各种技术路线做一些梳理。8月25日,在2017(第五届)城市垃圾热点论坛中,刘建国向与会人员分享了他对我国生活垃圾处理技术路线的综合评估与展望。

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本文根据嘉宾发言内容整理,未经本人审阅。

我国生活垃圾处理技术现状

我国人口众多,是垃圾产生大国,根据住建部发布的城市垃圾统计数据,我国城市垃圾产生量已经大于两亿吨,还有一千五百多个县城也产生了接近0.7亿吨的垃圾。至于村镇垃圾方面,由于村镇数量太分散,暂无准确的统计数据。一定程度上来讲,有无统计数据与实际管理水平、处理水平直接相关,没有数据的地方一般还没有开始处理。总体来看,我国生活垃圾产生量在四亿吨以上。

从如下两张图中可以看到,我国垃圾最主要的构成部分是厨余垃圾,超过60%,有的地区甚至达到70%-80%。对比欧美国家,他们最主要的垃圾是纸张,厨余垃圾只占到25%。因为这样的差异,我国垃圾的最大特点就是湿,含水率很高;另一特点是臭,容易腐烂降解。

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经过多年的努力,我国生活垃圾处理取得了巨大的成就。上世纪80年代初,国内才开始真正意义上的垃圾收集工作;上世纪90年代,才有了规范了的无害化处理。而经过二十多年的发展,目前我国城市生活垃圾无害化处理率已经达到96.6%,远超过餐厨垃圾、污泥和危险废物等其它固废种类。这个成绩的取得非常不容易,在国内生活垃圾这样低品质、高产量的前提下,取得这样的成就值得我们自豪,这也是很多环保一线同行共同努力的结果。

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目前,我国垃圾处理技术运用基本格局如下图所示。这是从本世纪以来,生活垃圾处理技术的演变情况。可以看到,垃圾焚烧技术的应用有一个快速扩张的过程,从2001年2%的占比,发展到2015年,已经有了34%。到2020年,这个占比将超过50%。整体上,垃圾处理技术格局与我国经济、社会的发展保持了同步,也是我国经济高速发展的一个缩影。

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中国生活垃圾处理面临的主要挑战

虽然成果显著,但行业依然存在一系列的问题,导致了大量邻避现象的产生。现在经常是哪里有焚烧,哪里就有反抗,填埋项目也会遇到类似情况。这是我们需要面对的一个问题。

分技术路线来看,卫生填埋方面,由于占地面积大,在很多城市的选址越来越难;由于渗滤液产生量大,污染负荷高,处理标准严、难度大、成本高;恶臭污染严重,控制难度大;填埋产气不稳定,甲烷含量低,收集利用难度大,温室气体排放量大;填埋场积水严重,水位雍高,安全隐患大。这些问题产生的根源在于我国生活垃圾的高水分、高厨余的特点,项目运营得再好,很多问题也是不可避免的。

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垃圾焚烧也面临很大的挑战:焚烧烟气排放标准日趋严格,特别是二噁英公众高度关注极高,烟气排放持续稳定达标对垃圾品质、燃烧控制、烟气净化提出新要求。最近,住建部对国内垃圾厂做了一次诊断评估,确实问题还比较多。这也是国家推进装、树、联,进一步强调监管的重要原因。

此外,飞灰处理目前仍然是悬而未决的问题。富集重金属和二噁英类污染物的焚烧飞灰安全处理率低,技术路线不明确。还有中国独有的垃圾焚烧厂渗滤液处理、高含水率垃圾能量回收效率低等问题都有待解决。这些问题与我国垃圾的低质特性是分不开的。

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大家给予厚望的生物处理技术同样面临挑战。源头分类很难,分类效果差,依赖二次集中分选,增加了处理成本,影响系统稳定运行及产品品质;臭味控制难,进料、分选、堆肥等环节恶臭释放量大成分复杂,控制成本高占地面积大;土地利用难,堆肥及沼渣沼液土地利用存在诸多限制,市场接受度低,许多情况下仍然需要当做废物处理;持续盈利难,产品非标准化产品,品质相对较低,附加值较低,盈利模式不清晰。这些问题产生的根源与大量的厨余垃圾有着极强的关系。

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终端处理设施环境问题解决途径在于减量提质增效,即:减少进入终端处理系统的垃圾数量、提升进入终端处理系统的垃圾质量、提高处理系统效能和污染控制水平等。

中国生活垃圾分类前景分析

在这种情况下,垃圾分类成为环卫行业和垃圾处理行业的内在需求。2016年12月21日,习近平总书记在中央财经工作领导小组会议第十四次会议上作出普遍推行垃圾分类制度的指示。提出普遍推行垃圾分类制度,关系13亿多人生活环境改善,关系垃圾能不能减量化、资源化、无害化处理。要加快建立分类投放、分类收集、分类运输、分类处理的垃圾处理系统,形成以法治为基础、政府推动、全民参与、城乡统筹、因地制宜的垃圾分类制度,努力提高垃圾分类制度覆盖范围。

如果大家仔细的去读习总书记讲话的原文,会发现这些思想和要求非常科学。其最后一句话非常有深意,目标不是说马上要实现垃圾分类全覆盖,也不是要求立刻提高垃圾分类制度覆盖范围,而是“努力提高垃圾分类制度覆盖范围”。这说明领导层充分意识到了垃圾分类是一场持久战,是需要付出不懈努力才可以实现的目标。随着各级部门转发实行分类实施方案,垃圾分类回收主要分为如下几类。_ueditor_page_break_tag_

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我国垃圾分类可分为三个阶段。首先是起步阶段,我们走了很多年,在这个阶段,后端决定前端。如北京此前只有垃圾填埋厂,没有垃圾焚烧厂,垃圾只能进入填埋厂。在没有现代化分类处理设施的情况下,分类运输也就没有意义,只能是做秀;分类投放只在培养习惯和方便“拾荒者”方面有意义。

到现在,我们进入到了发展阶段,这个时候前端制约后端。如北京、上海已经有了分类的、多样化的垃圾处理的设施,但此时我们实际的分类投放率还较低,分类桶内实际上还是品质略有提高的混合垃圾。混合垃圾导致分类处理设施无法正常运行发挥效益。

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经过相当时间的磨合以后,最终我们会进入到成熟阶段。这一阶段,我们分类投放准确率提高,能够得到高品质的垃圾,分类收集的经济和社会成本合理化,分类垃圾严格分类运输,分类垃圾也能得到高效处理及安全利用。

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但是在最近的相关宣传中,我感觉到了深深的忧虑。在于垃圾分类工作推进中,很多分类都在走歧路,如天价购买垃圾的分类、完全依赖市场化的分类、不管产物去向出路的分类。行路难,行路难,产歧路,今安在?还是要端正初心,居民政府企业各尽其责,各司其职,分出的不同种类垃圾各得其所各有其用。

处理技术路线综合评估

针对我国生活垃圾高水分高厨余含量特点,我们采用生命周期清单分析方法进行环境绩效综合评估,考虑7种规范的处理情景:1.填埋气火炬燃烧的卫生填埋;2.填埋气燃烧发电的卫生填埋;3.贮仓自然沥水的焚烧发电,底灰和稳定化飞灰进卫集填埋场;4.垃圾干湿分离后干组分焚烧发电湿组分堆肥,堆肥产品进填埋场;5.垃圾干湿分离后干组分焚烧发电湿组分堆肥,堆肥产品完全土地利用;6.干湿分离后干组分焚烧发电湿组分厌氧消化,沼气燃烧发电,沼渣脱水后进填埋场;7.干湿分离后干组分焚烧发电湿组分厌氧消化,沼气燃烧发电,沼渣堆肥后完全土地利用。

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针对这七种情形,采用5个评估指标:减量化率;稳定化率(处理彻底性);物质回收;能量回收;温室气体减排。评估结果表明:

情景3,即垃圾贮仓自然沥水后焚烧发电,底灰和稳定化飞灰进卫集填埋场情景,在减量化率、稳定化率、能量回收和温室气体减排等4项指标上表现最佳;理想化的情景7,即干湿分离后干组分焚烧发电湿组分厌氧消化,沼气燃烧发电,沼渣堆肥后完全土地利用情景在减量化率指标上与情景3相同,在物质回收指标上表现最佳,但在稳定化率、能量回收和温室气体减排指标上仍弱于情景3。理想化情景的环境绩效能否具有优势,取决于湿组分厌氧消化沼渣能否得到安全土地利用。综合评估,我国生活垃圾焚烧发电不但是市场的选择,更是科学的选择。堆肥产物或厌氧消化沼渣发酵产物能够安全地回到土地,成为相应的技术路线是否值得推广应用的关键制约。

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综合效益比较

在此基础上,我们得到一个结论,焚烧发电针对我们目前生活垃圾处理的最科学选择。这一篇研究文章也发表在了权威期刊,大家感兴趣可以详细查看全文。

中国生活垃圾处理技术展望

最后我总结一下我国生活垃圾处理技术的一些展望。目前国际上的生活垃圾处理技术路线,无非有这么几种模式:一是日本模式,严格分类收集,差不多全量收集+焚烧+残渣填埋;二是德国模式,分类收集+机械-生物处理+焚烧+残渣填埋;三是美国模式,要么填埋,要么焚烧。我们中国是什么模式?中国也是一个大国,能不能有我们自己的模式?这值得思考。

中国模式的确定,可以通过一些科学原理和技术原理来做一些判断。垃圾处理是一个物质能量的转化过程,有输入、有输出,其中有一系列的反应过程。在此过程中,垃圾量,物质回收效率,能量回收效率,填埋封存量和污染物排放量之间的平衡关系可以用简化的公式来表达,如下图所示。

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从上图中可看出技术路线选择的逻辑。第一,我们为什么要垃圾分类?因为可以从源头减少垃圾量,减少垃圾量,减少输入污染物量。第二,应提高物质回收效率,减少输入其他物质提高物质回收利用。第三,提高能量回收效率,减少输入一次能源,焚烧发电在其中就发挥很重要的作用。第四,填埋必不可少,它是一个保障。从指标公式中可以看到,如果没有S,即零填埋的时候,P就会直线上升。物质不灭,不进入填埋厂,就会进到环境当中。因此,不是说零填埋就能改善环境指标。

综上,我认为,中国的生活垃圾处理模式大致可分为如下几种情况:发达的地方,使用日本模式,就是选择性分类收集+焚烧+填埋;大部分的城市可以选择德国模式,选择性分类收集+机械-生物的处理+焚烧+残渣填埋;西部城市可用美国模式,选择性分类收集+填埋/焚烧。为什么叫选择性分类收集呢?这就包含了我国自己的特色,把有害的、有用的部分适当地分出去,不是说都要分出来,而是前端适度地分类。比如讲厨余垃圾分出10%,对于处理系统效率的提升可能就有足够的效果了,若要求分出50%没可能只是虚高的指标,分出来的还是混合垃圾。_ueditor_page_break_tag_

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另外,我国各地自然社会经济条件差别较大,垃圾处理也应当循序渐进因地制宜,依次逐步解决环境卫生提升、环境质量改善和环境安全保障问题。

这是我对于生活垃圾处理技术路线的思考,有很多都是个人的看法,欢迎大家批评指正,谢谢。

本文作者:中国固废网 李艳茹