清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、固體廢物處理與環(huán)境安全教育部重點實驗室副主任劉建國認(rèn)為,有必要從專業(yè)的角度,對我國垃圾處理的各種技術(shù)路線做一些梳理。8月25日,在2017(第五屆)城市垃圾熱點論壇中,劉建國向與會人員分享了他對我國生活垃圾處理技術(shù)路線的綜合評估與展望。
由于我國生活垃圾問題“門檻”較低,人人都能說;同時社會關(guān)注度很高,人人都想說,導(dǎo)致長期以來,社會各界對行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了很多不同的聲音。這些聲音的出現(xiàn),部分促進(jìn)了行業(yè)的進(jìn)步和技術(shù)水平的提升,但同時也給行業(yè)帶來一些被動立場及一定程度的混亂。對此,清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、固體廢物處理與環(huán)境安全教育部重點實驗室副主任劉建國認(rèn)為,有必要從專業(yè)的角度,對我國垃圾處理的各種技術(shù)路線做一些梳理。8月25日,在2017(第五屆)城市垃圾熱點論壇中,劉建國向與會人員分享了他對我國生活垃圾處理技術(shù)路線的綜合評估與展望。
本文根據(jù)嘉賓發(fā)言內(nèi)容整理,未經(jīng)本人審閱。
我國生活垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀
我國人口眾多,是垃圾產(chǎn)生大國,根據(jù)住建部發(fā)布的城市垃圾統(tǒng)計數(shù)據(jù),我國城市垃圾產(chǎn)生量已經(jīng)大于兩億噸,還有一千五百多個縣城也產(chǎn)生了接近0.7億噸的垃圾。至于村鎮(zhèn)垃圾方面,由于村鎮(zhèn)數(shù)量太分散,暫無準(zhǔn)確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。一定程度上來講,有無統(tǒng)計數(shù)據(jù)與實際管理水平、處理水平直接相關(guān),沒有數(shù)據(jù)的地方一般還沒有開始處理??傮w來看,我國生活垃圾產(chǎn)生量在四億噸以上。
從如下兩張圖中可以看到,我國垃圾最主要的構(gòu)成部分是廚余垃圾,超過60%,有的地區(qū)甚至達(dá)到70%-80%。對比歐美國家,他們最主要的垃圾是紙張,廚余垃圾只占到25%。因為這樣的差異,我國垃圾的最大特點就是濕,含水率很高;另一特點是臭,容易腐爛降解。
經(jīng)過多年的努力,我國生活垃圾處理取得了巨大的成就。上世紀(jì)80年代初,國內(nèi)才開始真正意義上的垃圾收集工作;上世紀(jì)90年代,才有了規(guī)范了的無害化處理。而經(jīng)過二十多年的發(fā)展,目前我國城市生活垃圾無害化處理率已經(jīng)達(dá)到96.6%,遠(yuǎn)超過餐廚垃圾、污泥和危險廢物等其它固廢種類。這個成績的取得非常不容易,在國內(nèi)生活垃圾這樣低品質(zhì)、高產(chǎn)量的前提下,取得這樣的成就值得我們自豪,這也是很多環(huán)保一線同行共同努力的結(jié)果。
目前,我國垃圾處理技術(shù)運(yùn)用基本格局如下圖所示。這是從本世紀(jì)以來,生活垃圾處理技術(shù)的演變情況??梢钥吹?,垃圾焚燒技術(shù)的應(yīng)用有一個快速擴(kuò)張的過程,從2001年2%的占比,發(fā)展到2015年,已經(jīng)有了34%。到2020年,這個占比將超過50%。整體上,垃圾處理技術(shù)格局與我國經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展保持了同步,也是我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的一個縮影。
中國生活垃圾處理面臨的主要挑戰(zhàn)
雖然成果顯著,但行業(yè)依然存在一系列的問題,導(dǎo)致了大量鄰避現(xiàn)象的產(chǎn)生。現(xiàn)在經(jīng)常是哪里有焚燒,哪里就有反抗,填埋項目也會遇到類似情況。這是我們需要面對的一個問題。
分技術(shù)路線來看,衛(wèi)生填埋方面,由于占地面積大,在很多城市的選址越來越難;由于滲濾液產(chǎn)生量大,污染負(fù)荷高,處理標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、難度大、成本高;惡臭污染嚴(yán)重,控制難度大;填埋產(chǎn)氣不穩(wěn)定,甲烷含量低,收集利用難度大,溫室氣體排放量大;填埋場積水嚴(yán)重,水位雍高,安全隱患大。這些問題產(chǎn)生的根源在于我國生活垃圾的高水分、高廚余的特點,項目運(yùn)營得再好,很多問題也是不可避免的。
垃圾焚燒也面臨很大的挑戰(zhàn):焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格,特別是二噁英公眾高度關(guān)注極高,煙氣排放持續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)對垃圾品質(zhì)、燃燒控制、煙氣凈化提出新要求。最近,住建部對國內(nèi)垃圾廠做了一次診斷評估,確實問題還比較多。這也是國家推進(jìn)裝、樹、聯(lián),進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)監(jiān)管的重要原因。
此外,飛灰處理目前仍然是懸而未決的問題。富集重金屬和二噁英類污染物的焚燒飛灰安全處理率低,技術(shù)路線不明確。還有中國獨有的垃圾焚燒廠滲濾液處理、高含水率垃圾能量回收效率低等問題都有待解決。這些問題與我國垃圾的低質(zhì)特性是分不開的。
大家給予厚望的生物處理技術(shù)同樣面臨挑戰(zhàn)。源頭分類很難,分類效果差,依賴二次集中分選,增加了處理成本,影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及產(chǎn)品品質(zhì);臭味控制難,進(jìn)料、分選、堆肥等環(huán)節(jié)惡臭釋放量大成分復(fù)雜,控制成本高占地面積大;土地利用難,堆肥及沼渣沼液土地利用存在諸多限制,市場接受度低,許多情況下仍然需要當(dāng)做廢物處理;持續(xù)盈利難,產(chǎn)品非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品,品質(zhì)相對較低,附加值較低,盈利模式不清晰。這些問題產(chǎn)生的根源與大量的廚余垃圾有著極強(qiáng)的關(guān)系。
終端處理設(shè)施環(huán)境問題解決途徑在于減量提質(zhì)增效,即:減少進(jìn)入終端處理系統(tǒng)的垃圾數(shù)量、提升進(jìn)入終端處理系統(tǒng)的垃圾質(zhì)量、提高處理系統(tǒng)效能和污染控制水平等。
中國生活垃圾分類前景分析
在這種情況下,垃圾分類成為環(huán)衛(wèi)行業(yè)和垃圾處理行業(yè)的內(nèi)在需求。2016年12月21日,習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)工作領(lǐng)導(dǎo)小組會議第十四次會議上作出普遍推行垃圾分類制度的指示。提出普遍推行垃圾分類制度,關(guān)系13億多人生活環(huán)境改善,關(guān)系垃圾能不能減量化、資源化、無害化處理。要加快建立分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理的垃圾處理系統(tǒng),形成以法治為基礎(chǔ)、政府推動、全民參與、城鄉(xiāng)統(tǒng)籌、因地制宜的垃圾分類制度,努力提高垃圾分類制度覆蓋范圍。
如果大家仔細(xì)的去讀習(xí)總書記講話的原文,會發(fā)現(xiàn)這些思想和要求非??茖W(xué)。其最后一句話非常有深意,目標(biāo)不是說馬上要實現(xiàn)垃圾分類全覆蓋,也不是要求立刻提高垃圾分類制度覆蓋范圍,而是“努力提高垃圾分類制度覆蓋范圍”。這說明領(lǐng)導(dǎo)層充分意識到了垃圾分類是一場持久戰(zhàn),是需要付出不懈努力才可以實現(xiàn)的目標(biāo)。隨著各級部門轉(zhuǎn)發(fā)實行分類實施方案,垃圾分類回收主要分為如下幾類。
我國垃圾分類可分為三個階段。首先是起步階段,我們走了很多年,在這個階段,后端決定前端。如北京此前只有垃圾填埋廠,沒有垃圾焚燒廠,垃圾只能進(jìn)入填埋廠。在沒有現(xiàn)代化分類處理設(shè)施的情況下,分類運(yùn)輸也就沒有意義,只能是做秀;分類投放只在培養(yǎng)習(xí)慣和方便“拾荒者”方面有意義。
到現(xiàn)在,我們進(jìn)入到了發(fā)展階段,這個時候前端制約后端。如北京、上海已經(jīng)有了分類的、多樣化的垃圾處理的設(shè)施,但此時我們實際的分類投放率還較低,分類桶內(nèi)實際上還是品質(zhì)略有提高的混合垃圾。混合垃圾導(dǎo)致分類處理設(shè)施無法正常運(yùn)行發(fā)揮效益。
經(jīng)過相當(dāng)時間的磨合以后,最終我們會進(jìn)入到成熟階段。這一階段,我們分類投放準(zhǔn)確率提高,能夠得到高品質(zhì)的垃圾,分類收集的經(jīng)濟(jì)和社會成本合理化,分類垃圾嚴(yán)格分類運(yùn)輸,分類垃圾也能得到高效處理及安全利用。
但是在最近的相關(guān)宣傳中,我感覺到了深深的憂慮。在于垃圾分類工作推進(jìn)中,很多分類都在走歧路,如天價購買垃圾的分類、完全依賴市場化的分類、不管產(chǎn)物去向出路的分類。行路難,行路難,產(chǎn)歧路,今安在?還是要端正初心,居民政府企業(yè)各盡其責(zé),各司其職,分出的不同種類垃圾各得其所各有其用。
處理技術(shù)路線綜合評估
針對我國生活垃圾高水分高廚余含量特點,我們采用生命周期清單分析方法進(jìn)行環(huán)境績效綜合評估,考慮7種規(guī)范的處理情景:1.填埋氣火炬燃燒的衛(wèi)生填埋;2.填埋氣燃燒發(fā)電的衛(wèi)生填埋;3.貯倉自然瀝水的焚燒發(fā)電,底灰和穩(wěn)定化飛灰進(jìn)衛(wèi)集填埋場;4.垃圾干濕分離后干組分焚燒發(fā)電濕組分堆肥,堆肥產(chǎn)品進(jìn)填埋場;5.垃圾干濕分離后干組分焚燒發(fā)電濕組分堆肥,堆肥產(chǎn)品完全土地利用;6.干濕分離后干組分焚燒發(fā)電濕組分厭氧消化,沼氣燃燒發(fā)電,沼渣脫水后進(jìn)填埋場;7.干濕分離后干組分焚燒發(fā)電濕組分厭氧消化,沼氣燃燒發(fā)電,沼渣堆肥后完全土地利用。
針對這七種情形,采用5個評估指標(biāo):減量化率;穩(wěn)定化率(處理徹底性);物質(zhì)回收;能量回收;溫室氣體減排。評估結(jié)果表明:
情景3,即垃圾貯倉自然瀝水后焚燒發(fā)電,底灰和穩(wěn)定化飛灰進(jìn)衛(wèi)集填埋場情景,在減量化率、穩(wěn)定化率、能量回收和溫室氣體減排等4項指標(biāo)上表現(xiàn)最佳;理想化的情景7,即干濕分離后干組分焚燒發(fā)電濕組分厭氧消化,沼氣燃燒發(fā)電,沼渣堆肥后完全土地利用情景在減量化率指標(biāo)上與情景3相同,在物質(zhì)回收指標(biāo)上表現(xiàn)最佳,但在穩(wěn)定化率、能量回收和溫室氣體減排指標(biāo)上仍弱于情景3。理想化情景的環(huán)境績效能否具有優(yōu)勢,取決于濕組分厭氧消化沼渣能否得到安全土地利用。綜合評估,我國生活垃圾焚燒發(fā)電不但是市場的選擇,更是科學(xué)的選擇。堆肥產(chǎn)物或厭氧消化沼渣發(fā)酵產(chǎn)物能夠安全地回到土地,成為相應(yīng)的技術(shù)路線是否值得推廣應(yīng)用的關(guān)鍵制約。
綜合效益比較
在此基礎(chǔ)上,我們得到一個結(jié)論,焚燒發(fā)電針對我們目前生活垃圾處理的最科學(xué)選擇。這一篇研究文章也發(fā)表在了權(quán)威期刊,大家感興趣可以詳細(xì)查看全文。
中國生活垃圾處理技術(shù)展望
最后我總結(jié)一下我國生活垃圾處理技術(shù)的一些展望。目前國際上的生活垃圾處理技術(shù)路線,無非有這么幾種模式:一是日本模式,嚴(yán)格分類收集,差不多全量收集+焚燒+殘渣填埋;二是德國模式,分類收集+機(jī)械-生物處理+焚燒+殘渣填埋;三是美國模式,要么填埋,要么焚燒。我們中國是什么模式?中國也是一個大國,能不能有我們自己的模式?這值得思考。
中國模式的確定,可以通過一些科學(xué)原理和技術(shù)原理來做一些判斷。垃圾處理是一個物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)化過程,有輸入、有輸出,其中有一系列的反應(yīng)過程。在此過程中,垃圾量,物質(zhì)回收效率,能量回收效率,填埋封存量和污染物排放量之間的平衡關(guān)系可以用簡化的公式來表達(dá),如下圖所示。
從上圖中可看出技術(shù)路線選擇的邏輯。第一,我們?yōu)槭裁匆诸??因為可以從源頭減少垃圾量,減少垃圾量,減少輸入污染物量。第二,應(yīng)提高物質(zhì)回收效率,減少輸入其他物質(zhì)提高物質(zhì)回收利用。第三,提高能量回收效率,減少輸入一次能源,焚燒發(fā)電在其中就發(fā)揮很重要的作用。第四,填埋必不可少,它是一個保障。從指標(biāo)公式中可以看到,如果沒有S,即零填埋的時候,P就會直線上升。物質(zhì)不滅,不進(jìn)入填埋廠,就會進(jìn)到環(huán)境當(dāng)中。因此,不是說零填埋就能改善環(huán)境指標(biāo)。
綜上,我認(rèn)為,中國的生活垃圾處理模式大致可分為如下幾種情況:發(fā)達(dá)的地方,使用日本模式,就是選擇性分類收集+焚燒+填埋;大部分的城市可以選擇德國模式,選擇性分類收集+機(jī)械-生物的處理+焚燒+殘渣填埋;西部城市可用美國模式,選擇性分類收集+填埋/焚燒。為什么叫選擇性分類收集呢?這就包含了我國自己的特色,把有害的、有用的部分適當(dāng)?shù)胤殖鋈?,不是說都要分出來,而是前端適度地分類。比如講廚余垃圾分出10%,對于處理系統(tǒng)效率的提升可能就有足夠的效果了,若要求分出50%沒可能只是虛高的指標(biāo),分出來的還是混合垃圾。
另外,我國各地自然社會經(jīng)濟(jì)條件差別較大,垃圾處理也應(yīng)當(dāng)循序漸進(jìn)因地制宜,依次逐步解決環(huán)境衛(wèi)生提升、環(huán)境質(zhì)量改善和環(huán)境安全保障問題。
這是我對于生活垃圾處理技術(shù)路線的思考,有很多都是個人的看法,歡迎大家批評指正,謝謝。
來源:中國固廢網(wǎng) 作者:李艷茹
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