城市固废处理研究进展

随着城市化进程的不断加速,城市垃圾逐渐成为阻碍城市发展的负担。我国作为拥有13亿人口的世界第一人口大国,肩上扛起了世界最重的垃圾包袱。以北京为例,截至2008年,平均每天产出1.84万t生活垃圾,“年产量”高达672.00万t,并以8.0%～10.0%的速度继续增长,增速堪比GDP。据中国
环境保护产业协会城市生活垃圾处理委员会资料显示,目前中国城市垃圾处理中填埋法处理的垃圾占70%,堆肥占20%,焚烧占5%,其他(包括露天堆放、回收利用)占5%。

1　垃圾填埋法

垃圾填埋法是我国的垃圾处理主要方式。而垃圾填埋的弊端越来越明显。其一,所修建的垃圾填埋场占地面积大,耗费大量土地资源,且可持续使用时间较短(大约十年左右),造价相当高;其二,垃圾中大部分可回收利用的资源一同填埋,造成可回收利用资源的浪费;其三,垃圾填埋场的渗出液容易。污染其周围的土壤和水体;其四,尽管一般固体废弃物的污染程度也远远低于有害危险废弃物,但是由于一般固废种类繁多,成分相对复杂,如果没有妥当的安全处理措施,废弃物不能得到有效地处理处置,同样会对周边自然环境及社会环境造成严重影响;其五,目前垃圾填埋普遍采用的高密度PVC薄膜使用寿命少于30年,垃圾在厌氧环境中发酵后,重金属渗透到土壤与地下水污染问题会延后反应。相对于焚烧技术而言,由于填埋的污染物不容易检测,对周边生态环境的污染可能更大。而且垃圾填埋处理比焚烧处理散发更多的甲烷等温室效应气体不符合低碳生活要求。因此,我国城市固废垃圾处理技术急需改进。

2　堆肥处理法

垃圾堆肥法就是利用自然界的微生物有机分解垃圾,形成的肥料作为农作物的营养,从而达到处理垃圾、提高土壤肥力,同时达到净化城市环境的目的。但是堆肥过程中的重金属会残留在土壤中,对土壤造成污染,并且这种方法需要人工将有机垃圾无机垃圾分类。目前我国垃圾还无法真正实现分类收集,所以,在我国城市
固废处理中,正是由于堆肥原料基本为混合型城市生活垃圾,堆肥产品质量差且原始堆肥中,单纯的厨余类有机物水分含量较高影响堆肥过程与效果,更影响市场效益等。

3　垃圾焚烧及热解气化焚烧法

城市垃圾焚烧(发电)法是世界上许多先进国家和地区最常采用的方法,与其它处理城市垃圾的方法相比,具有占地少、可回收能源、达到减量化和资源化等优点。但是,当今最好的焚烧设备,在运转正常的情况下,也将释放出75种可能会导致胎儿畸形与数种癌症的有害物质,灰烬中的有毒有害物质就更多了,如达到危险浓度的铅、镉等重金属等如何处理这些灰烬和消除对大气的污染,是垃圾焚烧法有待解决的问题。

早在1985年美国就因环保方面因素取消了137座垃圾焚烧炉兴建计划,1992年加拿大安大略省通过了垃圾焚烧炉使用的禁令,1996年,北美洲五大湖区52个焚化炉结束运作,德国、荷兰、比利时等国也相继颁布了“焚烧炉禁建令”,我们的近邻日本到2000年7月止,关闭了4600余座垃圾焚烧设施,即使经济不太发达的菲律宾也颁布了垃圾焚烧设施建设的禁令。导致各国政府纷纷立法关闭、禁建垃圾焚烧设施的直接原因是:人们发现在垃圾的焚烧过程中会产生大量的有毒物质,其中最为危险的当属被国际组织列为人类一级致癌物中毒性最强的二恶英。二恶英主要是由垃圾中的塑料制品焚烧产生,它不仅具有强致癌性,而且具有极强的生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性,并且越来越多的研究显示,其对人类的远期危害远比我们目前掌握的情况严重。这种比氢化钾毒性还要大1000多倍的化合物,由于化学结构稳定,亲脂性高,又不能生物降解,因而具有非常高的环境滞留性。无论存在于空气中、水还是土壤中,它都能强烈地吸附在颗粒上,借助于水生和陆生食物链不断富集而最终危害人类。2001年3月,由英国埃可塞特大学的国际绿色和平组织研究实验室发表的《焚化炉与人类健康》的长篇报告,通过对二恶英与焚化炉关系的专门研究,纠正了许多传统的误解:虽然经过改良的新型焚化设施通过烟气排放的二恶英及重金属降低,然而在灰烬中的二恶英及重金属含量却相应提高,仍然造成
环境污染;焚化炉不能完全消除废物中的有毒物质,而只是改变了它们的形态,部分物质的毒性甚至比原来更高;所谓焚烧可减少废物的重量和体积,不过是针对灰烬而言,如果将焚化炉有毒气体输出量加起来,总输出量将超过废物原来的重量。通过对芬兰、西班牙、德国等欧盟国家在垃圾焚化设施附近的居民的监测研究,指出垃圾焚化对人类健康的严重影响包括(儿童和成人)患上癌症、呼吸道疾病、心脏病、免疫系统失调、过敏症及先天畸形等疾病。足够的证据显示焚化炉对环境造成污染,对人类健康造成伤害,理应被全面取缔。

美国亚利桑那大学的JostO.L.Wendt教授提出了“健康影响工程的概念”(HealthEffectsEngineering)的概念,将燃烧和焚烧过程中的污染物处理作为一个“系统工程”来加以对待,强调了污染物处理的系统化和贯穿燃烧过程始终的原则。“健康影响工程”这一概念的含义是在燃料燃烧过程中和其排放物对健康的影响之间找到一种联系。例如,为了研究燃料的成分和燃烧调整对颗粒物排放的毒性的影响,分别研究了煤燃烧产物、垃圾焚烧产物、两者混合物和掺锌和硫的蒸发油中所含的可吸入粒子对肺的损害。在这一过程中,健康影响工程的作用就是设计工程的方法来降低燃烧排放出的颗粒物的毒性,包括采用吸附剂降低颗粒物对肺的损害。

在德国,由于垃圾焚烧厂需要满足政府越来越严格的污染控制要求,导致垃圾焚烧厂的成本越来越高,而能源转换的效率越来越低。德国汉堡技术大学的JoachimWerther教授介绍了德国近年来在垃圾焚烧处理的新趋势。将垃圾焚烧厂装备模块式的气体净化装置;将废弃物加入现有的电站进行混烧;生活垃圾加入常规电厂的实验也在进行之中。生活垃圾首先在回转窑中进行热解,温度为450～550°C,时间为1h,热解后的产物首先进行分离,以脱出金属,剩下的热解焦炭被直接加到煤斗中进入燃烧室。这种方法可以利用电厂的现有设备,大大节约处理成本。

传统垃圾焚化温度在800～950℃,能量利用率低,只有27%,强制氧化燃烧,烟尘量大;金属、N、S充分氧化导致烟气中重金属氧化物、NOx、SO2含量高,二恶英更高达136ng/Nm3必须采取多级严格的烟气净化措施。而热解汽化转化合成气温度在900～1600℃,能效30%～40%,理论上能效可高达80%!

而我国目前也正在推行热解气化城市固废垃圾技术,代表性的技术就是中宜汇富的低热值生活垃圾热解气化焚烧工艺。该项技术是气化与熔融处理技术的结合使得在对垃圾的有机成分加以利用的同时,可以对无机成分进行稳定化无害化处理和资源化利用,从根本上解决了二恶英和重金属等二次污染问题,已被公认为垃圾焚烧处理的清洁生产工艺,代表了垃圾焚烧技术的发展方向,有着广阔的发展前景。

热解气化焚烧炉可以抑制二恶英和NOx、SO2的产生,一是因为一燃室缺氧燃烧属还原性气氛,N、S极少氧化而残留在渣中;二是已分解的多氯联苯类物质在有CuCl2、C原子催化的条件下,在250～300℃期间会再合成二恶英。而一燃室的缺氧燃烧使得Cu的氧化极少,没有了CuCl2和碳原子的催化,二恶英的合成也就没有了可能。三是二燃室温度高达1000℃,停留时间超过2s,能使多氯联苯类物质、残炭等完全燃烧分解,使二恶英残留量极少(控制二恶英产生的最有效的“3T”方法)

中宜汇富的这项技术,采用垃圾气化焚烧处理回收利用居民生活餐余垃圾,餐余垃圾中的有机成分可被气化,热量被回收,用来发电、供暖、供热等,资源回收适用范围更广,效率更高,对环境污染更小,也解决了堆肥难找市场的问题。而随着这项技术的推广,将达到变废为宝,清洁环境,节约资源的目的。相关阅读《垃圾填埋的生态环境问题及治理途径》