我国生活垃圾处理技术：焚烧/堆肥/填埋三大处理方式适用条件解析

Posted 2023-01-12 堆肥

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垃圾处理方式包含垃圾焚烧、堆肥、填埋等几大类。这积累处理方式有各自的适用条件。其中，焚烧技术存在处理成本高、处理对象要求高和会产生二恶英等有害气体等限制条件。
垃圾焚烧
焚烧是采用高温技术将生活垃圾中的有机物（包括人工合成物质）彻底分解为气体物质排放到大气之中，即重新参与生态系统的碳循环。
焚烧技术可以最大程度地减少填埋量，减少生活垃圾填埋占用的土地容积；在焚烧过程中可以彻底分解各种有机物，特别是有害有机物，从源头防止这些有机物对环境和人体健康的影响，包括可以避免在有机物降解过程中产生渗滤液、恶臭和温室气体——甲烷；同时还可以在焚烧垃圾过程中回收一部分热能，如余热发电。
因此，焚烧已经成为各个发达国家生活垃圾处理的主要方式，甚至在日本等国家因为填埋场选址困难，家园觉得这也是为什么焚烧成为几乎是唯一的生活垃圾处理方式。
焚烧技术存在处理成本高、处理对象要求高和会产生二恶英等有害气体等限制条件。
1、焚烧处理成本要大大高于填埋处置
造成高成本的原因有建设成本较高，相对于填埋场建设，同等规模焚烧炉建设的成本要高1至3倍；作为热工机械，焚烧炉结构复杂，动力消耗和日常维护都比填埋场要求高，因而日常运行维护成本相应也高；由于垃圾焚烧过程会产生烟气和飞灰等需要专门处理处置的有害物质，相应需要较高的二次污染控制费用。如果环境保护要求高，这部分费用也会随之大幅度提高。但是焚烧成本高于填埋的前提是没有计算土地费用，如果将土地作为不可再生资源进行保护的话，这部分增加的成本费用也就可以理解了。
2、垃圾焚烧要求焚烧对象拥有一定热值
根据一般经验，一般垃圾低位热值达到5000千焦/公斤（1200大卡/公斤）以上时才可以进行焚烧处理。同时热值越高，垃圾焚烧的发电效率越高。因此在有些国家采用可燃垃圾分类收集、利用有机垃圾生产RDF来提高焚烧垃圾热值，降低处理成本和提高发电效率。而随着我国经济发展和人民生活水平的提高，生活垃圾中砖瓦渣土的比例不断降低，塑料等可燃材料的比例在持续增加，因此生活垃圾热值在不断提高，很多城市的生活垃圾低位热值已经高于5000千焦/公斤，可以进行焚烧处理。
3、生活垃圾焚烧中会产生二恶英
这已经成为目前的社会关注的焦点，也是反对采用焚烧技术处理生活垃圾的主要理由。
二恶英具有较强的毒性和致癌特性，是一种非有意生产的含氯环状有机物类群，多产生于含氯化工生产和含氯化学品使用过程中。上世纪八、九十年代开始，发达国家陆续发现在固体废物焚烧过程中产生大量二恶英类物质。
根据1987年调查，美国当年排放到大气中的二恶英总量中有85%来自固体废物焚烧，其中66%来自生活垃圾焚烧；日本1997年调查排放到大气中的二恶英总量中有94%来自固体废物焚烧，其中65%来自生活垃圾焚烧。
为应对这一问题，各国均通过立法来遏制二恶英的排放与污染。各国均制定了二恶英的排放标准，特别是针对固体废物焚烧制定了严格的排放标准，并不断进行更严格的修订。同时加强对二恶英的产生和转化特性的研究，提出了焚烧炉“3T+E”燃烧方式和“布袋除尘+活性炭吸附”的烟气净化方式组合的垃圾焚烧技术，有效地遏制了二恶英的排放。
到1995年，美国二恶英的排放总量相比1987年减少77%，其中固体废物焚烧的二恶英排放量减少85%，生活垃圾焚烧二恶英排放量减少86%，其占总排放量比例也相应降低到51%和35%；而日本到2006年二恶英排放总量相比1997年减少96%，而42个监测点的环境空气中二恶英浓度相应降低了90%，在0.017～0.15pg-TEQ/ｍ3（日本国家标准为0.6pg-TEQ／m3）。日本2006年固体废物焚烧排放二恶英总量相比1997年降低了97%，生活垃圾焚烧排放二恶英总量降低了99%，其占总排放量比例也相应降低到67%和16%。
到2007年3月，日本2193座生活垃圾焚烧炉中仅有6座没有达到1999年制定的二恶英排放标准。没有达标的6座焚烧炉都是2000年以前投入运行的小型焚烧炉（处理能力小于100吨/日），并且准备关闭淘汰。这些数据表明，现有的技术研究成果完全可以控制生活垃圾焚烧产生的二恶英污染，保证其不对居民身体健康和居住环境造成不利影响。
中国第一座现代化城市生活垃圾焚烧炉1989年在深圳投产运行之后的15年，焚烧技术在中国发展缓慢，而最近的10年，焚烧技术在中国得到了较快的发展，到目前为止，我国城市生活垃圾中约有20%进行焚烧处理。
前面已经分析过，绝大部分人口密度较大的发达国家均采取焚烧作为其生活垃圾处理的主要技术。而我国东部地区和中部地区的人口密度实际上已经达到了很高的程度。
日本全国的人口平均密度达到了336人/平方公里。
我国东部地区的人口密度已经达到512人/平方公里，远超过欧洲各国和日本。
中部地区亦达到342人/平方公里的高水平。而大都市人口密度也达到了相当高的水平。日本东京都人口密度为5736人/平方公里，市区为13063人/平方公里；大阪府人口密度为4643人/平方公里，市区为11869人/平方公里；而北京市人口密度为963人/平方公里，市区为5183人/平方公里；上海市人口密度为2133人/平方公里，市区为21419人/平方公里。
这说明我国东部大都市人口密度已经接近甚至超过日本。在这样情况下，难以选到合适的填埋场址和频频出现市民反对和抗议填埋场的建设和运行就不足为奇了。而建设高质量的焚烧装置是缓解这些矛盾的有效手段。
4、焚烧灰渣
生活垃圾焚烧还存在一个重要问题，即焚烧灰渣。根据经验，发达国家生活垃圾焚烧灰渣的产生量约为焚烧垃圾量的25%，我国要超过30%。到目前为止，垃圾焚烧灰渣的出路是生产建筑材料和填埋。由于所生产建筑材料的质量不稳定和市场问题，不能指望采用生产建材来处置全部焚烧灰渣。因此，生活垃圾焚烧厂必须配套填埋场，否则仍将无法彻底解决生活垃圾的最终处置。但是与直接填埋相比，可以大大减少所占用土地容积，并且没有恶臭、甲烷的问题，处理渗滤液的压力大大减少。
堆肥处理
堆肥处理是针对垃圾中的可生物降解组分，在厌氧或者好氧条件下进行微生物分解，使其返回到土壤生态环境中的处理技术。这一技术可以将生活垃圾中的生物质经无害化处理后返回到生态系统中去，是一种符合生态学原理的处理技术，也是具有千年历史的固体废物处理技术。这种技术具有处理彻底、可以直接参与自然界物质循环的特点，其产品具有一定的改善土壤作用。
但是在人造合成材料大量进入家庭生活中的今天，这一技术受到各种限制，应用范围在不断萎缩。
1、不可生物降解物质成分的比例不断加大
生活垃圾中塑料、橡胶、金属、玻璃等不可生物降解物质成分的比例不断加大，混合收集后分离困难，造成堆肥产品品质差，市场无法接受。
2、混合垃圾有害物质种类和含量不断增加
由于混合收集生活垃圾中各种有害物质的种类和含量不断增加，堆肥产品中重金属等有害物质对土壤环境的影响也制约了其使用范围，使得其难以大规模推广应用。
3、垃圾中肥效成分有限
也是最为重要的，是普遍将堆肥产品作为肥料推广使用，但是垃圾中的肥效成分极其有限，难以与化肥比较，同时由于使用成本较高，造成农民不愿意使用，因而堆肥产品难以与化肥抗衡，基本没有市场。堆肥产品没有市场，造成生活垃圾堆肥处理技术萎缩。
4、堆肥技术不能处理全部生活垃圾
处理过程中还会产生大量的筛余物（50%以上）需要继续处理，不能消纳处理全部生活垃圾。
所以到目前为止，我国生活垃圾堆肥处理设施和堆肥处理生活垃圾数量仅具象征意义，还没有在城市生活垃圾处理中发挥实际作用。
在其他国家，堆肥处理的废物基本是庭院植物修剪废物、木材加工废物和食品蔬菜加工废物。同样的原因，混合收集废物很难采用堆肥技术进行处理。
因此，堆肥技术推广的关键是分类收集，以及将堆肥产品的使用作为生活垃圾土地处理的一部分，而不是作为“商品”肥料进行市场推广。
填埋
卫生填埋是生活垃圾最终处置的一种方式。但是与其他处理方式不同，现代填埋技术是将生活垃圾与环境彻底隔绝，即采用工程措施将生活垃圾堆置在一个相对封闭的环境中。
目前的填埋技术理论就是所谓的“三重屏障”理论，即选择相对封闭的地质环境作为天然屏障、利用工程措施构筑人工衬层作为人工屏障，以及对填埋物进行预处理减少其环境危害作为预屏障。因此置于填埋场中的生活垃圾将不可能返回到生态循环中去，也就是说这一处置技术是不符合生态学原理的一种暂代技术，固废家园觉得将来是会被更加先进、合理的处置技术所替代的。
也正是由于这一原因，发达国家的均对生活垃圾填埋采取限制和逐步淘汰的技术政策。如美国RCRA（资源保护与再生法）提出了通过减少垃圾产生量和提高再生利用率来最大程度延长垃圾填埋场寿命和通过制定生活垃圾填埋的严格标准来限制填埋场的发展的方针，垃圾填埋率由上世纪80年代的80%以上降低到现在的50%左右，垃圾填埋场数量由1988年的6500座以上减少到现在的不到2500座。
欧盟1999年颁布了《废物填埋指令（CouncilDirective1999/31/EC）》，提出了“通过材料再生和能源再生等方式，鼓励废物的预防、循环和再生，保护自然资源和避免土地的不合理使用”的方针；同时在“通过鼓励可生物降解生活垃圾的分别收集、产生源分类、再生和循环逐步减少可生物降解生活垃圾的填埋量”的原则提出了逐步减少“生物可降解生活垃圾”进入填埋场的规划，即要求生活垃圾在进入填埋场之前要进行必要的预处理，以去除其中含有的有机成分。根据这一规划，要求欧盟各国分别在指令颁布两年内制定本国法律执行欧盟指令，在本国法律颁布实施后5年内，进入填埋场的可生物降解生活垃圾量减少到1995年水平的75%；实施8年内减少到50%；实施15年内减少到35%。到目前为止，全部或主要采用填埋处置生活垃圾的国家均难以达到目标（最近的2006年目标，即法律实施后5年目标）。
填埋处置技术最大的优点是可以处置几乎所有形态和性质的固态废物，即基本不需要对进入填埋场的生活垃圾进行任何预处理和选择；土地填埋可以作为最终处置手段，不会产生新的残渣和残余物；填埋场可以承受较大幅度的负荷变化，即在短时间内垃圾数量的大幅度增加和减少都不会对填埋场的运行操作产生致命的影响；同时填埋技术还有处理成本较低及建设和运行操作技术要求较低等特点。这些特点都是堆肥、焚烧技术的缺陷，也是我国和世界上大部分国家仍然采用填埋作为生活垃圾主要处理手段的主要原因。
我国生活垃圾填埋技术发展过程中出现的最大障碍是不断出现的垃圾填埋场周围居民对填埋场的反对和抵制，也就是填埋场选址的困难。这实际上反映出填埋场运行过程中不可避免的对周围居民生活环境的影响，即垃圾在填埋过程中产生的恶臭物质、高浓度渗滤液和温室气体——甲烷对周围居民生活影响的直接反映。
这些污染问题同样也困扰着其他国家的城市管理者，因此在欧盟《废物填埋指令（CouncilDirective1999/31/EC）》中提出的对策是限制进入填埋场的有机废物（可生物降解生活垃圾）数量，因为这些污染物都是有机物在填埋场种生物分解的产物，有机物含量降低了，这些问题也就减弱了。
而这些问题在我国更加严重，因为中国人的生活习惯、饮食习惯和生活发展水平使得我国生活垃圾中的食品废物含量和水分都比其他国家要高，这些都有利于有机物在填埋场中的分解，从而不可避免地产生大量恶臭物质、高浓度渗滤液和高甲烷含量的填埋气体，为垃圾填埋的环境保护带来极大的困难。
据统计，美国生活垃圾中有机物的比例是25%（其中一半是庭院植物枝叶），日本是32%，法国是32%，德国是14%，英国是20%，而我国却高达50%至60%。同时由于我国高密度人口、不断扩大的城市版图、人民对生活环境要求的提高等原因，城市垃圾填埋场与周围居民的矛盾就不可避免，造成了填埋场建设的选址困难。