城市生活垃圾無害化處置和資源化利用是各國政府面臨的共同挑戰(zhàn)，也是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)鍵。為正確了解中國和美國在垃圾處置，尤其是焚燒處置技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，本文對兩國垃圾產(chǎn)量、垃圾處置技術(shù)格局、焚燒處置技術(shù)應(yīng)用、焚燒過程二惡英排放及碳減排效果進行了深入調(diào)查和計算。  

1、垃圾產(chǎn)量  

圖1顯示了中國和美國垃圾產(chǎn)量的變化，從圖中得到1990~2005年中國和美國生活垃圾的增長顯著。1990年美國垃圾產(chǎn)量為20830萬噸，但2005年增加到25270萬噸，增加了21.3%;中國垃圾產(chǎn)量也從6767萬噸增加到了15576萬噸，增長率為130%。2006年后，中美生活垃圾增長量均不明顯，美國生活垃圾產(chǎn)量出現(xiàn)了一個無規(guī)律的波動，中國小幅增長(6.5%)。2010年美國垃圾產(chǎn)量為2.50億噸，中國為1.58億噸，美國是中國的1.58倍。同時2010年美國人均垃圾產(chǎn)量為2.01kg/(人˙日)，中國城市人口為6.91億，即中國人均垃圾產(chǎn)量為0.63kg/(人˙日)，認為中國達到美國經(jīng)濟水平時垃圾產(chǎn)量將超過5億噸。目前中國統(tǒng)計的垃圾產(chǎn)量實際是指城市生活垃圾清運量，是除去廢紙、飲料瓶等“廢品”后的剩余垃圾量，這和美國的垃圾概念存在一定差異。比較中美垃圾產(chǎn)量現(xiàn)狀后，可以清晰地得到中國必須加強生活垃圾的科學管理、無害化能力建設(shè)，以面對隨著經(jīng)濟發(fā)展垃圾產(chǎn)量的快速增長，解決環(huán)境污染和垃圾“圍城”問題。  

圖1中美城市生活垃圾產(chǎn)生量  

2、垃圾處置技術(shù)  

每個國家和地區(qū)都會根據(jù)自身情況發(fā)展垃圾處置技術(shù)。垃圾處置技術(shù)主要有回收、堆肥、填埋和焚燒，但中國對“廢品”回收沒有官方統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中美垃圾處置情況如圖2。1990~2005年，美國呈現(xiàn)出填埋比例降低，回收和堆肥的比例增加，同時焚燒比例基本不變;同時在2006年后幾種技術(shù)的應(yīng)用維持相對穩(wěn)定。2003~2010年，中國垃圾處置技術(shù)應(yīng)用出現(xiàn)了較明顯的變化，表現(xiàn)為焚燒技術(shù)比例顯著增加，堆肥技術(shù)的應(yīng)用迅速萎縮，同時填埋技術(shù)比例小幅減少。2010年焚燒技術(shù)在美國垃圾處置比例占到了11.7%，在中國垃圾處置比例為19.2%，但中國垃圾無害化率僅為77.9%，仍有20%的垃圾處于無序管理狀態(tài)。  

同時根據(jù)根據(jù)《“十二五”城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》，到2015年，全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理設(shè)施能力達到無害化處理總能力的35%以上，據(jù)此計算全國將新建超過210座1000噸/日處理量規(guī)模的垃圾焚燒廠。中國垃圾處置技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展由自身國情和經(jīng)濟發(fā)展水平?jīng)Q定的，由過去的填埋占絕對，到現(xiàn)在以及未來很長時期內(nèi)以填埋為主、焚燒技術(shù)快速發(fā)展，再到將來的垃圾綜合利用得到發(fā)展，形成垃圾綜合利用、焚燒和填埋垃圾梯級處置的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。  

美國建立了完善的垃圾分類和回收系統(tǒng)，2010年美國電池回收率達到了96.2%，廢紙回收率為71.6%，各種金屬的回收率也達到了35.1%，塑料的回收相對較低為8.2%。有資料報道中國2010年廢紙回收量3725萬噸，廢紙回收率達到了40.8%。中國需要加強生活垃圾的分類、回收和統(tǒng)計工作，提高垃圾資源化利用率。當前包括北京、上海、廣州和杭州在內(nèi)的數(shù)個城市開始重視和推廣垃圾分類工作，進行了試點。垃圾分類收集是規(guī)范垃圾回收，提高垃圾資源化利用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。  

圖2中美垃圾處置技術(shù)應(yīng)用(a,美國;b,中國)  

3、垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用及重點污染物減排  

3.1垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用  

美國垃圾熱值從上世紀90s年代的10000kj/kg上升到了13000kj/kg,而中國垃圾年均熱值在5000~6000kj/kg，所以美國垃圾相對中國具有更大的能源化價值和潛力。到2010年美國運行的垃圾焚燒廠共有87家，主要分布在東部和西部州，其中紐約州最多，達到了10家。統(tǒng)計得到單廠的平均焚燒量為1075t/d，單臺爐平均處理量為418t/d;裝機量為2583MW，單位垃圾平均發(fā)電量為699kwh/t;也有部分焚燒爐熱量用于產(chǎn)蒸汽供熱。美國垃圾焚燒廠處置規(guī)模情況可詳見表1。到2010年，中國垃圾焚燒廠數(shù)量為104家，主要分布在沿海各省，尤其是浙江(22家)和廣東(16家)最多。這和美國垃圾焚燒廠分布相似，垃圾焚燒廠主要分布在經(jīng)濟發(fā)達、人口密集地區(qū)，這是由焚燒技術(shù)占地少、處置成本相對高決定的。中國垃圾焚燒廠單廠平均處理量為816噸/日，最大處理量為1500噸/日。  

中國垃圾發(fā)電量在250~300kwh/t水平，由于中國垃圾熱值僅為美國垃圾熱值的一半左右，所以垃圾熱發(fā)電效率相當(~20%)。美國垃圾焚燒發(fā)電廠運行的三大公司是CovantaEnergy、WheelabratorTechnologies和VeoliaESWaste-to-EnergyInc.。中國垃圾焚燒廠運行公司都具有一定的地域背景。美國垃圾焚燒爐技術(shù)主要是爐排爐技術(shù)，有80家垃圾焚燒廠采用了爐排爐技術(shù)。爐排爐技術(shù)相對成熟，有多家技術(shù)提供商，主要是Martin,VonRoll和Keppel-Seghers。同時美國有15家焚燒廠使用了垃圾衍生燃料作為焚燒爐燃料(DRF)。中國垃圾焚燒爐技術(shù)主要有流化床和爐排爐，流化床技術(shù)為國內(nèi)自有技術(shù)，爐排爐技術(shù)主要引進國外技術(shù)和設(shè)備。  

根據(jù)統(tǒng)計，中國運行的垃圾焚燒廠中采用流化床技術(shù)的焚燒發(fā)電廠有47座，合計處理能力為4.0萬噸/日，發(fā)電裝機容量超過1000MW;采用爐排爐技術(shù)的焚燒發(fā)電廠有49座，合計處理能力為4.24萬噸/日，發(fā)電裝機容量超過700MW;其余少部分為熱解爐和回轉(zhuǎn)窯爐。流化床焚燒爐具有較好的垃圾適應(yīng)性，在熱值不足時可添加輔助燃料，在熱值符合要求時停止使用，調(diào)節(jié)零活。中國垃圾焚燒爐煙氣凈化系統(tǒng)主要采用半干法+活性炭噴射+布袋，而美國垃圾焚燒爐煙氣凈化系統(tǒng)為非選擇性催化(SNCR)+半干法+活性碳噴射+布袋，SNCR在美國垃圾焚燒爐上的應(yīng)用比例達到了57.5%，布袋的應(yīng)用比例為83.9%。  

表1美國垃圾焚燒廠處理規(guī)模情況  

比較中美垃圾焚燒技術(shù)應(yīng)用得到，相對于美國爐排爐一家獨大，中國根據(jù)國內(nèi)垃圾特點形成了流化床和爐排爐鼎力的市場布局。今后中國不僅要在焚燒技術(shù)上加強提升外，還需要進行垃圾源頭控制及提質(zhì)工作，包括垃圾分類、干化、預(yù)處理及RDF制備等，提高入爐垃圾燃料品位。煙氣凈化系統(tǒng)將在現(xiàn)有半干法+活性炭噴射+布袋的基礎(chǔ)上，發(fā)展SNCR及SCR脫硝技術(shù)。  

3.2垃圾焚燒二惡英排放  

垃圾焚燒過程中會生成和排放多種污染物，包括粉塵、SO2、NOx、重金屬和二惡英。尤其二惡英受到了民眾和科研人員的廣泛關(guān)注，成為垃圾焚燒技術(shù)推廣的一個重要瓶頸。二惡英是《關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥爾摩持公約》規(guī)定的首批12種持久性有機污染物之一。具有強烈的致病、致癌等危害，需要進行嚴格的排放控制。美國現(xiàn)行的垃圾焚燒二惡英排放標準為0.26ngI-TEQ/Nm3，統(tǒng)計平均排放濃度為0.05ngI-TEQ/Nm3，低于歐洲排放標準(0.1ngI-TEQ/Nm3);1990年美國垃圾焚燒二惡英排放量為4.26kgI-TEQ，到2000年排放量降到了12gI-TEQ，減量率為99.7%。表2是美國垃圾焚燒爐多種污染物排放濃度情況，各污染物平均濃度均低于排放標準，但NOx排放僅略低于標準。  

根據(jù)《中國履行<關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約>國家實施計劃》(NIP)統(tǒng)計，2004年中國二惡英總排放量為10.23kgTEQ，其中生活垃圾焚燒量為580gTEQ，2008年總排放量降到了6.45kgI-TEQ，降低率為37.0%。根據(jù)浙江大學和大連化學物理研究所檢測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計得到中國現(xiàn)階段生活垃圾焚燒二惡英煙氣排放符合國家相關(guān)排放標準(1.0ng-TEQ/m3)的達標率約為78.3%，比2004年的排放監(jiān)測達標率(58%)提高了約20%，其中達到歐盟相關(guān)排放標準(0.1ng-TEQ/m3)的達標率約為43.5%。  

垃圾焚燒設(shè)施煙氣排放二惡英類物質(zhì)濃度分布范圍為0.005～4.140ng-TEQ/m3，平均濃度為0.578ngTEQ/m3。如按照6000Nm3/t的煙氣量計算，煙氣中二惡英的排放因子約為3.47μgTEQ/t。根據(jù)2010年國家九部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加強二惡英污染防治的指導意見》(環(huán)發(fā)[2010]123號)到2015年將建立比較完善的二惡英污染防治體系和長效監(jiān)管機制，重點行業(yè)二惡英排放強度降低10%，基本控制二惡英排放增長趨勢。根據(jù)《全國主要行業(yè)持久性有機污染物污染防治十二五規(guī)劃》，“十二五”期間二惡英減排工程項目投資將達到22.91億元，包括POPs治理和處置能力建設(shè)在內(nèi)共計57.04億元。垃圾焚燒過程二惡英減排控制技術(shù)有多種，根據(jù)全過程控制理論包括垃圾調(diào)質(zhì)降低入爐垃圾氯和金屬含量，焚燒過程的3T+E優(yōu)化及爐內(nèi)抑制技術(shù)，尾部再生控制和吸附脫除，以及飛灰中二惡英處置。  

表2美國垃圾焚燒爐污染物排放水平  

垃圾焚燒二惡英排放問題已經(jīng)成為社會焦點，只有重視焚燒爐污染排放控制，尤其是二惡英近零排放后，垃圾焚燒市場才能健康發(fā)展。根據(jù)新《生活垃圾焚燒污染控制標準》征求意見稿，生活垃圾焚燒爐二惡英排放標準已經(jīng)提高到0.1ngI-TEQ/Nm3;同時二惡英的在線檢測技術(shù)也是研究熱點，在線檢測技術(shù)可實時顯示二惡英濃度，提供反饋信息優(yōu)化焚燒工況和煙氣凈化系統(tǒng)的組織。  

3.3垃圾焚燒發(fā)電碳減排作用  

WARM(WasteReductionModel)是美國環(huán)境保護署(USEPA)用于計算生活垃圾各種管理措施的碳減排效果的數(shù)據(jù)模型。模型給出了垃圾源頭減量、回收、燃燒、堆肥和填埋的碳排放系數(shù)，該模型對公眾免費開放，同時USEPA也在對模型進行不斷的更新和豐富。USEPA公布了美國生活垃圾各種組分的處置詳實情況，利用WARM模型(10版)和2010年美國垃圾處置數(shù)據(jù)，計算得到如表4。垃圾的回收、堆肥和焚燒均具有碳減排作用，美國垃圾處置行業(yè)總體呈現(xiàn)了碳減排效果。從碳減排平均因子可以看到垃圾回收碳減排率最高(1.46)，回收碳減排量達到了9471萬噸，填埋存在碳排放(-73.2×10-3)。填埋過程中釋放的甲烷，其溫室效應(yīng)是CO2的21倍，如果對垃圾填埋場進行填埋氣收集和利用將存在碳減排效果。目前在較多垃圾填埋場安裝了填埋氣發(fā)電機組，包括杭州的天子嶺垃圾填埋場。美國焚燒發(fā)電碳減排量為110萬噸，減排因子為37.6kg/t。  

表3中國部分垃圾焚燒爐二惡英檢測報告，ngI-TEQ/Nm3  

由于中國沒有垃圾各成分處置情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，所以將垃圾作為混合垃圾，不計算垃圾回收碳減排部分。根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)結(jié)合WARM模型(10版)計算中國2010年垃圾處置碳減排情況，結(jié)果如表5。堆肥和焚燒均存在碳減排能力，焚燒發(fā)電碳減排效果為102萬噸。比較發(fā)現(xiàn)沒有分類的垃圾填埋碳排放因子遠大于分類以后的垃圾碳排放因子。  

4結(jié)論  

通過對中美垃圾產(chǎn)生、垃圾處置技術(shù)、焚燒處置應(yīng)用、焚燒過程二惡英排放及碳減排作用的調(diào)查、分析，得到：  

1)按照美國經(jīng)驗，中國垃圾增量仍將巨大，需要做好垃圾科學管理和無害化能力的建設(shè)。在垃圾分類、回收和統(tǒng)計工作加大力度，促進垃圾資源化綜合利用的發(fā)展。  

2)中國垃圾焚燒市場將繼續(xù)快速發(fā)展，需加強焚燒技術(shù)提升和尾部凈化系統(tǒng)升級以外，更應(yīng)重視垃圾源頭調(diào)質(zhì)，提高入爐垃圾品質(zhì)。  

3)垃圾焚燒爐二惡英排放標準將提高到0.1ngI-TEQ/Nm3，需進行更嚴格的二惡英控制措施，同時二惡英在線檢測技術(shù)也需得到重視。  

4)垃圾焚燒技術(shù)不僅能實現(xiàn)垃圾的能源化利用，用于發(fā)電及供汽，也具有碳減排效果，利用WARM模型計算得到中國垃圾焚燒碳減排量約為102萬噸。

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