中國(guó)生活垃圾綜合處理的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

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簡(jiǎn)介： 分析了混合垃圾采用單一處理方式存在的問(wèn)題和生活垃圾綜合處理方法的優(yōu)勢(shì)，明確區(qū)分了國(guó)內(nèi)生活垃圾綜合處理系統(tǒng)和綜合處理工藝兩種概念，在此基礎(chǔ)上，分別論述了兩者的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，認(rèn)為生活垃圾綜合處理系統(tǒng)代表了生活垃圾處理方式的發(fā)展方向。
關(guān)鍵字：生活垃圾 綜合處理 研究現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì) 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)儲(chǔ)備的增強(qiáng)，各種生活垃圾處理處置技術(shù)在我國(guó)得到了不同程度、不同范圍的研究和應(yīng)用，很多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)建立了現(xiàn)代化填埋場(chǎng)、機(jī)械化堆肥廠和焚燒廠等多種處理設(shè)施。但對(duì)于某一地區(qū)來(lái)說(shuō)，不同處理設(shè)施往往處理同樣的混合生活垃圾。由于每種生活垃圾處理技術(shù)均具有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性，從技術(shù)本身、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境影響角度分析，均只適宜處理生活垃圾中的某些組分，因此這種單一處理模式不僅難以滿足數(shù)量日益增長(zhǎng)、成分日益復(fù)雜的生活垃圾無(wú)害化、減量化、資源化的處理要求，而且使得生活垃圾處理設(shè)施運(yùn)行效果差，前處理和二次污染控制技術(shù)復(fù)雜，處理費(fèi)用高?！　榱私鉀Q這種單一處理方式的不足，生活垃圾需要采取綜合處理方式。所謂綜合處理，就是將多種生活垃圾處理處置技術(shù)以適當(dāng)?shù)姆绞接袡C(jī)地結(jié)合在一起，形成完整的處理系統(tǒng)，每種處理技術(shù)或設(shè)施僅處理適宜的生活垃圾組分，從而改善生活垃圾處理的效果，降低生活垃圾處理的費(fèi)用，在生活垃圾無(wú)害化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)生活垃圾的資源化?！　?  單一處理與綜合處理的比較　　1.1 衛(wèi)生填埋　　衛(wèi)生填埋法由于技術(shù)比較成熟，操作管理簡(jiǎn)單，處理量大，投資和運(yùn)行費(fèi)用低，是當(dāng)今世界各國(guó)主要的垃圾處理方式。但填埋混合垃圾有以下缺點(diǎn)：（1）生活垃圾中的可回收物、可焚燒組分或可堆肥組分等可以實(shí)現(xiàn)資源回收的部分被一并填埋，即使考慮填埋氣的回收利用，混合垃圾填埋的資源化水平仍很低。（2）我國(guó)混合垃圾含水率和有機(jī)物含量都很高，因此滲濾液產(chǎn)生量大，處理成本高；沼氣產(chǎn)生量大，控制其排放也增加了處理成本。因此限制進(jìn)入填埋場(chǎng)的有機(jī)物含量是填埋法的發(fā)展趨勢(shì)之一。目前歐盟、日本和美國(guó)等國(guó)家的有關(guān)政策，都提出了進(jìn)一步限制進(jìn)入填埋場(chǎng)垃圾有機(jī)物含量的規(guī)定[1]。（3）在場(chǎng)址選擇日益困難，填埋費(fèi)用不斷增加的情況下，混合垃圾會(huì)大量占用填埋場(chǎng)的空間資源?！　?.2 堆　肥　　高溫堆肥可以使生活垃圾中的有機(jī)成分成為可供施用的農(nóng)田肥料，同時(shí)消除其環(huán)境污染，殺滅垃圾中的病菌，具有無(wú)害化和資源化特征。但我國(guó)的堆肥廠主要處理混合生活垃圾，其局限性主要表現(xiàn)在：（1）由于我國(guó)目前還沒(méi)有開(kāi)展普遍的生活垃圾分類收集，因此入廠垃圾中含有石塊、金屬、玻璃、塑料等多種不可降解組分，這些廢棄物必須分揀出來(lái)，另行處理，分選工藝復(fù)雜，費(fèi)用很高。（2）即使采用了分選工藝，生活垃圾中的不利于堆肥處理的組分也不能完全剔除，許多有毒、有害物質(zhì)會(huì)進(jìn)入堆肥，如農(nóng)田長(zhǎng)期大量使用堆肥，可能會(huì)造成潛在污染，特別是一些重金屬在土壤中富集將隨食物鏈進(jìn)入人體。受到堆肥產(chǎn)品成本和質(zhì)量的約束，堆肥產(chǎn)品存在銷路不暢的問(wèn)題?！　?.3 焚　燒　　焚燒法具有減量化程度高，處理周期短，占地面積小，選址靈活，燃燒的熱量可用來(lái)發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)焚燒法在我國(guó)得到了迅速發(fā)展，但焚燒混合垃圾有以下缺陷：（1）我國(guó)生活垃圾含水率高，熱值低，需要更多的輔助燃料，此外生活垃圾中灰土含量多也會(huì)影響焚燒效果，最終導(dǎo)致焚燒成本上升。我國(guó)目前除少數(shù)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城市外，其它城市的混合生活垃圾熱值低，含渣量高，不適宜焚燒。（2）另一方面，由于我國(guó)混合垃圾中廚余垃圾較多，含鹽量較高，對(duì)煙氣中氯化物貢獻(xiàn)較大，HCl會(huì)腐蝕焚燒爐，也增加了煙氣處理的難度和污染控制成本?！　?.4 綜合處理　　綜合處理方式可以解決混合處理方式出現(xiàn)的問(wèn)題。采用綜合處理方式后，易腐物和可燃物都得到了利用，故填埋物的量很小，只占總體積的15%～20%，填埋物主要為磚頭、瓦礫等無(wú)機(jī)垃圾，不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的二次污染，節(jié)省了填埋空間；綜合處理中僅可燃垃圾進(jìn)行焚燒，焚燒物易燃，產(chǎn)生的煙氣少，二次污染??；采用綜合處理方式后，堆肥法只處理易腐有機(jī)物，成分單一，容易堆腐，而且處理費(fèi)用低，產(chǎn)品質(zhì)量好?！　?  綜合處理的不同概念及研究?jī)?nèi)容　　由于生活垃圾綜合處理的諸多優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)很多研究者和管理人員對(duì)綜合處理系統(tǒng)進(jìn)行了大量研究，但由于對(duì)綜合處理概念理解的不同，其研究方向存在很大區(qū)別。　　2.1 生活垃圾綜合處理系統(tǒng)　　在發(fā)達(dá)國(guó)家，生活垃圾綜合處理系統(tǒng)（MSW integrated processing system）的概念是多種處理設(shè)施（收運(yùn)車輛、轉(zhuǎn)運(yùn)站、分選中心、回收站、焚燒廠、堆肥廠、填埋場(chǎng)）構(gòu)成的完善的生活垃圾處理體系。對(duì)應(yīng)于這一概念，研究者希望通過(guò)系統(tǒng)分析方法和數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用，提高綜合處理系統(tǒng)運(yùn)行的效率，減少系統(tǒng)運(yùn)行的費(fèi)用，減少系統(tǒng)運(yùn)行造成的環(huán)境和社會(huì)影響[2-4]。主要研究?jī)?nèi)容包括：　　處理方式的優(yōu)化選擇。在對(duì)不同生活垃圾處理方式適用性分析的基礎(chǔ)上，可以針對(duì)不同地域的具體情況選取不同的處理方式及其組合。實(shí)踐中常采用定性分析的方法，從必要性、可行性等方面對(duì)多種生活垃圾處理方式及其組合進(jìn)行分析。生活垃圾處理方式的選擇本身也是一個(gè)如何進(jìn)行決策的問(wèn)題，因此一些研究者在實(shí)踐中也引入系統(tǒng)決策方法，如層次分析法[5]、模糊數(shù)學(xué)決策方法[6]、多目標(biāo)動(dòng)態(tài)模型[7,8]等，其中多目標(biāo)動(dòng)態(tài)模型選取的目標(biāo)是綜合效益最高，費(fèi)用最小，通過(guò)該模型可以得出每年各種生活垃圾處理方式的處理量和比例?！　√幚碓O(shè)施的優(yōu)化設(shè)置，包括確定其位置、數(shù)量及規(guī)模。生活垃圾處理設(shè)施的選址一般結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)有處理設(shè)施等情況綜合考慮得到，沒(méi)有固定的技術(shù)路線。處理設(shè)施的優(yōu)化設(shè)置與生活垃圾處理方式的優(yōu)選結(jié)合緊密，在確定了可能的選址后，依據(jù)確定的生活垃圾處理方式和當(dāng)?shù)氐纳罾a(chǎn)生量、組分可以確定各個(gè)處理設(shè)施的類型和規(guī)模，尤其是采用多目標(biāo)動(dòng)態(tài)模型后可以確定不同處理方式的最佳處理量，從而為結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)置處理設(shè)施的數(shù)量和規(guī)模提供了依據(jù)。　　垃圾物流的優(yōu)化分配。垃圾物流優(yōu)化分配是綜合處理系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容，優(yōu)化手段包括多種規(guī)劃方法和數(shù)學(xué)模型[3]。最常用的垃圾物流優(yōu)化模型為最小費(fèi)用模型。模型目標(biāo)為總費(fèi)用最小，總費(fèi)用為運(yùn)輸費(fèi)用、填埋費(fèi)用、堆肥費(fèi)用、焚燒費(fèi)用、回收費(fèi)用之和減去回收材料收入、堆肥肥料收入、焚燒能量收入。在實(shí)踐中，陳炳祿等[9]對(duì)廣州市的生活垃圾物流利用最小費(fèi)用模型進(jìn)行了優(yōu)化分配?！　∮捎谖覈?guó)生活垃圾的特點(diǎn)以及混合收集的影響，目前從國(guó)外借鑒的一些模型和規(guī)劃成果難以在實(shí)踐中應(yīng)用。如在選擇處理方式及其比例時(shí)常用的多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃模型，由于是在垃圾分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，模型僅按生活垃圾中廚余物的數(shù)量設(shè)計(jì)可堆腐參數(shù)，按可燃物的數(shù)量設(shè)計(jì)可焚燒參數(shù)，但實(shí)際中混合垃圾一般不進(jìn)行分選，或者僅進(jìn)行簡(jiǎn)單分選，得出的結(jié)果實(shí)際意義不大。此外由于模型中存在很多主觀參數(shù)，對(duì)市場(chǎng)等因素缺乏考慮，模型結(jié)論也難以在規(guī)劃中實(shí)施。　　2.2 生活垃圾綜合處理工藝　　從20世紀(jì)90年代起，我國(guó)的研究者為解決單一處理方式的不足從生活垃圾綜合處理的角度進(jìn)行了研究，提出了多種生活垃圾綜合處理的構(gòu)想，但是這種構(gòu)想?yún)^(qū)別于國(guó)外廣泛應(yīng)用的綜合處理系統(tǒng)概念，而是指通過(guò)分選等預(yù)處理技術(shù)把不同垃圾組分進(jìn)行分離，分別進(jìn)入不同的處理單元，這些處理單元集合在一個(gè)廠內(nèi)甚至一條生產(chǎn)線上，希望通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)不同垃圾分別采用適宜的處理方式的目的，為了便于區(qū)分，本文稱其為綜合處理工藝（comprehensive treatment technology）。根據(jù)綜合處理工藝采用預(yù)處理技術(shù)的不同，可以分為預(yù)分選合處理工藝、預(yù)堆肥綜合處理工藝、預(yù)消解綜合處理工藝等，其中前者一般采用物理分選技術(shù)，經(jīng)過(guò)多次分選將垃圾分為幾類，其分類類別根據(jù)后續(xù)處理工藝確定，而后兩者雖然也有一些分選步驟，但是其預(yù)處理技術(shù)核心為堆肥或消解。此外，綜合處理工藝的能量回用和自給也是其研究方向之一，為了便于說(shuō)明，本文稱其為能量自給綜合處理工藝?！　☆A(yù)分選綜合處理工藝是指利用物理分選技術(shù)把混合垃圾中的不同組分按處理目的進(jìn)行分離，使不同組分分別進(jìn)行處理，這也是應(yīng)用最多的綜合處理工藝，研究重點(diǎn)集中在分選系統(tǒng)[10]。它面臨的問(wèn)題有：一是我國(guó)生活垃圾實(shí)行混合收集，在發(fā)達(dá)國(guó)家由產(chǎn)生者進(jìn)行的分類工作不得不由廠內(nèi)的分選系統(tǒng)完成，分選系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用很大；二是目前的生活垃圾綜合處理廠處理規(guī)模均較小，焚燒量和填埋量也很少，在這種情況下，相對(duì)于單一焚燒或填埋，綜合處理如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的比較優(yōu)勢(shì)也是需要重視的問(wèn)題?！　☆A(yù)堆肥綜合處理工藝。堆肥過(guò)程可以降低生活垃圾的有機(jī)物含量和含水率，因此可以把堆肥過(guò)程作為生活垃圾綜合處理系統(tǒng)的預(yù)處理步驟。對(duì)焚燒而言，經(jīng)堆肥處理后垃圾易于燃燒，熱效率高，產(chǎn)生的有害氣體量較??；對(duì)填埋而言，經(jīng)堆肥處理后減少了填埋量，降低了滲濾液的產(chǎn)量和處理難度，減少了填埋氣的排放[11]。雖然堆肥預(yù)處理對(duì)于綜合處理工藝具有明顯的益處，但是尚未有深入研究，更沒(méi)有投入運(yùn)行的工程項(xiàng)目，此外，堆肥預(yù)處理工藝還存在成本高、堆肥時(shí)間長(zhǎng)、周邊環(huán)境差等缺點(diǎn)。預(yù)消解綜合處理工藝與預(yù)堆肥綜合處理工藝類似，相對(duì)于堆肥預(yù)處理，消解預(yù)處理的最大優(yōu)勢(shì)是可以減少堆肥的時(shí)間，其環(huán)境影響也較小，但是成本更高?！　∧芰孔越o綜合處理工藝也是一種結(jié)合多種生活垃圾處理技術(shù)的工藝，它以系統(tǒng)能量的完全自給為目標(biāo)[12]，因此與垃圾焚燒廠的余熱利用系統(tǒng)不同。系統(tǒng)中的能量一般來(lái)自焚燒系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能或電能，也可以利用厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣產(chǎn)熱發(fā)電。國(guó)內(nèi)一些研究者已經(jīng)提出了一些設(shè)想，但是缺乏對(duì)系統(tǒng)能量流的深入研究和經(jīng)濟(jì)性分析，而且由于現(xiàn)有技術(shù)能源利用效率較低，尚不能利用垃圾自身的能量解決工藝過(guò)程的高能耗問(wèn)題，實(shí)際生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn)?！　】偟恼f(shuō)來(lái)，十多年來(lái)大多數(shù)這類綜合處理研究還停留于簡(jiǎn)單的構(gòu)想階段，缺乏系統(tǒng)化的深入研究，對(duì)綜合處理工藝的組織特性、環(huán)境特性、經(jīng)濟(jì)特性等內(nèi)容基本沒(méi)有涉及，對(duì)于分選垃圾區(qū)別于混合垃圾進(jìn)行焚燒、填埋的特性也沒(méi)有研究。工程實(shí)踐中，我國(guó)目前運(yùn)行的綜合處理廠很少，規(guī)模也不大（處理量一般小于300 t/d），而且限于分選工藝與填埋、焚燒和堆肥的結(jié)合，噸投資一般在20萬(wàn)元/t以下。由于這種綜合處理廠整體規(guī)模不大，其中的焚燒量、填埋量都很少，焚燒工藝效果較難控制，二次污染控制較差。其次，這些綜合處理廠大多以堆肥或其它制肥工藝為核心，但由于我國(guó)堆肥質(zhì)量和市場(chǎng)的原因，堆肥處理在很多地區(qū)面臨困境，這也影響到綜合處理廠的運(yùn)行效益。另外不同區(qū)域在自然條件、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、社會(huì)發(fā)展水平、生活垃圾特性等方面存在差異，適用的生活垃圾處理處置技術(shù)也有所不同，而目前有些地區(qū)盲目照搬發(fā)達(dá)國(guó)家和其它地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，使得部分生活垃圾處理處置設(shè)施不能正常運(yùn)行。由于這些原因，這類綜合處理技術(shù)沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用?！　?  綜合處理的發(fā)展趨勢(shì)　　對(duì)于國(guó)內(nèi)提出的綜合處理工藝（comprehensive treatment technology），雖然現(xiàn)有項(xiàng)目的投資成本較低，但其處理規(guī)模小，運(yùn)行費(fèi)用高，二次污染不能得到有效控制。另一方面，雖然垃圾處理的能量回用是資源化的一個(gè)重要方面，但是系統(tǒng)的能量自給從目前的技術(shù)水平看來(lái)難以實(shí)現(xiàn)。從生活垃圾處理的經(jīng)濟(jì)性分析，這種“小而全”的綜合處理工藝難以獲得持久的生命力和廣泛的推廣?！　“l(fā)達(dá)國(guó)家生活垃圾處理的歷史和經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，源頭分類（產(chǎn)生者分類）是最經(jīng)濟(jì)有效的垃圾分類手段，在此基礎(chǔ)上建立生活垃圾綜合處理系統(tǒng)，并通過(guò)數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)置各種收運(yùn)處理設(shè)施、分配車輛和垃圾物流，可以實(shí)現(xiàn)城市生活垃圾的低成本、高效率管理，并最大限度的實(shí)現(xiàn)生活垃圾的資源化。雖然我國(guó)目前普遍采用生活垃圾混合收集模式，但分類收集對(duì)于垃圾處理、資源回收等的重要意義已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)知，全國(guó)很多大中城市開(kāi)展了分類收集的試點(diǎn)工作，并制定了城市生活垃圾分類收集規(guī)劃。隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，生活垃圾收運(yùn)處理設(shè)施的完善，分類收集和綜合處理系統(tǒng)將互相促進(jìn)，得到更為廣泛的推廣。　　在這一前提下，深入分析城市生活垃圾綜合處理系統(tǒng)的系統(tǒng)特性、運(yùn)行規(guī)律，提煉總結(jié)適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)階段及發(fā)展需要的系統(tǒng)模型和優(yōu)化方法，將大大提高我國(guó)城市生活垃圾的管理水平。我國(guó)目前采用混合收集方式，基于這一前提，利用數(shù)學(xué)方法優(yōu)化不同處理設(shè)施的數(shù)量和選址，優(yōu)化生活垃圾物流在不同處理設(shè)施之間的分配都具有重要的意義?！　⒖嘉墨I(xiàn)　　1  張　益.國(guó)外垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展.見(jiàn)：張　益，陶　華主編. 垃圾處理處置技術(shù)及工程實(shí)例. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.106～114　　2  Barlishen K D, Baetz B W.Development of decision support system for municipal solid waste management systems planning.Waste Management & Research，1996，14(1)：71～86　　3  Everett J W.Optimal regional scheduling or solid waste systemsⅠ：model development. Journal of Environmental Engineering，1996，122(9)：785～792　　4  Modak A R，Everett J W.Optimal regional scheduling of solid waste systems Ⅱ：model solutions.Journal of Environmental Engineering，ASCE，1996，122(9)：793～799　　5  郭廣寨，陸正明，石　峰.城市生活垃圾綜合處置系統(tǒng)的選擇.上海環(huán)境科學(xué)，2001，20（1）：37～40　　6  陳紹偉，郭廣寨，陸正明.模糊數(shù)學(xué)決策法的改進(jìn)及在生活垃圾處理方式評(píng)價(jià)中的應(yīng)用.上海環(huán)境科學(xué)，2002，21（7）：426～428　　7  陳炳祿，王志剛，陳新庚.廣州市生活垃圾處理方式及物流管理方案優(yōu)化.上海環(huán)境科學(xué)，2000，19（11）：511～515　　8  劉常青，陳健飛.福州市城市生活垃圾處理系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及規(guī)劃.資源科學(xué)，2003，25（4）：68～72　　9  陳炳祿，王志剛，陳新庚.廣州市生活垃圾處理方式及物流管理方案優(yōu)化.上海環(huán)境科學(xué)，2000，19（11）：511～515　　10  劉克鑫.城市生活垃圾綜合處理的實(shí)踐與探討.見(jiàn)：張　益，陶　華主編.垃圾處理處置技術(shù)及工程實(shí)例.北京：化工出版社，2002.253～258　　11  陳朱蕾，黎小保，周　磊，等.堆肥化技術(shù)對(duì)生活垃圾預(yù)處理效果的研究.環(huán)境衛(wèi)生工程，2004，12（1）：11～13　　12  李海濱，吳創(chuàng)之，陳 勇.能量自給型生活垃圾堆肥系統(tǒng).能源工程，2000，（1）：22～25　　（收到修改稿日期：2004-12-14）
--------------------------------------------------------------------------------　　[1]第一作者：李　歡，男，1979出生，博士研究生，主要研究方向?yàn)楣腆w廢棄物管理與資源化。