劉競(jìng)
北京市為實(shí)現(xiàn)“增能力、調(diào)結(jié)構(gòu)、促減量”的垃圾處理工作目標(biāo),應(yīng)盡快開展生活垃圾分類投放收運(yùn)體系及信息化系統(tǒng)研究、生活垃圾焚燒預(yù)處理技術(shù)及系統(tǒng)集成優(yōu)化研究、廚余垃圾微生物強(qiáng)化處理技術(shù)研究、生活垃圾處理設(shè)施后評(píng)估體系研究與應(yīng)用,充分發(fā)揮科技支撐作用。
一、北京市生活垃圾處理基本現(xiàn)狀和主要問題
2008年北京市生活垃圾產(chǎn)生量672萬噸(1.84萬噸/日)。目前,北京市共有生活垃圾處理設(shè)施23座,總設(shè)計(jì)日處理能力1.04萬噸(衛(wèi)生填埋、生化處理和焚燒所占比例分為90%、8%、2%),實(shí)際處理量為1.74萬噸/日。2008年生活垃圾處理率95%,垃圾資源化率達(dá)到35%。餐廚垃圾產(chǎn)生量約60萬噸(0.17萬噸/日)。
目前,北京市垃圾面臨的主要問題有:(1)垃圾產(chǎn)生量持續(xù)上升。從2005年起,北京市垃圾產(chǎn)生量每年以8%左右的速度持續(xù)上升。(2)垃圾處理能力嚴(yán)重不足。(3)垃圾處理結(jié)構(gòu)不合理。(4)垃圾處理設(shè)施建設(shè)實(shí)施難。(5)垃圾管理體制機(jī)制不健全。
垃圾處理問題已引起北京市委、市政府和相關(guān)管理部門的高度重視。市委、市政府在2009年4月28日發(fā)布的《關(guān)于全面推進(jìn)生活垃圾處理工作的意見》中,已把垃圾處理定位在“關(guān)乎民生的基礎(chǔ)性公益事業(yè)”層面,把垃圾處理提升到首都經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的高度,提出了建設(shè)生態(tài)、循環(huán)、可持續(xù)的垃圾處理系統(tǒng)的總目標(biāo)和“增能力、調(diào)結(jié)構(gòu)、促減量”的工作目標(biāo),并提出建立垃圾分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸和分類處理的生活垃圾處理系統(tǒng)。2012年垃圾焚燒、生化處理和填埋比例為2∶3∶5,2015年為4∶3∶3,基本滿足不同成分垃圾處理的需要;2012年實(shí)現(xiàn)城區(qū)原生垃圾零填埋,2015年實(shí)現(xiàn)全市原生垃圾零填埋等具體工作目標(biāo)。
二、國(guó)內(nèi)外垃圾處理現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
(一)垃圾分類研究發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)60年代開始對(duì)垃圾分類收集進(jìn)行研究,各國(guó)根據(jù)本國(guó)國(guó)情與生活垃圾的特性及實(shí)際處理情況對(duì)垃圾進(jìn)行分類。雖然各國(guó)垃圾分類標(biāo)準(zhǔn)和方法各不相同,但共同的特點(diǎn)是生活垃圾源頭分類與后端處理配套銜接,實(shí)現(xiàn)了分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸和分類處理,形成了比較完整的適應(yīng)垃圾回收再利用和再循環(huán)的垃圾處理體系,有效地減少了最終處置量,促進(jìn)了資源的循環(huán)再利用。
我國(guó)城市生活垃圾分類起步較晚,2000年4月,建設(shè)部(現(xiàn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部)在全國(guó)范圍內(nèi)選定北京等8個(gè)城市作為垃圾分類收集的試點(diǎn)城市。北京市從2002年起,在部分居住小區(qū)、大廈、工業(yè)區(qū)逐步實(shí)行生活垃圾分類收集,按照“源頭分類、大件粗分,廚余垃圾就地處理”的原則,將生活垃圾分為可回收物(包含紙類、玻璃、金屬、塑料)、廚余垃圾和其他垃圾三大類,其他試點(diǎn)城市垃圾分類情況與北京大同小異。從垃圾分類效果來看,雖然投入了大量的人力、物力,但沒有達(dá)到預(yù)期目的。究其原因,一是與國(guó)情不符,我國(guó)的情況是可回收物已基本進(jìn)入廢品回收渠道,生活垃圾中可直接回收物極少;二是處理方式單一,垃圾分類的系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行體系尚未形成,分類收集與后端處理脫節(jié),導(dǎo)致垃圾分類有始無終。
從我國(guó)垃圾分類試點(diǎn)城市的實(shí)踐來看,轉(zhuǎn)變垃圾分類模式,將源頭分類與后端處理相結(jié)合是垃圾分類的趨勢(shì)。同時(shí),國(guó)內(nèi)在建立生活垃圾分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理體系的研究,以及在投放、收集、運(yùn)輸和信息化管理等環(huán)節(jié)的關(guān)鍵支撐技術(shù)的研究方面尚屬空白,亟待填補(bǔ)。
(二)垃圾焚燒研究發(fā)展現(xiàn)狀
焚燒處理是實(shí)現(xiàn)垃圾處理減量化快捷、有效的技術(shù)方法,成為當(dāng)今處理生活垃圾的主流。近幾年,一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家逐步提高垃圾焚燒的處理比例。如日本的垃圾焚燒處理比例一直控制在90%以上;美國(guó)垃圾焚燒處理從1980年的1.8%上升為2007年的12.6%,其焚燒總量已達(dá)到3000萬噸/年。焚燒在我國(guó)起步較晚,但近幾年發(fā)展迅速,垃圾焚燒在無害化處理技術(shù)中所占比例從2001年的約1%提高到2007年的約10%(2007年新投入運(yùn)行焚燒廠8座)。
我國(guó)垃圾焚燒處理存在的問題:一是近年來焚燒爐逐漸大型化,但一直缺乏對(duì)大型焚燒爐的工況研究;二是原生垃圾含水率高、可燃燒性差,垃圾熱值總體水平偏低(一般在3500~5000kJ/kg左右),并隨著季節(jié)發(fā)生明顯變動(dòng)。直接焚燒垃圾熱值范圍變化過大,不僅會(huì)造成焚燒工況不穩(wěn)定、處理效率降低、出渣量增大,也影響到后端煙氣的產(chǎn)生與控制;三是高含水率使垃圾直接篩分會(huì)造成易粘連,工藝效果差,垃圾中的塑料等難以去除,焚燒誘發(fā)二噁英等有害物質(zhì)產(chǎn)生等問題。因此,有效降低生活垃圾的含水率、提高生活垃圾熱值并保障其穩(wěn)定性,以及深入開展對(duì)大型焚燒爐工況的研究,是促進(jìn)我國(guó)生活垃圾焚燒處理的關(guān)鍵。
為提高待焚燒生活垃圾的低位熱值,國(guó)內(nèi)外多采用生物預(yù)處理、機(jī)械預(yù)處理等預(yù)處理技術(shù)方法。北京市現(xiàn)有大型生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站雖有篩分工藝,但經(jīng)過篩分的垃圾每月熱值變化幅度依然很大,不適合焚燒廠對(duì)生活垃圾熱值均一化的需求。德國(guó)針對(duì)混合生活垃圾處理,先后開發(fā)出機(jī)械生物處理技術(shù)和干燥穩(wěn)定化技術(shù),即生物干燥技術(shù),可以大幅度提高入爐垃圾的低位熱值。它包括機(jī)械和生物處理兩個(gè)部分,可以分別獨(dú)立地用于垃圾處理,也可以與其他的垃圾處理技術(shù)如焚燒、填埋等結(jié)合,共同完成垃圾的處理。目前問題在于生物干化持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、處理過程中產(chǎn)生惡臭物質(zhì)、產(chǎn)生滲濾液,需要專門設(shè)備處理。同時(shí),生物干化還對(duì)污染物具有富集作用,處理物可能增加單位質(zhì)量物料的污染物排放。因此,如何進(jìn)一步縮短處理時(shí)間,提高處理效果,以及控制處理過程中與末端焚燒處理產(chǎn)生的污染是研究的重點(diǎn)。
(三) 垃圾生化處理研究發(fā)展現(xiàn)狀
目前垃圾生化處理有源頭處理和集中處理兩種模式。第一種,集中處理模式。現(xiàn)有的集中處理模式以好氧堆肥和厭氧發(fā)酵為主。推行新的分類收集、分類運(yùn)輸模式后,進(jìn)料端的廚余垃圾物料性質(zhì)上與原來的堆肥原料將明顯不同,原有堆肥工藝難以照搬套用,特別是對(duì)廚余垃圾含水率高、堆肥過程中易產(chǎn)生滲濾液并導(dǎo)致通風(fēng)不暢等問題,有必要進(jìn)行針對(duì)性的研究。同時(shí)在加速堆肥過程、控制污染、提高堆肥品質(zhì)與安全性方面也應(yīng)進(jìn)行相關(guān)研究。第二種,源頭處理模式。廚余垃圾源頭處理一般采用微生物菌劑進(jìn)行快速發(fā)酵,國(guó)內(nèi)外均已研制開發(fā)出小型廚余垃圾處理機(jī)。源頭處理可以從源頭減少進(jìn)入生活垃圾處理系統(tǒng)中有機(jī)物比例,減輕生活垃圾在收集、運(yùn)輸和處理過程中臭氣和其他污染物的產(chǎn)生。但在目前的廚余垃圾源頭處理過程中存在著菌群適應(yīng)性差、設(shè)備能耗大、低溫下處理效果不佳、處理過程有異味等問題。
在垃圾生化處理中,利用微生物強(qiáng)化與循環(huán)接種技術(shù)可以達(dá)到促進(jìn)垃圾快速穩(wěn)定的目的。目前,對(duì)于固體發(fā)酵物料循環(huán)接種,國(guó)內(nèi)仍處于空白,通過研究采用發(fā)酵料倉中特定時(shí)空分布點(diǎn)堆肥物料直接回接(或者經(jīng)過強(qiáng)化處理回接)及填料負(fù)載微生物菌種等方式,促進(jìn)廚余垃圾的腐熟過程,減少氮素的損失,提高堆肥產(chǎn)品安全性,從而大幅提升堆肥產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用價(jià)值,促進(jìn)廚余垃圾的有效資源化,是開展研究尋求突破的關(guān)鍵。
(四)生活垃圾設(shè)施后評(píng)估研究現(xiàn)狀
早在20世紀(jì)30年代,美國(guó)、瑞典等發(fā)達(dá)國(guó)家的財(cái)政、審計(jì)機(jī)構(gòu)及援外單位已經(jīng)開始了項(xiàng)目的后評(píng)估工作。到20世紀(jì)70年代,后評(píng)估被許多國(guó)家和國(guó)際組織所采用,并逐漸形成了一套比較完善的管理和評(píng)估體系。目前,美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、印度等國(guó)家,以及世界銀行和聯(lián)合國(guó)教科文組織等都已建立并形成比較完善的后評(píng)估制度。
我國(guó)從20世紀(jì)80年代開展后評(píng)估工作,目前主要應(yīng)用于建筑、金融、信息和教育領(lǐng)域,在環(huán)衛(wèi)行業(yè)還未引入項(xiàng)目后評(píng)估。
三、北京市生活垃圾處理對(duì)科技的需求分析
為了貫徹《關(guān)于全面推進(jìn)生活垃圾處理工作的意見》精神,落實(shí)《關(guān)于全面推進(jìn)北京市生活垃圾處理的工作方案》提出的工作任務(wù),分年度實(shí)現(xiàn)“增能力、調(diào)結(jié)構(gòu)、促減量”的垃圾處理工作目標(biāo),應(yīng)加大科技的投入,集中力量研發(fā)垃圾收運(yùn)處理及綜合管理基礎(chǔ)性、關(guān)鍵技術(shù),并建設(shè)相應(yīng)的示范區(qū)(工程)。
(一)開展生活垃圾分類投放收運(yùn)體系及信息化系統(tǒng)研究與示范
選取北京市有代表性的城鄉(xiāng)地區(qū),調(diào)查分析生活垃圾產(chǎn)生量及組分構(gòu)成,研究并預(yù)測(cè)生活垃圾產(chǎn)生量及組分變化趨勢(shì)。根據(jù)生活垃圾產(chǎn)生源特點(diǎn)和后端垃圾處理工藝技術(shù)需要,研究確定不同分類模式。分析比較生活垃圾不同分類模式的特點(diǎn),提出適合的生活垃圾后端處理的分類模式。
選取北京市有代表性的城鄉(xiāng)地區(qū),從垃圾特點(diǎn)、居民生活習(xí)慣、環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)投入等因素,運(yùn)用數(shù)學(xué)方法分析并提出適宜的投放方式和收集容器分布,研究和優(yōu)化分類后生活垃圾收集工具和轉(zhuǎn)運(yùn)車輛的配置及運(yùn)輸方案,依據(jù)優(yōu)化成果,研究現(xiàn)行密閉式清潔站的改造方案和環(huán)境污染控制措施。
研究分類垃圾袋、垃圾桶(箱)的電子標(biāo)識(shí)技術(shù)和垃圾分類收集、分類運(yùn)輸環(huán)節(jié)的智能識(shí)別、智能稱重技術(shù),利用3S技術(shù),研發(fā)高度集成和系統(tǒng)化的垃圾分類收運(yùn)信息管理平臺(tái),創(chuàng)建垃圾物流系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,建立垃圾物流信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾分類收集運(yùn)輸作業(yè)進(jìn)行全過程的信息化跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控和精準(zhǔn)管理。
研究垃圾分類投放、分類運(yùn)輸相關(guān)政策及收費(fèi)機(jī)制、獎(jiǎng)懲機(jī)制、宣傳機(jī)制。
基于上述研究成果,選擇1~2個(gè)適宜的示范區(qū)域(大約1萬人口),開展工程示范。
(二)開展生活垃圾焚燒預(yù)處理技術(shù)及系統(tǒng)集成優(yōu)化研究與示范
調(diào)研典型焚燒廠進(jìn)廠原料及預(yù)處理工藝、焚燒工況、煙氣排放等方面情況,明確典型焚燒工藝進(jìn)料需求,提出焚燒系統(tǒng)優(yōu)化方案,達(dá)到提高焚燒能力和控制污染的目的。針對(duì)高含水率的混合垃圾,通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),篩選生物干化技術(shù)中微生物菌群。模擬生物干化過程,研究物料中水分的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化及對(duì)垃圾物料性狀的影響,對(duì)生物干燥過程工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
針對(duì)預(yù)處理過程中釋放的惡臭等污染物,分析其化學(xué)組成、性質(zhì)特征、釋放強(qiáng)度及其隨處理時(shí)間的變化規(guī)律,研究開發(fā)配套除臭技術(shù)。
通過開展高含水率焚燒垃圾快速生物干燥技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),提出高含水率生活垃圾焚燒的生物預(yù)處理工藝技術(shù)方案。
研究原生混合垃圾、分類垃圾、生物干燥垃圾的特性(熱值、顆粒粒度、可燃物組分等)對(duì)焚燒爐燃燒工況的影響,指導(dǎo)焚燒爐進(jìn)料的控制。
針對(duì)不同區(qū)域垃圾特性和焚燒需求,研究典型的預(yù)處理技術(shù)工藝組合和污染控制技術(shù)方案,形成高效、低污染的焚燒預(yù)處理系統(tǒng)集成。
基于上述研究成果,選擇適宜的示范場(chǎng)地,制定有針對(duì)性的垃圾預(yù)處理方案,開展工程示范。
(三)開展廚余垃圾微生物強(qiáng)化處理技術(shù)研究與示范
應(yīng)用分子生物學(xué)技術(shù),研究和分析生化過程中的微生物菌群動(dòng)態(tài)及其菌群關(guān)鍵功能變化,為接種優(yōu)勢(shì)菌群、加快生化過程、縮短生化周期提供依據(jù);針對(duì)廚余垃圾特點(diǎn),篩選和馴化垃圾分解菌種,研究篩選穩(wěn)定高效的生化接種劑優(yōu)化組合,并通過實(shí)驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
針對(duì)分類收集的廚余垃圾含水率高、物料粒度及成分復(fù)雜的特點(diǎn),開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究,對(duì)好氧生化工藝中的前處理、通風(fēng)速率、溫度、進(jìn)料方法,以及接種比例等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化;研究生化過程中氮元素?fù)p失與控制;研究生化法處理垃圾過程中環(huán)保技術(shù);提出采用隧道式生化工藝和長(zhǎng)槽式生化工藝處理廚余垃圾的改進(jìn)方案。
基于上述研究成果,選擇適宜的示范場(chǎng)地,開展廚余垃圾源頭處理示范;開展有針對(duì)性的廚余垃圾集中處理中試。
(四) 開展生活垃圾處理設(shè)施后評(píng)估體系研究
通過研究生活垃圾處理設(shè)施從建設(shè)到運(yùn)行的全過程,選擇出對(duì)工程建設(shè)、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益、社會(huì)影響和可持續(xù)發(fā)展等方面產(chǎn)生影響的因素,利用層次分析篩選出重要的因素作為全過程評(píng)價(jià)因子。利用線性規(guī)劃、指數(shù)平滑、層次分析等數(shù)學(xué)方法,研究北京市生活垃圾處理設(shè)施后評(píng)估數(shù)學(xué)模型,結(jié)合德爾菲法,確定北京市生活垃圾處理設(shè)施后評(píng)估指標(biāo)體系。
通過開展以上四方面的研究,可以解決生活垃圾產(chǎn)生量持續(xù)上升、處理能力嚴(yán)重不足、垃圾處理結(jié)構(gòu)不合理等難點(diǎn)問題,可直接應(yīng)用于北京市新的垃圾處理系統(tǒng),有效解決生活垃圾對(duì)水體、大氣和土壤等所造成的環(huán)境污染問題。提高垃圾資源化利用水平,降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn),改善人們的居住環(huán)境。通過垃圾分類收運(yùn)和后端處理相結(jié)合及其關(guān)鍵技術(shù)的研究,可有效控制生活垃圾處理各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境的污染,直接減少垃圾填埋量,減少填埋場(chǎng)滲濾液和臭味的產(chǎn)生;降低垃圾焚燒所釋放的污染物如焚燒殘?jiān)w灰、煙氣等;減少?gòu)N余垃圾進(jìn)入填埋場(chǎng),防止病菌、蚊、蠅、蟑螂和老鼠的滋生,減少疫病傳播,有效控制垃圾填埋場(chǎng)臭氣污染,改善城市環(huán)境衛(wèi)生狀況。同時(shí),為建設(shè)生態(tài)、循環(huán)、可持續(xù)的垃圾處理系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)“調(diào)結(jié)構(gòu)、增能力、促減量”的垃圾處理目標(biāo)提供了有力的科技支撐,對(duì)解決北京市垃圾危機(jī),促進(jìn)首都人口、資源、環(huán)境全面協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展都有著極其重要的意義。
(責(zé)任編輯:文雪峰)