適于鐵路站車生活垃圾處理技術(shù)分析

王曉偉，薛 強(qiáng)，水春雨，沈 駿，李 鵬，左秀成

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081；2.航天中心醫(yī)院 后勤保障處，北京 100049；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 北京中鐵科節(jié)能環(huán)保新技術(shù)有限公司，北京 100081）

1 概述

我國鐵路覆蓋區(qū)域人口密度較大，隨著經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，帶動了鐵路迅猛發(fā)展，鐵路垃圾也隨之產(chǎn)生，進(jìn)而帶來了安全運行、環(huán)境衛(wèi)生、收集、運送和處理處置等系列問題。據(jù)統(tǒng)計，某大型客運站2017年年產(chǎn)垃圾量超過9 000 t，日產(chǎn)50 t以上，高峰期甚至過百噸。站車生活垃圾成分較市政垃圾相對單一，且可回收比例較大[1]，站車生活垃圾的科學(xué)處置愈發(fā)受到關(guān)注和重視。我國鐵路自1999年實施列車?yán)c投放，對沿線站車?yán)M(jìn)行收集、中轉(zhuǎn)清運處置[2-4]，目前鐵路站段生活垃圾的最終處理主要有以下3種方式。

（1）外委市政處理系統(tǒng)處理方式。對于距離城市較近、城市垃圾處理設(shè)施較完善的鐵路站段，站車生活垃圾以車上收集、站臺定點投放、車下并入市政系統(tǒng)集中處理的模式為主[4]，站車生活垃圾基本得到了妥善處置。但因偏遠(yuǎn)中小站區(qū)尚不具備垃圾清運及配套處理系統(tǒng)，這一方式主要適用于大城市附近的較大鐵路站段，尚不能完全覆蓋和解決全部鐵路站車生活垃圾的處理問題。

（2）自行處理的簡易焚燒減量化方式。對于偏遠(yuǎn)站區(qū)和偏遠(yuǎn)鐵路施工期工人聚集地的生活垃圾需要就地消納處理，采用簡易焚化爐將垃圾焚燒減量后，進(jìn)行簡易填埋。這一方式主要被一些經(jīng)濟(jì)條件較好、所在地用地緊張、區(qū)段環(huán)境要求的站段所采用[4]。受簡易焚化爐處理垃圾易帶來二次空氣污染等諸多因素制約，該方式較少被鐵路站段采用。

（3）簡易填埋處理方式。選擇天然或人工低洼地形，如溝谷、取土坑等，將收集的垃圾由站段集中進(jìn)行簡易填埋。該方式因施工簡單、節(jié)省成本，目前被個別中小站段所采用。然而此簡易填埋的處理方式，未綜合考慮防滲、氣液導(dǎo)排、滲濾液處理等措施，會引起土壤地下水等二次污染[4]。

近些年，針對生活垃圾處理處置問題國家陸續(xù)出臺了一系列政策條例，其中國家發(fā)展和改革委員會、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2016年12月31日印發(fā)的《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》的通知(發(fā)改環(huán)資[2016] 2851號)指出，到2020 年底，具備條件的直轄市、計劃單列市和省會城市(建成區(qū))實現(xiàn)原生垃圾“零填埋”，建制鎮(zhèn)實現(xiàn)生活垃圾無害化處理能力全覆蓋[5]。因此，實現(xiàn)生活垃圾的減量化技術(shù)將成為主要研發(fā)目標(biāo)。

2 生活垃圾處理工藝比較

現(xiàn)有生活垃圾的主要處理工藝有衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒、熱解，以及其他納入當(dāng)?shù)厥姓幚硐到y(tǒng)進(jìn)行處理的方式。4種常見工藝如表1所示。

2.1 衛(wèi)生填埋

生活垃圾的衛(wèi)生填埋技術(shù)是利用自然代謝機(jī)能，按照工程理論和土工標(biāo)準(zhǔn)對垃圾進(jìn)行土地填埋處理及有效控制，最終目的是實現(xiàn)生活垃圾的無害穩(wěn)定處置。垃圾衛(wèi)生填埋是將垃圾和覆蓋土交替進(jìn)行填埋，層與層都要壓實；垃圾埋堆中要預(yù)置導(dǎo)氣管，目的是將堆坑中產(chǎn)生的氣體導(dǎo)出；埋場底部要做防水層，以防止垃圾滲濾液滲入地下水造成二次污染。此外，埋場底部要設(shè)置滲濾液導(dǎo)出管，目的是將滲濾液導(dǎo)出，進(jìn)而展開后續(xù)處理達(dá)標(biāo)后排放。鐵路站車?yán)兴芰虾扛?，降解速度慢，熱值高，填埋工藝一方面不利于減量化，另一方面不能實現(xiàn)資源化而造成浪費，不適合鐵路站車生活垃圾的處理。

2.2 堆肥

國家相關(guān)部門越來越重視和鼓勵研究、開發(fā)可腐廢棄物的資源化回收技術(shù)，大力推廣堆肥技術(shù)，實現(xiàn)碳氮磷營養(yǎng)物回收利用。堆肥分為好氧堆肥和厭氧堆肥2種，前者應(yīng)用比較廣泛，在好氧條件下，短時間內(nèi)完成垃圾的發(fā)酵分解，并利用分解過程產(chǎn)生的熱量使溫度升至60℃至80℃，達(dá)到無害化的目的。缺點是能耗較大，所產(chǎn)生的臭氣需收集處理。

堆肥是一種常見的餐廚垃圾處理方式，也可用于污水污泥的處理。鐵路站車?yán)杏袡C(jī)組分含量高，但其中塑料占比較大，堆肥法不能適用于塑料降解，堆肥耗時長，減量化效果不佳，并且我國堆肥質(zhì)量認(rèn)證體系尚不健全，堆肥產(chǎn)品的社會認(rèn)可程度低。

2.3 焚燒

垃圾焚燒是對生活垃圾進(jìn)行高溫焚燒處理的工藝，其原理是在高溫條件下(800℃～ 1 000℃)，垃圾可燃成分與空氣(氧氣)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，然后放出熱量，最終產(chǎn)生副產(chǎn)物是高溫燃燒氣體、殘渣等[6]。城市生活垃圾成分復(fù)雜，分選效果差，在燃燒過程中易產(chǎn)生二英、飛灰等有害物質(zhì)。而與城市生活垃圾的組分不同，鐵路站車生活垃圾易分類，熱值高，燃燒過程中產(chǎn)生的二英含量極少，適合采用焚燒法。

表1 4種典型生活垃圾處理工藝比較

2.4 熱解

熱解是在無氧或缺氧條件下，利用低中高溫使生活垃圾有機(jī)高分子成分實現(xiàn)化學(xué)鍵斷裂，形成氣液固形態(tài)物質(zhì)。熱解的產(chǎn)物為熱解炭、熱解氣(如氫氣、甲烷和一氧化碳等)和熱解油(焦油、水、酸等)[7-9]。熱解技術(shù)的優(yōu)點是避免產(chǎn)生二英，在有機(jī)固體廢棄物的無害化、減量化和和資源化方面具有優(yōu)勢。

3 鐵路站車生活垃圾處理技術(shù)選擇

3.1 鐵路站車生活垃圾組成

鐵路站車生活垃圾主要包括列車、車站廣場候車室及站段生活區(qū)垃圾，其中約75%為列車?yán)?5%為生活區(qū)垃圾。某鐵路車站生活垃圾組分如表2所示，城市典型生活垃圾組分如表3所示。

從表2可以看出，食物殘渣等可腐殖化成分占40%左右，紙張和塑料類約20% ～ 30%，其他成分含量較少，竹木類以一次性筷子為主，金屬以易拉罐和啤酒瓶蓋等為主。綜合來看，鐵路站車生活垃圾可以分為3大類：一為餐廚垃圾、食品殘渣等易腐成分，二為可回收利用成分，三為不可直接回收利用成分[10]。值得注意是鐵路站車生活垃圾中的飲料瓶、金屬、玻璃等可回收物質(zhì)可被列車或車站保潔人員處理。鐵路站車生活垃圾成分及區(qū)域性差異較大，基本是以有機(jī)類可燃成分為主(大于85%)，與市政生活垃圾相比熱值高和回收價值大[2-3,11]，從另一個角度說明，鐵路站車原生生活垃圾質(zhì)量較好，有利于回收和資源化利用。

對比表2和表3可知，鐵路站車生活垃圾的組分較城市生活垃圾簡單，而且有機(jī)類比重較大，無機(jī)類比重較小；以有機(jī)垃圾和可回收垃圾為主，難降解或消納處理的物質(zhì)很少[10]。因此，通過源頭分類收集、分類清運、分類處置等，鐵路站車生活垃圾處理難題將會得到根本性解決。

3.2 鐵路站車生活垃圾處理技術(shù)選擇

由于鐵路站車生活垃圾中塑料含量遠(yuǎn)高于城市生活垃圾，顯然填埋和堆肥法不能滿足垃圾的處理要求，因而更適合采用焚燒或熱解的資源化方式來消納鐵路站車生活垃圾[7-9,12]。

（1）以垃圾焚燒設(shè)備為基礎(chǔ)，拓展垃圾焚燒熱能利用技術(shù)。采用熱泵或吸收式制冷技術(shù)，滿足站段生活區(qū)供暖供冷需求，降低鐵路站段能源消耗。同時，也可吸納站段周邊垃圾，拓展垃圾處理及供暖供冷服務(wù)區(qū)域。

（2）在吸納站段以外周邊垃圾、拓展站段服務(wù)區(qū)域時，垃圾熱解技術(shù)設(shè)備可滿足減量化、無害化和資源化的處理要求。站外生活垃圾分類難度高于站內(nèi)垃圾，其中難免混入一些金屬等物質(zhì)。這些混合物焚燒過程中，在金屬氧化物的催化作用下會產(chǎn)生大量的二英等污染物。而熱解技術(shù)能夠在絕氧條件下裂解成小分子還原性氣體，整個熱解爐內(nèi)氧含量極低，可抑制二英等污染物產(chǎn)生，因而能避免“鄰避效應(yīng)”。典型的垃圾熱解處理工藝流程如圖1所示。

表2 某鐵路車站生活垃圾物理組分[10] %

表3 城市典型生活垃圾物理組分[11]%

圖1 典型垃圾熱解處理工藝流程

4 適于鐵路站車生活垃圾處理技術(shù)分析

焚燒是生活垃圾熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的成熟技術(shù)，其中爐排爐焚燒技術(shù)是世界上主流技術(shù)之一。氣化和熱解屬于高級熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，這些技術(shù)更復(fù)雜，目前投入商業(yè)運行的案例較少。由于鐵路站車生活垃圾成分易分選、成分單一、熱值高，無論焚燒還是熱解均能取得較好效果，但仍需要從以下角度分析處理模式。

（1）從經(jīng)濟(jì)性角度，焚燒或熱解處理設(shè)施應(yīng)考慮規(guī)模化。生活垃圾焚燒系統(tǒng)技術(shù)比較復(fù)雜，投資規(guī)模大，技術(shù)門檻要求高，不僅要求以高額投資基礎(chǔ)為支撐，而且需規(guī)模效應(yīng)和政府補(bǔ)貼才能保證生活垃圾焚燒廠的順利運營。

（2）從污染物排放角度，焚燒相同數(shù)量的垃圾，小型焚燒廠與大型焚燒廠相比，將產(chǎn)生更多的污染物質(zhì)。資料顯示，小型垃圾焚燒爐的二英產(chǎn)生量是大型焚燒爐數(shù)十倍。

（3）從資源化程度角度，熱解技術(shù)的優(yōu)勢高于焚燒。例如，油泥、輪胎、保溫泡沫等特殊物料，焚燒煙塵產(chǎn)量高，污染控制難度大，熱解技術(shù)不僅能從中提取出高附加值產(chǎn)品，而且污染物產(chǎn)量少，在未來處理技術(shù)應(yīng)用中潛力巨大[7,13]。

5 結(jié)束語

隨著生活垃圾相關(guān)管理政策要求的日益嚴(yán)格和鐵路生活垃圾管理處置問題的日益突出，實現(xiàn)鐵路生活垃圾的減量化和資源化技術(shù)將成為未來研發(fā)的重點方向。而鐵路站車生活垃圾具有成分相對簡單、易分類、熱值高等特點。實際研發(fā)過程中需從經(jīng)濟(jì)性、污染物排放、資源化程度等方面，選擇適于鐵路站車生活垃圾的處理技術(shù)，焚燒或熱解技術(shù)在無害化、減量化和資源化方面具有較大優(yōu)勢，熱解技術(shù)具有低二英和低粉塵等優(yōu)點，是今后鐵路站車生活垃圾減量化和資源化研發(fā)的重點技術(shù)。