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    基于低碳技術(shù)的城市廢棄物資源化回收與利用研究*

    2013-04-06 02:39:36李曉勇
    關(guān)鍵詞:垃圾處理資源化廢棄物

    李曉勇,蘆 鵬

    (湖南工業(yè)大學(xué) 長株潭“兩型”社會(huì)研究院,湖南 株洲 412007)

    隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化的迅猛發(fā)展,人民收入水平不斷提高,工業(yè)化生產(chǎn)方式加工制作的消費(fèi)品越來越多地進(jìn)入人們的生活,它在豐富和方便了人們生活的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的城市廢棄物,且成分越來越復(fù)雜。垃圾對(duì)環(huán)境的污染日益嚴(yán)重,造成資源大量浪費(fèi),阻礙了我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,而舊的垃圾處理機(jī)制和方法,已不能適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的要求,城市廢棄物的回收處理與再利用既是我國環(huán)境保護(hù)的當(dāng)務(wù)之急,也是治理全球性環(huán)境污染的首要措施。[1]

    一 城市廢棄物污染、回收處理和資源化現(xiàn)狀

    (一)城市廢棄物污染

    目前,我國垃圾積存量已經(jīng)達(dá)到65 億噸,城市垃圾平均每年以8.98%的速度增長,而我國現(xiàn)在的城市垃圾處理率僅為50%左右。[2]我國廢棄物的整體回收利用率遠(yuǎn)低于世界平均水平,相當(dāng)一部分本來可以回收利用的廢棄物都白白流失了。

    廢棄物中的有害成分和化學(xué)物質(zhì)可通過環(huán)境介質(zhì)——大氣、土壤、地表或地下水體等直接或間接傳入人體,威脅人體健康,傳染疾病,給人類造成潛在、近期或長期的危害。

    1.污染水體環(huán)境。固體廢物傾棄于河流或海洋,使水質(zhì)受到污染,嚴(yán)重危害水生生物的生存條件和水資源的利用;

    2.污染大氣環(huán)境。一些有機(jī)固體廢物在運(yùn)輸和處理過程中,會(huì)產(chǎn)生有害氣體和粉塵;

    3.污染土壤環(huán)境。廢物隨意拋擲,破壞了土壤中的生態(tài)平衡,導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降;

    4.侵占土地資源。據(jù)統(tǒng)計(jì):城市垃圾歷年堆放量約有50 億噸,而且每年垃圾還在快速增加;歷年垃圾堆存量占用耕地5.5 億平方米以上,浪費(fèi)了寶貴的土地資源,制約著我國經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。[3,4]

    (二)城市廢棄物的回收利用

    我國是一個(gè)資源短缺的國家,很多自然資源不可再生。在我國城市的廢棄物中,紙張、塑料、玻璃和金屬等,有相當(dāng)一部分可以回收和利用。

    1.通過廢物的回收和利用,可節(jié)約大量資源和能源,減少環(huán)境污染,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì),把廢鐵、廢鋁罐、廢紙等進(jìn)行處理和再造生產(chǎn)的鋼材、鋁材、紙等,能節(jié)約相當(dāng)比例的能源。同時(shí),空氣中的污染也大比例降低。如:用廢鋼鐵代替礦石生產(chǎn)一噸鋼可以節(jié)省74%的材料能耗。[5,6]

    2.城市廢棄物回收處理能起到環(huán)境保護(hù)、合理利用自然資源的作用??茖W(xué)高效地對(duì)城市廢棄物進(jìn)行回收和資源化利用,是降低資源消耗和環(huán)境成本、實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益最大化的有效途徑。而新的城市廢棄物回收體系建立,以及城市廢棄物回收利用公司的產(chǎn)生,能給城市提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì),能更好地推動(dòng)我國的綠色環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。

    (三)城市廢棄物與資源化的回收處理

    1.城市廢棄物回收處理。我國垃圾處理主要有三種類型,即:填埋、焚燒和堆肥。填埋技術(shù)目前是我國大多數(shù)城市解決生活垃圾出路最主要的方法,其投資少、容量大,90%以上的城市生活垃圾采用此方法處理。然而,由于建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用、管理措施、環(huán)保技術(shù)等因素,我國大部分填埋場(chǎng)僅是簡易填埋場(chǎng),真正意義上的衛(wèi)生填埋場(chǎng)較少。焚燒法是許多發(fā)達(dá)國家采用的廢棄物處理法。目前,美、日等國利用焚燒法處理廢棄物的量已達(dá)60%。生活垃圾焚燒工具有:簡易焚燒爐、國產(chǎn)化焚燒設(shè)施和綜合型焚燒設(shè)施三類。[7-9]而利用城市廢棄物進(jìn)行堆肥處理基本上還處在一個(gè)研究、試驗(yàn)和緩慢發(fā)展的階段,堆肥在我國的處理率并不高。

    2.城市廢棄物資源化。我國城市垃圾資源化方法較少,主要以堆肥法和廢舊回收循環(huán)利用為主,有少數(shù)城市利用衛(wèi)生填埋場(chǎng)回收沼氣。由于我國城市垃圾資源化的相對(duì)數(shù)量少,城市垃圾的處理量僅占總垃圾量的5%,其中70%是通過簡易填埋法處理的,無任何收益,僅有2%進(jìn)行了簡易堆肥,其它方法的資源化量更少。我國城市垃圾中資源化的物質(zhì)種類少,雖然城市垃圾中含有許多有用物質(zhì),但被利用的成分很少。我國城市垃圾資源化經(jīng)濟(jì)效益差,垃圾資源化成本偏高,資源化的物質(zhì)品位低。

    3.城市廢棄物回收和處理存在的問題。城市廢棄物回收處理存在的問題主要表現(xiàn)為:(1)未能在源頭上實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化。近年來,各種生活垃圾尤其是包裝垃圾急劇增加,大量一次性垃圾的產(chǎn)生,占了我國總體垃圾的20%以上。(2)垃圾混合回收方式加大了垃圾資源化的難度。城市垃圾目前仍以混合收集為主,許多可利用的物資和有毒有害物一起混入垃圾中,加大了垃圾中廢品回收難度,使垃圾具有高有機(jī)物含量、高水分和低熱值,成分復(fù)雜,造成焚燒處理熱值低,堆肥處理產(chǎn)品質(zhì)量差,填埋處理污染大。(3)垃圾處理技術(shù)水平低下,存在污染隱患。目前,我國對(duì)垃圾的處理,仍以填埋場(chǎng)為主,堆肥、焚燒及其它處理方法為輔。由于技術(shù)水平低,管理落后等原因,處理效果并不理想,甚至引發(fā)更為嚴(yán)重的二次污染。(4)由于城市垃圾資源化資金不足,造成城市垃圾資源化基礎(chǔ)設(shè)施差。(5)由于管理體制和法制法規(guī)不健全,制約了垃圾處理和管理的發(fā)展。(6)由于垃圾資源化還未引起全民重視,居民環(huán)保和資源化意識(shí)淡漠,妨礙了各項(xiàng)管理制度、防治措施順利實(shí)施。[8,12]

    二 城市廢棄物的回收處理和資源化技術(shù)

    (一)城市廢棄物的回收處理和資源化技術(shù)應(yīng)用

    由于城市廢棄物的來源和性狀不同,其回收及處理的方式也有所不同。根據(jù)廢棄物來源及處置方式的不同,將其分為工業(yè)廢棄物、生活廢棄物、建筑業(yè)廢棄物、電子廢棄物四大類。[2,10,11]

    1.生活廢棄物。我國目前常見的生活廢棄物處理方式有填埋、堆肥和焚燒高溫分解等。

    (1)填埋法。選擇合理堆放場(chǎng)地,經(jīng)過防水滲漏、覆土等措施而進(jìn)行垃圾處理的一種方式,其優(yōu)點(diǎn)是投資少、處理費(fèi)用低、處理量大、操作簡便。[2]其缺點(diǎn)是占地面積大,地處偏僻,運(yùn)距較遠(yuǎn),選址困難,固廢中的有害物質(zhì)滲漏可能會(huì)對(duì)地下水造成二次污染。填埋是我國目前大多數(shù)城市解決生活垃圾出路的最主要方法,近85%的城市生活垃圾采用填埋處理。

    (2)垃圾焚燒。利用高溫將垃圾中的有機(jī)物徹底氧化分解,在燃燒過程中將碳及氫元素轉(zhuǎn)化為二氧化碳及水,高溫下殺死病毒和細(xì)菌,有效地減量和減重的一種方式,燃燒后的殘?jiān)恐挥性康?%~20%,適合對(duì)可燃物含量較高的生活垃圾的處理。焚燒法是世界各個(gè)發(fā)達(dá)國家普遍采用的垃圾處理技術(shù)。[2]目前,等離子焚燒法和兩段式氣化焚燒法在國內(nèi)也漸漸普及。垃圾焚燒法占地少、污染小,熱能可以利用,但投資和運(yùn)營成本高,焚燒產(chǎn)生的氣體(如二噁英)和灰燼可能會(huì)造成二次污染,我國城市垃圾處理中焚化法僅占5%。

    (3)堆肥法。堆肥法是將固體廢棄放在特定的條件下,經(jīng)過自然或菌種作用,發(fā)酵升溫降解有機(jī)物,實(shí)現(xiàn)無害化,經(jīng)篩分處理后產(chǎn)生有機(jī)肥或深加工為有機(jī)復(fù)合肥的處理方法。堆肥法分為可分為簡易堆肥、好氧堆肥法和厭氧堆肥法。簡易高溫堆肥技術(shù)一般在中小型城市中應(yīng)用較多。厭氧消化的特征是:工程規(guī)模普遍較大,機(jī)械化程度相當(dāng)高,生活垃圾資源化利用率較高,投資及運(yùn)行費(fèi)用高于好氧高溫堆肥。厭氧消化技術(shù)在歐洲有較多應(yīng)用實(shí)例,目前我國部分城市正在籌建生活垃圾厭氧消化處理項(xiàng)目,但由于各種原因堆肥處理率并不高。

    (4)高溫分解。高溫分解是在無氧或缺氧條件下,使可燃性固體廢物在高溫下分解,最終成為可燃?xì)怏w、油、固形碳的化學(xué)分解過程。[3]熱解方法適用于城市固體廢棄物、污泥、工業(yè)廢物如塑料、橡膠等。熱解產(chǎn)生的可燃?xì)?、油等可以回收利用,其能源回收性好,環(huán)境污染小,減少焚燒造成的二次污染和需要填埋處置的廢物量。

    (5)微生物處理法。微生物處理法就是利用微生物自身的新陳代謝對(duì)固體廢棄物進(jìn)行分解作用,使其無害化,其發(fā)展前景廣闊。微生物發(fā)酵技術(shù)利用微生物的持續(xù)快速繁殖,生產(chǎn)高蛋白食品及飼料。微生物處理法投資少、簡便易行、處理徹底、不形成二次污染,事實(shí)上重建一個(gè)物質(zhì)的再循環(huán)過程,既可消除環(huán)境污染,又可變廢為寶。

    2.工業(yè)廢棄物。常見的工業(yè)廢棄物包括廢鋼鐵、廢有色金屬、廢橡膠、廢塑料、廢紙、廢玻璃、化工渣等。各類廢棄物的再利用方法可見表1。

    表1 常見工業(yè)廢棄物再利用方法[2]

    3.建筑廢棄物。建設(shè)領(lǐng)域產(chǎn)生的廢棄物主要包括渣土、泥漿和建筑垃圾三大類。建筑廢棄物中的金屬、橡膠、塑料、玻璃等廢棄物的再利用方式與工業(yè)廢棄物中的同類廢棄物相同。建筑業(yè)特有的廢棄物的再生利用方式見表2。

    表2 建筑業(yè)廢棄物再利用方法[2]

    4.電子產(chǎn)品廢棄物。電子廢棄物俗稱電子垃圾,包括各種廢電池、廢舊電腦、通信設(shè)備、電視機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱以及一些企事業(yè)單位淘汰的精密電子儀器儀表等。電子廢棄物資源化處理及方法主要包括:火法回收,濕法回收,機(jī)械分離及生物回收等。通過資源化再利用,能夠提煉出電子廢棄物中的貴重金屬,回收利用的經(jīng)濟(jì)效益可觀。

    (二)城市廢棄物回收處理和資源化新技術(shù)

    廢棄物對(duì)城市環(huán)境與發(fā)展,對(duì)居民生活都有巨大的影響。常規(guī)的處理方法或危害人體健康、污染空氣和水源,或破壞農(nóng)田、浪費(fèi)了可回收資源,不是城市生活垃圾處理的有效方式。因此,人們開始探索新的方法,結(jié)合城市生活垃圾處理的現(xiàn)狀和現(xiàn)有方法,處理和再利用城市生活垃圾的有效方法應(yīng)該是源頭分類,分別利用。[5,6,13]

    1.內(nèi)核燃燒法。利用垃圾自身熱量焚燒垃圾,采用大量高加料,在垃圾點(diǎn)燃后,料層底部會(huì)形成若干熱核,熱核逐步擴(kuò)大后使整個(gè)料層著火燃燒并燃盡??梢圆焕闷渌o助燃料來處理低熱值、高水分的生活垃圾,這是垃圾焚燒的新方法。

    2.高技術(shù)垃圾分選處理法。利用不同垃圾的物理性質(zhì),采用人工粗選、重選、磁選以及氣流分選等方法進(jìn)行分類,再進(jìn)行回收利用。此法最大限度地做到物盡其用,將污染降低到最低限度,是目前最先進(jìn)的垃圾處理方法之一。由于一次性投入過大,除少數(shù)發(fā)達(dá)國家外,多數(shù)國家難以推廣使用。

    3.塑料再生。各種塑料的混合物制成“木料”,把像木材一樣能釘、能鋸的復(fù)合塑料模壓成長凳、野餐桌和水邊木樁等。塑料廢棄物在高溫、高壓下,通過氧化作用使塑料還原為油,1t 塑料廢棄物可以還原800kg 油。

    4.廢塑料氣化處理。日本國內(nèi)擁有規(guī)模大的廢塑料氣化處理生產(chǎn)液氨企業(yè),核心技術(shù)是將廢塑料氣化,制成液氨,然后將氨變成各種衍生物后,成為各種產(chǎn)品的原料,包括灰燼在內(nèi),全部可以再生利用,實(shí)現(xiàn)廢棄物零排放。

    5.生活垃圾提取乙醇和氣體技術(shù)。主要用鹽酸作為催化劑,在高溫下將垃圾浮選后產(chǎn)生的輕質(zhì)成分(含有大量纖維素)進(jìn)行水解,同時(shí)提取糖,糖水發(fā)酵后還原成乙醇,在水解過程中還產(chǎn)生電能。

    6.蒸氧垃圾磚技術(shù)。蒸氧垃圾磚是一種水膠性硅酸鹽建筑材料,是利用無機(jī)垃圾中的活性SiO2和Al2O3(主要在煤灰中),在一定的溫度和濕度條件下,與石灰中的CaO 有效作用,生成有膠結(jié)能力的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,因其水化生成物具有類似于普通硅酸鹽水化物的性質(zhì),所以垃圾磚具有墻體材料所需要的強(qiáng)度和力學(xué)性能。

    7.廢棄物制造復(fù)合材料:廢棄物復(fù)臺(tái)材料所采用的原料95%以上是各種固體廢棄物,其成本要比通過采、選、冶得到的一次資源低得多,既解決了廢棄物環(huán)境污染問題,又節(jié)約了各種寶貴的一次資源。

    三 城市廢棄物資源化回收和處理

    (一)城市廢棄物資源化回收和處理原則

    國際通用的垃圾處理主要遵循減量化、再利用、再循環(huán)和無害化原則。[14-15]

    1.減量化原則。在城市廢棄物的處理上,對(duì)廢棄物的減量化處理一方面從源頭節(jié)約資源使用和減少資源投入;另一方面是對(duì)固體廢物進(jìn)行處理利用,從而達(dá)到減少廢棄物目的。減少固體廢物的產(chǎn)生,需從資源的綜合開發(fā)和生產(chǎn)過程物質(zhì)資料的綜合利用著手,即“廢物最小化”與“清潔生產(chǎn)”。對(duì)固體廢物進(jìn)行處理利用,屬于物質(zhì)生產(chǎn)過程的末端,即通常人們所理解的“廢棄物綜合利用”,采用各種綜合處理和資源化技術(shù)進(jìn)行廢物回收利用,以減少廢棄物的數(shù)量。

    2.再利用原則。在生產(chǎn)和消費(fèi)過程中,盡可能的提高產(chǎn)品和服務(wù)的利用率,要求產(chǎn)品多次或多種方式再利用,以延長產(chǎn)品和服務(wù)的使用周期,避免過早成為廢棄物,從而減少廢棄物產(chǎn)生。(1)再循環(huán)原則。固體廢物屬于二次資源或再生資源范疇,即在產(chǎn)品的輸出端要求物品完成功能后,可回收和綜合利用,變成再生資源。在提高產(chǎn)品和服務(wù)利用效率的基礎(chǔ)上,使廢棄物資源化變成其他產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)品的原料,實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用,最大限度地減少廢棄物排放。(2)無害化原則。固體廢物無害化處理的基本任務(wù)是將干擾廢物通過工程處理,達(dá)到不損害人體健康,不污染周圍的自然環(huán)境的(包括原生環(huán)境與次生環(huán)境)程度。目前,廢物無害化處理工程已經(jīng)發(fā)展成為一門嶄新的工程技術(shù)。諸如:垃圾的焚燒、衛(wèi)生填埋、堆肥、糞便的厭氧發(fā)酵、有害廢物的熱處理和解毒處理等。

    (二)城市廢棄物資源化回收和處理對(duì)策[14,16]

    1.加強(qiáng)源頭處理,促進(jìn)垃圾減量化。要解決我國的城市垃圾問題,必須從減少城市生活垃圾來源入手,減少家用和商用垃圾,盡量減少一次性物品的使用,盡量減少包裝垃圾,重復(fù)使用和修理使用目前已有的物品,減少垃圾,節(jié)約能源,增加財(cái)富。

    2.加強(qiáng)城市垃圾的分類回收。要實(shí)現(xiàn)垃圾資源化,應(yīng)該從加強(qiáng)管理,推行垃圾分類收集開始,以降低垃圾中廢品回收成本,提高廢品回收率和回收廢品質(zhì)量,促進(jìn)資源化,便于有害物單獨(dú)處置。各個(gè)城市應(yīng)根據(jù)自己的具體情況,提出垃圾分類方案,逐步推廣垃圾分類收集。分類收集本著先易后難,先簡單后復(fù)雜的原則逐步實(shí)施。如對(duì)灰渣含量低、可燃物含量高的街區(qū)垃圾進(jìn)行單獨(dú)收集并進(jìn)行焚燒處理,再逐步推行可燃物分類收集進(jìn)行焚燒處理;對(duì)于垃圾中煤灰含量高的城市,可實(shí)行煤灰單獨(dú)收集,進(jìn)行填埋處理或直接回收利用;對(duì)于采用堆肥處理為主要方式的城市,可實(shí)行生物降解的有機(jī)垃圾單獨(dú)收集進(jìn)行堆肥處理。

    3.建立垃圾收費(fèi)制度,推行垃圾運(yùn)營產(chǎn)業(yè)化。隨著我國物質(zhì)生活水平的提高,城市居民越來越重視環(huán)境質(zhì)量。建立垃圾收費(fèi)制度的時(shí)機(jī)已基本成熟,應(yīng)當(dāng)實(shí)行居民按人口,非生產(chǎn)性企事業(yè)單位按職工數(shù)量,生產(chǎn)經(jīng)營性企業(yè)按垃圾產(chǎn)生量收取處理費(fèi),以實(shí)現(xiàn)減少垃圾產(chǎn)生量的目的。垃圾收費(fèi)要納入地方財(cái)政,為城市垃圾體制改革提供資金支持。要按照垃圾處理產(chǎn)業(yè)化的要求,環(huán)衛(wèi)企業(yè)收取的生活垃圾處理費(fèi)為經(jīng)營服務(wù)性收費(fèi),其收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照補(bǔ)償垃圾收集運(yùn)輸和處理成本、合理盈利的原則核定。要制定科學(xué)的計(jì)收辦法,加強(qiáng)收費(fèi)管理。

    4.制定統(tǒng)一的垃圾無害化處理標(biāo)準(zhǔn)。目前,我國各城市的垃圾處理設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和工藝流程均是根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?cái)力、技術(shù)水平與現(xiàn)有設(shè)施而自行確定的。當(dāng)?shù)丨h(huán)衛(wèi)部門在環(huán)保監(jiān)督方面受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、技術(shù)制約,對(duì)垃圾處理監(jiān)管不力的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生;另一方面,主管部門缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范,監(jiān)督各城市垃圾處理設(shè)施,致使目前我國各城市的垃圾處理水平參差不齊,有相當(dāng)一部分垃圾處理達(dá)不到無害化,因此制定統(tǒng)一的垃圾無害化處理標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)監(jiān)督管理勢(shì)在必行。

    通過對(duì)不同類別城市垃圾處理及利用方法和現(xiàn)狀的探討,可以看出城市廢棄物的處理方式多種多樣。在方法的選取中,我們應(yīng)秉承減量化、再利用、再循環(huán)和無害化的原則,合理利用不同的處理方法和技術(shù),實(shí)現(xiàn)城市垃圾資源化回收。目前,我國已制定了一系列環(huán)保法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和配套的技術(shù)政策,但還需給予優(yōu)惠的產(chǎn)業(yè)政策,大力扶持我國的新興垃圾處理產(chǎn)業(yè)。垃圾處理產(chǎn)業(yè)應(yīng)積極開拓多種融資渠道,解決資金短缺問題;運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的、多元化的經(jīng)營方式與經(jīng)營手段,提高自身生存能力和盈利能力,創(chuàng)造良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益和巨大的經(jīng)濟(jì)效益,使垃圾處理產(chǎn)業(yè)向健康的可持續(xù)的方向發(fā)展。

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