一種以"生活垃圾為能源"的生態(tài)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

王楚玥 邵宗定 邱雨 方軍

摘 要：本文從生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目概念和背景出發(fā)，系統(tǒng)闡述了以垃圾為能源的項(xiàng)目原理、所運(yùn)用科學(xué)知識(shí)以及相應(yīng)解決的問(wèn)題，體現(xiàn)了項(xiàng)目蘊(yùn)含的生態(tài)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)，并對(duì)項(xiàng)目前景和發(fā)展做出展望。

一、引言

（一）海島生活垃圾的現(xiàn)狀與問(wèn)題所在

《2014年中國(guó)海洋環(huán)境狀況公報(bào)》指出我國(guó)近海的海洋垃圾絕大部分是塑料。國(guó)家海洋局在37個(gè)區(qū)域開(kāi)展了海洋垃圾監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括海面漂浮垃圾、海灘垃圾和海底垃圾的種類、數(shù)量和來(lái)源。海面漂浮垃圾主要為聚苯乙烯泡沫塑料碎片、塑料袋和塑料瓶等。大塊和特大塊漂浮垃圾平均個(gè)數(shù)為30個(gè)/平方公里；中塊和小塊漂浮垃圾平均個(gè)數(shù)為2206個(gè)/平方公里，平均密度為20千克/平方公里。聚苯乙烯泡沫塑料類垃圾數(shù)量最多，占46%，其次為泡沫塑料以外的塑料物體，占31%。也就是說(shuō)，塑料總共占77%。91%的海面漂浮垃圾來(lái)源于陸地，9%來(lái)源于海上活動(dòng)。

由于海島是海洋的重要組成部分，構(gòu)成了海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要一環(huán)。海島自然生態(tài)環(huán)境較為脆弱，生活垃圾如果不能得到妥善處理，必將對(duì)海島周邊海域環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。例如長(zhǎng)山群島島嶼眾多，整個(gè)長(zhǎng)?？h共由195個(gè)島嶼組成。各島嶼之間分散、運(yùn)程遠(yuǎn)的現(xiàn)狀，使海島垃圾很難像陸地那樣進(jìn)行大規(guī)模集中處理，因此海島的垃圾處理應(yīng)該如何因地制宜值得探討。

（二）新型垃圾處理方法研究?jī)r(jià)值

海島與陸地環(huán)境不同，因地制宜處理垃圾，目前最切實(shí)有效的方法就是通過(guò)垃圾分類實(shí)現(xiàn)垃圾減量。因地制宜處理海島垃圾最理想的狀態(tài)就是實(shí)現(xiàn)垃圾自產(chǎn)自消，盡可能降低外運(yùn)成本。

對(duì)海島長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。進(jìn)一步加大垃圾分類管控工作的推進(jìn)力度，最大限度地減少垃圾處置量，實(shí)現(xiàn)垃圾資源利用。比如惰性垃圾可用于建筑工地回填，可燃垃圾可以熱解焚燒，海島垃圾中數(shù)量最多的貝殼類垃圾則可人工造礁，用于海洋生態(tài)環(huán)境恢復(fù)等。

二、智慧城市路燈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景

據(jù)合眾國(guó)際社報(bào)道，美國(guó)城市每天丟棄的生活垃圾約50萬(wàn)噸，平均每人3.6磅。傳統(tǒng)的處理辦法就是把垃圾運(yùn)往城郊的垃圾消納場(chǎng)傾倒填埋。經(jīng)研究證實(shí)，填埋垃圾中有很多化學(xué)物質(zhì)會(huì)污染地下水源，造成水源公害。一種以垃圾為能源的生態(tài)系統(tǒng)就可以解決任何地方的集中垃圾，不僅可以解決像美國(guó)城市中的巨量垃圾，更能解決諸如中國(guó)南海島嶼上的居民生活垃圾。垃圾運(yùn)輸?shù)较到y(tǒng)中進(jìn)行焚燒，不僅操作十分簡(jiǎn)單、而且資源得到再利用，符合可持續(xù)發(fā)展的客觀理念。

（二）系統(tǒng)功能介紹（分功能模塊）

1.垃圾甄別與傳送

在垃圾入口處，生態(tài)系統(tǒng)將在登陸甲板上設(shè)置安裝紅外傳感器等機(jī)器對(duì)垃圾進(jìn)行甄別，以區(qū)別垃圾是否符合燃燒的條件。如果垃圾符合條件，將會(huì)被垃圾入口處的傳送帶送往下一個(gè)環(huán)節(jié)。如果不符合條件將不會(huì)送往下一段裝置。

經(jīng)過(guò)篩選的生活垃圾將會(huì)被傳送帶傳送到下一階段的關(guān)卡處。

傳送帶的末端是由液壓桿和焚燒室門組成的關(guān)卡。液壓桿在存在垃圾需要進(jìn)入焚燒爐的情況下打開(kāi)焚燒爐門，也會(huì)在垃圾投放完畢后關(guān)閉焚燒爐門，以構(gòu)建良好的焚燒條件。

2.焚燒室

焚燒爐內(nèi)配備熱力發(fā)電機(jī)，熱力發(fā)電機(jī)將會(huì)把垃圾焚燒時(shí)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能并存儲(chǔ)在電池箱中。

焚燒室外層頂部裝有四個(gè)大型工業(yè)風(fēng)扇，它們分為兩組。A組作為單向近期風(fēng)扇，將新鮮空氣注入焚燒室，以保證垃圾焚燒時(shí)所需的足量氧氣。B組風(fēng)扇設(shè)置在焚燒室的外層頂部，并作為垃圾焚燒產(chǎn)生的煙霧的排放裝置，該組風(fēng)扇將連接整體系統(tǒng)中的水循環(huán)系統(tǒng)，用流動(dòng)水吸收焚燒廢氣中的雜質(zhì)，過(guò)濾焚燒尾氣，以防止污染空氣。

3.廢渣改造

焚燒室出口處特設(shè)廢渣改造裝置，將經(jīng)過(guò)高溫煅燒的垃圾廢渣改造為電磚和填海材料，為建筑行業(yè)和填海工程事業(yè)提供原材料。

4.控制室機(jī)房

控制室內(nèi)裝有整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的總控制機(jī)房。

其中機(jī)房分為傳送帶及其焚燒室門控制系統(tǒng)、焚燒室控制系統(tǒng)、工業(yè)風(fēng)扇控制系統(tǒng)、水泵控制系統(tǒng)、生活區(qū)控制系統(tǒng)等。所有相關(guān)系統(tǒng)以模塊化的方式安置在控制室內(nèi)，便于生態(tài)系統(tǒng)上工作人員管理與維修。

5.生活區(qū)

生態(tài)系統(tǒng)的生活區(qū)將致力于照顧生態(tài)系統(tǒng)日常運(yùn)維的工作人員的基本生活。

6.駕駛室

駕駛室將用于人工或智能無(wú)人控制生態(tài)系統(tǒng)在國(guó)際間的航行。

7.電池室

電池室將安置項(xiàng)目組研發(fā)的新型電池，電池主要功能是存儲(chǔ)垃圾燃燒后經(jīng)由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能。電能將用于為海島和是生態(tài)系統(tǒng)自身服務(wù)。

8.水循環(huán)與水凈化

水循環(huán)系統(tǒng)是整體生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)分支，其主要作用是輔助垃圾焚燒。

海水和污水凈化系統(tǒng)是整體生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)分支，其主要作用幫助島嶼居民提供淡水支援和生態(tài)系統(tǒng)船員的基本生活需要。

（三）生態(tài)系統(tǒng)特色及設(shè)計(jì)理念

1.環(huán)保創(chuàng)新理念世界首創(chuàng)

目前在全球范圍內(nèi)暫無(wú)科研人員或者民間發(fā)明家提出“以垃圾為能源”的生態(tài)系統(tǒng)概念。所以生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)保理念為世界首創(chuàng)。

2.節(jié)能減排廢物利用

生態(tài)系統(tǒng)幾乎所有能源供給均來(lái)源于生活垃圾，原本海島上的生活垃圾對(duì)于海島不僅是占地方的廢物還是污染環(huán)境的污染源。但是經(jīng)過(guò)生態(tài)系統(tǒng)處理盡可以轉(zhuǎn)化為電能、建筑材料等可以供人們生活實(shí)用的可利用能源。達(dá)到節(jié)能減排廢物利用的生態(tài)效果。

3.技術(shù)整合功能齊全

生態(tài)系統(tǒng)是一些生態(tài)凈化系統(tǒng)的載體，它為各個(gè)系統(tǒng)提供了運(yùn)作和整合的場(chǎng)所，為技術(shù)整合提供物理基礎(chǔ)。項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)環(huán)相扣，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間相互配合，形成功能齊全的生態(tài)系統(tǒng)閉環(huán)。

（四）生態(tài)系統(tǒng)效應(yīng)

1.環(huán)保效應(yīng)

生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目提供的服務(wù)將為區(qū)域環(huán)保事業(yè)做出卓越貢獻(xiàn)。區(qū)域合作海島將會(huì)在生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目的幫助下發(fā)展當(dāng)?shù)丨h(huán)保事業(yè)，為當(dāng)?shù)厣罾幚硖峁?shí)用化、無(wú)害化、無(wú)占地化處理解決方法，助推合作海島區(qū)域環(huán)保行業(yè)的迅猛發(fā)展。

2.社會(huì)效應(yīng)

生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目代表的環(huán)保行業(yè)為項(xiàng)目主導(dǎo)行業(yè)。在所在環(huán)保行業(yè)形成規(guī)模后，隨著會(huì)形成旁側(cè)效應(yīng)和前向效應(yīng)，即主導(dǎo)的環(huán)保行業(yè)的高速增長(zhǎng)，帶動(dòng)環(huán)保行業(yè)涉及的各種要素投入，從而刺激各種要素所在的相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，并誘發(fā)新的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)或派生新的產(chǎn)業(yè)部門，甚至為下一個(gè)重要的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)建立起新的平臺(tái)。

3.經(jīng)濟(jì)效應(yīng)

生態(tài)系統(tǒng)項(xiàng)目的興起將會(huì)帶動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，例如船舶業(yè)、機(jī)械、建材、電力、通訊、等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。再以上行業(yè)的發(fā)展中，必然帶動(dòng)合作區(qū)域內(nèi)的行業(yè)經(jīng)濟(jì)量與質(zhì)的發(fā)展。

三、生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用可行性

該裝置名稱為“一種以垃圾為能源的生態(tài)系統(tǒng)”，顧名思義，該裝置的能源幾乎百分百來(lái)自人類產(chǎn)生的各種生活垃圾。生態(tài)系統(tǒng)整體造型為登陸艇為原型，并結(jié)合帆船等船的生活特點(diǎn)，巧妙地將科技型與生活性融合在一起，達(dá)到一生態(tài)船為一生態(tài)處理系統(tǒng)，一海島為一服務(wù)對(duì)象，多島與生態(tài)船為生態(tài)體系的效果。可以使生態(tài)船獨(dú)立在國(guó)際海域間續(xù)航生存，為國(guó)際間海島國(guó)家、海島地區(qū)、海島地域等場(chǎng)景的生活垃圾進(jìn)行處理、利用與再加工。

四、前景與展望

本生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用可以解決目前各個(gè)海島大量的生活垃圾，打破了各島嶼之間分散、運(yùn)程遠(yuǎn)的現(xiàn)狀屏障，解放了大量人力物力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。研究在當(dāng)今的海洋治理背景下，生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用以及其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)分析，為往后生態(tài)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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[3]合眾國(guó)際社