幾種生活垃圾處理技術與節(jié)能減排
目前，資源節(jié)約已經成為我國的一項基本國策，建設資源節(jié)約型社會已被提到了經濟發(fā)展、社會和諧的高度。隨著《京都議定書》作為國際法的生效，我國在第二階段也將面臨CO2、CH4減排的壓力，因此研究城市生活垃圾的處理必須實行資源節(jié)約、節(jié)能減排。2007年上海市人民政府頒布了《上海市節(jié)能減排工作實施方案》，提出了上海發(fā)展循環(huán)經濟和節(jié)能降耗工作的主要指標，其中與生活垃圾處理有關的指標主要包括：單位生產總值綜合能耗由2005年的0.88噸標煤/萬元下降到2010年的0.70噸標煤/萬元，即要下降20.45%；同期燃煤電廠脫硫率要由8%上升到95%以上[1]，減少二氧化硫氣體的排放；生活垃圾無害化處理率和資源化利用率分別應由2005年的38%、26%提高到80%、50%以上。
一、垃圾處理對節(jié)能減排的主要影響途徑分析
從垃圾處理的過程和特點來看，其對節(jié)能減排的影響主要有兩個主要途徑：一是直接途徑，即通過生活垃圾處理和資源利用的多少影響生活垃圾無害化處理率與資源利用率；二是間接途徑，即在垃圾處理過程中通過資源利用程度的增減與效率高低，來影響其他產業(yè)的節(jié)能減排，實現(xiàn)總體節(jié)能減排指標。
1.對生活垃圾無害化處理指標的直接影響
生活垃圾若不能得到妥善的無害化處理，則會在自然或簡易堆放的過程中通過各類氣體散發(fā)、滲瀝液排放等途徑污染城市及周邊的空氣、水體和景觀，因此城市生活垃圾無害化處理率被列為上海市節(jié)能減排重要指標之一。通過興建各種符合環(huán)境污染控制標準的生活垃圾處理設施，提高城市垃圾無害化處理能力，提高城市節(jié)能減排水平。
2．對COD指標的直接影響
據(jù)上海市對生活垃圾成分測定和分析，目前上海生活垃圾含水率高達60%左右[2]，在處理過程中會產生不同量的滲瀝液，且滲瀝液中含有大量的COD，會對水體形成污染。焚燒處理工藝在垃圾坑中停留一周左右的時間內會產生約10%—20%左右的滲瀝液，CODCr測定濃度達到40000—80000mg/L[3]；填埋場滲瀝液濃度約達50000—70000mg/L[4]；根據(jù)上海正在建設中的普陀區(qū)綜合處理廠技術工藝測試，生化處理（厭氧）的滲瀝液CODCr濃度約達30000—50000mg/L。若這些滲瀝液直接排放則會直接影響城市水體COD的總體容量。
3．對SO2減排指標的直接影響
目前生活垃圾處理的技術主要有焚燒、堆肥（生化處理）、填埋及由這三種技術組合而成的綜合處理技術。從各種技術特點來看，都有部分或少量的SO2氣體排放。焚燒發(fā)電的尾氣中含有SO2氣體；填埋氣在火炬燃燒過程中會釋放少量的SO2氣體，生化處理技術在厭氧或耗氧發(fā)酵過程中產生的沼氣若用來燃燒發(fā)電也會產生少量的SO2。
4．對城市單位生產總值綜合能耗指標的間接影響
生活垃圾通過焚燒或沼氣發(fā)電上網，為城市經濟發(fā)展提供不同于普通煤電的電力能源支持，從而削減煤電產生過程中的SO2氣體排放，也可以為本市能源消耗的持續(xù)增長和以煤炭為主的能源消費結構拓寬發(fā)展空間，從而為本市單位生產總值綜合能耗指標提供煤電以外的能源支持。
5．對城市生產總值的間接影響
CO2減排是《京都議定書》確定的重要內容之一，近些年國際上在CDM機制下成立了各類碳基金組織，經手大宗溫室氣體減排購買交易。垃圾處理過程中尤其是填埋場會產生大量的CH4氣體，其溫室效應是CO2的24倍以上[4]，如果有效控制垃圾填埋場CH4排放，則可通過碳基金的CDM機制促進城市經濟發(fā)展，提高城市總體生產總值，從而間接降低本市單位生產總值綜合能耗指標。
二、上海市生活垃圾處理技術現(xiàn)狀
2006、2007年上海生活垃圾總體清運量為658萬噸和702萬噸。近幾年為適應城市國際化發(fā)展要求，快速提高上海城市生活垃圾無害化處理能力，上海建成了江橋和御橋兩座生活垃圾焚燒廠，以及老港衛(wèi)生填埋場、美商生活垃圾綜合處理廠、嘉定生活垃圾綜合處理廠等幾個大型生活垃圾處理廠。目前還在積極興建普陀綜合處理廠。綜合來看，上海目前具備了焚燒（熱能利用）、填埋、生化（堆肥）、綜合處理等各類技術。但由于美商處理廠未采用沼氣利用，對本市正在積極建設的一批新的垃圾綜合處理廠來說，不具典型性，因此本文重點選取了江橋、御橋兩個焚燒廠、老港填埋場以及正在建設過程中的普陀生活垃圾綜合處理廠作為主要分析和評價對象。
1．江橋生活垃圾焚燒廠
上海江橋生活垃圾焚燒廠始建于1999年，并于2003年底投入試運行。全廠設計處理量為1500噸/日，并采用三爐兩機進行焚燒和發(fā)電。投產以來，2006、2007年江橋焚燒廠日均處理生活垃圾為1816和1745噸，除自用電以外年均上網發(fā)電1.4億KWh，日均產生滲瀝液約350噸左右。
2．御橋生活垃圾焚燒廠
御橋生活垃圾焚燒廠始建于1998年，并于2002年投入試運行，設計處理能力1000t/d，采用三爐兩機進行生產。投產以來，2006、2007年度年實際日均處理生活垃圾為1196t、1219t，除自用電外，年上網電量達1.1億KWh以上，日均產生滲瀝液240噸左右。
3．老港生活垃圾綜合處理廠
老港生活垃圾填埋場共分為四期和一二三期兩個部分，目前主要依靠老港四期垃圾填埋場處理上海的生活垃圾，2006年老港四期填埋場共填埋上海生活垃圾178.84萬噸，日均處理4900噸；2007年共填埋垃圾229.45萬噸，日均接納處理6286噸。根據(jù)老港四期填埋場填埋氣回收發(fā)電工程的預可報告，老港場填埋氣產量按照G=L（1-10-Kt）經驗公式（G代表最大可能產氣量，G表示t時間內的總產氣量，K表示產氣速率常數(shù)，t=5，按前5年產氣量達總產氣量80%）規(guī)律遞減；按2006、2007年填埋量均為6000噸/日，假定老港四期垃圾填埋場單位垃圾產生填埋氣總量約為96m3/t，填埋氣收集率按65%計算，對老港四期垃圾填埋量和填埋氣收集做出的預測為：2009-2015年間預計產生可收集的沼氣量為95495、170266、178913、177245、181726、183623、185061m3/d；另外老場還繼續(xù)接納部分垃圾以及原有填埋垃圾會繼續(xù)產生填埋氣，2009-2015年間預計繼續(xù)產生可收集填埋氣為30064、21773、11352、7610、4453、2939m3/d。
4．普陀生活垃圾綜合處理廠
普陀生活垃圾綜合處理廠在2008年還處于建設階段，預計到年底將會建成并投入試運行。日設計處理能力800噸，經過處理后日均約產生殘渣96.9噸、廢水360噸。這個廠采用厭氧消化反應技術，普通生活垃圾與餐飲垃圾經過簡單分選后，在物料反應器內經過約20天（反應溫度約為55℃）的停留時間，預計日產生物沼氣70535Nm3，年產電111MWh，除自用電外，可供上網發(fā)電量為46160MWh/a，即年上網發(fā)電量為0.46億度。
三、垃圾處理對城市節(jié)能減排的影響分析與比較
從生活垃圾處理影響城市節(jié)能減排的途徑，結合上海生活垃圾處理現(xiàn)狀，考慮到正在新建以及規(guī)劃建設的處理廠，都能符合相關污染控制標準，也就是說從生活垃圾處理本身的環(huán)境影響范疇來分析，不會增加城市環(huán)境容量負擔；另外城市污水的COD污染減排和空氣SO2減排都僅計算增量部分，目前垃圾處理部分的滲瀝液和尾氣都未計入減排范疇，因此該部分也可不計入上海節(jié)能減排指標范疇。因此本文重點從如下角度研究主要垃圾處理廠對城市節(jié)能減排指標的影響。
表1：上海主要垃圾處理廠對城市節(jié)能減排的影響比較對照表 |
注：1：CH4減排計算標準為每噸CH4的價格為5歐元，合人民幣50元，沼氣中CH4濃度為55%。減排量計算方法采用被批準的CDM基準線研究方法學acm0001[7]。
2：標煤消耗量按1度電消耗0.36kg標準煤計算。
3：資源化利用按廣義計算，即包括物質回收、物質轉換和能量轉換。噸平均資源化貢獻系數(shù)含義為各處理廠參與資源化利用的垃圾量與進廠總量之比。兩焚燒廠按殘渣量18%、滲瀝液15%計算。
4：基于焚燒發(fā)電減少垃圾填埋沼氣釋放理論，垃圾發(fā)電也可參加CDM項目申請。
由上述表格可以看出：不同工藝的垃圾處理，對節(jié)能減排個體和總體指標的影響是不同的。主要如下：
 圖1：噸平均垃圾處理對發(fā)電煤耗減少量 |
1.對單位生產總值的能耗指標貢獻不同。在利用過程中，相對來說焚燒發(fā)電技術的發(fā)電效率相對較高，對城市綠色電力的支持較高，噸平均發(fā)電對標煤的減少量焚燒發(fā)電可達0.09t，即焚燒處理1噸生活垃圾可節(jié)約0.09噸的標準煤，而填埋處理過程中的填埋氣利用發(fā)電則相對效率較低，即使加入了往年老港一、二、三期的沼氣利用（約占四期預測年均產生量的1/10）也只能達到0.05，比焚燒效率要低45%。
 圖2：噸平均垃圾處理的資源化貢獻系數(shù) |
2.對生活垃圾資源化利用指標的影響。由于焚燒發(fā)電技術、填埋氣利用技術、厭氧消化利用技術在處理過程中，江橋、御橋焚燒廠除垃圾滲瀝液、殘渣、廢灰外均實現(xiàn)了能量轉換；普陀生活垃圾綜合處理廠除沼氣利用和部分腐殖土外，產生了大量廢渣和廢液；老港填埋場僅少量的沼氣得到了利用，因此，在資源化利用貢獻系數(shù)上，每處理1噸垃圾，各處理場對于資源化利用率的系數(shù)是不同的：兩座焚燒廠約相當于利用了0.66噸，而普陀綜合利用處理廠和老港垃圾填埋廠則只能計算相當于將0.43和0.06噸的生活垃圾進行了資源利用。
 圖3：噸平均垃圾處理理論獲得減排資金量（元/t） |
3.對城市生產總值的可能影響。由于CDM減排機制應用和實現(xiàn)的可能，目前國內已有幾個垃圾沼氣利用技術取得了CDM許可的減碳基金的支持，并獲得了一定的經濟效益。這種經濟效益在生產過程中無須使用外來能耗輔助，有助于降低全市的單位生產總值能耗指標。從表中看來，各類技術從CDM機制中獲得經濟效益的比例是不同的：其中普陀生活垃圾綜合處理廠由于厭氧消化技術產氣效率和收集效率較高，約可獲得57元/噸的補貼；而老港填埋場合并計入老廠部分的沼氣利用（約占新廠部分填埋氣的1/10）可獲得約17元/噸的補貼；而焚燒發(fā)電根據(jù)目前國內正在進行的研究[8]，也有可能獲得約等額于填埋場的沼氣利用的CDM機制的支持。
四、結論：
綜合上述上海各處理廠運行實踐以及老港填埋場沼氣利用工程及普陀生化處理廠建設的可行性研究數(shù)據(jù)來看，城市生活垃圾處理除通過廢棄物自身無害化、資源化處置影響城市節(jié)能減排指標外，同時通過各種途徑傳遞著節(jié)能減排的各類指標的間接影響。綜合兩方面影響來看，本文認為生活垃圾焚燒發(fā)電技術比其他兩類技術對節(jié)能減排的積極貢獻率更高。
參考文獻：
[1]上海市人民政府，《上海市節(jié)能減排工作實施方案》滬府發(fā)（2007）25號。
[2]雷陽明等,上海市生活垃圾含水量調查和處理對策分析，環(huán)境衛(wèi)生工程，2005，13(1)。
[3]何品晶等，生活垃圾焚燒廠貯坑瀝濾液的污染與可處理特性，環(huán)境科學研究，2006,19（2）。
[4]王羅春等，城市垃圾填埋場滲瀝液特性及其處理，污染防治技術，1998，11（2）。
[5]馬曉鐘等，堅持自主知識產權，鋪設煤礦瓦斯“零排放”之路，中國科技成果，2007，20。
[6]葉傳澤，上海第一座垃圾焚燒廠——浦東新區(qū)生活垃圾焚燒廠處理工藝，上海建設科技，1999，20（3）。
[7]ApprovedBaselineandMonitoringMethodologies.http:PPcdm.unfccc.int.
[8]胡秀蓮等，城市生活垃圾焚燒發(fā)電CDM項目案例分析，《中國能源》2002，14（7）21-27。
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