摘要:介绍了垃圾焚烧与污染控制技术及在国内的应用状况,对北京市垃圾焚烧处理发展进行了探讨,提出北京市垃圾处理应该填埋和焚烧相结合。根据北京市生活垃圾产量、增长率、现有填埋场使用寿命等因素预测,北京应该在未来建成3～4 座1 000 t/ d 处理规模的垃圾焚烧厂。还对北京市垃圾焚烧发展规划和保障机制进行了探讨。

　　关键词: 生活垃圾;焚烧;填埋

　　

　　1 北京市发展垃圾焚烧的必要性

　　目前北京市生活垃圾85 %以上采用填埋方式处理,堆肥和焚烧处理所占比例很少。2001 年垃圾无害化处理率达到了85. 1 % ,主要是通过卫生填埋。如果按照目前的85 %以上生活垃圾采用填埋方式处理,到2008 年,北京现有填埋场大部分将接近饱和。这些填埋场主要处理北京市城区的生活垃圾,占北京市生活垃圾产量的70 %以上,届时必须扩建和新建一批大型垃圾填埋场,而在城市周边再寻找合适的填埋用地是非常困难的。因此,这种垃圾处理模式必须进行调整和优化。

　　根据发达国家垃圾处理所走过的道路,单纯地采用某种技术或割裂开来使用某种技术都很难达到预期目标,应该走垃圾分类回收利用(包括堆肥) →垃圾焚烧(回收热量) →填埋这种综合处理的道路[1 ] 。因此,北京市生活垃圾处理除了减小垃圾源头产生、提高垃圾分类回收再循环利用比例外,采用减量程度高的焚烧处理方式将是北京市生活垃圾处理的有效途径。事实上北京市在“九五”期间建设垃圾卫生填埋场的同时,也在规划和筹建现代化的垃圾焚烧厂,由于北京市对生活垃圾焚烧处理认识不足,缺少总体发展规划,使得垃圾焚烧厂的建设数量、处理规模、建设地点、技术选择、热能利用方式、资金筹措、运行管理等诸方面确定和落实较为困难。本文结合垃圾焚烧的技术特性和国内发展现状,对北京市垃圾焚烧处理发展进行探讨。

　　

　　2 垃圾焚烧处理的优缺点

　　焚烧是对垃圾进行高温热化学处理的一种技术,焚烧炉内垃圾中的可燃组分与空气中的氧气在800～1 000 ℃的高温下燃烧,转化为气体和性质稳定的残渣,并释放出热量。燃烧产生的热量可回收利用,残渣经处理后进行填埋。垃圾焚烧处理的优点: ①减容效果好。可以使城市垃圾体积减少80 %～90 %。②消毒彻底。能彻底杀灭病原菌,并使垃圾中的有害成分得到完全分解。③后续处置对环境影响小。焚烧后的残渣有机物含量一般小于5 % ,填埋要求低。④可以实现资源回收利用。垃圾焚烧产生的热量可用于发电和供热[1 ] 。

　　垃圾焚烧虽然有上述优点,但也存在一些缺点:①设施一次性投资大。②对垃圾热值有一定的要求。③对焚烧产生的烟气处理需要花费较大的代价,特别是飞灰中含有重金属和二恶英类有害物质,需要特殊处理以防止对地表和地下水产生污染。

　　3 垃圾焚烧与污染控制技术

　　3. 1 垃圾焚烧技术

　　目前世界上应用于焚烧固体废物的各种类型焚烧炉达几十种,按燃烧反应过程可分为直接焚烧和热解气化焚烧;按燃料运动和气固混合方式可分为机械炉排炉、回转窑炉和流化床炉等。目前处理生活垃圾应用最广的为直接焚烧的机械炉排炉,其次为直接焚烧的流化床炉。近年来,垃圾热解汽化技术发展较快,特别是热解气化高温焚烧技术,飞灰以熔融状态排出,可彻底破坏二恶英,并将重金属固化在玻璃化体的渣内,有效地防止其迁移。

　　从目前的垃圾焚烧技术应用情况看,混合垃圾直接焚烧多采用机械炉排炉,垃圾经过分选和破碎系统处理后则采用流化床焚烧炉具有较大优点。此外,垃圾热值也对焚烧技术的选择有很大的影响。垃圾热值低采用机械炉排炉焚烧残渣不易烧透,助燃油消耗大运行成本高。流化床炉是在气流吹动沙床沸腾的情况下燃烧,即使低热值垃圾也能彻底燃烬。此外,流化床可以采用煤助燃,可降低成本。

　　3. 2 污染控制技术

　　垃圾焚烧产生的烟气中含有粉尘、二氧化硫、氯化氢、氟化氢、氮氧化物、重金属、二恶英和呋喃(PCDDs/ PCDFs) 等有害物质,必须通过充分燃烧和烟气净化去除。由于二恶英的某些特定的同分异构体对人体具有高毒性,垃圾焚烧又认为是主要产生源,因此,垃圾焚烧处理引起了许多争议。目前二恶英在焚烧过程的生成机理尚未完全清楚,当垃圾和空气充分混合燃烧,烟气在850 ℃以上停留时间大于2 s 时,能极大地减少二恶英在炉内生成,加之烟气冷却过程控制和尾部烟气净化,二恶英排放可以达到严格的排放标准。

　　目前成熟的垃圾焚烧烟气净化技术主要有干法加布袋除尘器、半干法加布袋除尘器和湿法三种,其中半干法加布袋除尘器技术经济性和污染物去除效果都较好,是目前垃圾焚烧烟气净化应用最广的技术。随着焚烧和污染控制技术的不断发展和提高,由焚烧产生的二恶英已经大幅度降低。1998 年日本向大气排出二恶英数量大幅度降低,达到2 900～2 940 g TEQ ,比1997 年降低了54 % ,其中焚烧炉排放的二恶英类减少了56 %。其它国家也走过了类似的道路,因此,国外发达国家控制二恶英不是简单关闭垃圾焚烧炉,而是利用技术进步和有效的管理达到对二恶英的有效控制。

　　4 国内垃圾焚烧技术发展和应用现状

　　垃圾采用焚烧处理必须具备一定的条件,如具有建立多年的成熟和健全的垃圾管理系统,垃圾热值必须达到一定的水平。我国生活垃圾焚烧处理工程技术规范结合我国实际情况提出,采用焚烧方法处理生活垃圾,低位热值应不小于5 000 kJ / kg[2 ] 。目前我国已经建成投入运行的大中型生活垃圾焚烧厂超过20 座,还有一批正在规划或建设中。从这些焚烧厂的运行情况看:

　　(1) 已建成的焚烧厂大部分采用机械炉排炉,其次为流化床焚烧炉。采用机械炉排炉如果垃圾渗沥液不能很好地排出,焚烧炉炉膛燃烧温度很难达到850 ℃以上,必须采用喷油助燃或掺入一定数量热值高的工业垃圾,因此,垃圾贮存坑设计必须有良好的渗沥液排出系统,使水分降低后再入炉焚烧。流化床焚烧炉由于可以采用煤助燃,因此,掺烧一定量的煤既能使燃烧温度始终稳定在850 ℃以上,又具有较好的经济性。(2) 从烟气排放监测结果看,已投运的大型炉排炉和流化床焚烧炉结合半干法和布袋除尘技术,都能达到我国现行的生活垃圾焚烧污染控制标准,主要指标达到欧盟标准,但小型焚烧炉很难达到污染控制标准。(3) 采用炉排炉垃圾在燃烧过程翻动不彻底时,有时会有部分未燃烬的垃圾排出。流化床焚烧炉垃圾是在强烈的气固搅拌下燃烧,所以燃烬彻底,残渣热灼减率小于1 %。

　　5 北京市发展垃圾焚烧的有利条件

　　北京市城区和近郊区的生活垃圾平均热值已经超过5 000 kJ / kg ,并随着居民生活水平和消费水平的不断提高,城市集中供热及煤气和天然气使用的普及,垃圾中纸张和塑料类包装物增多、灰土减少、可燃成分增加,热值还在不断提高。

　　北京市建有多座现代化垃圾转运站和分选线,如德国政府赠款建设的小武基和马家楼转运站等,为垃圾焚烧和资源综合利用提供了有利条件。

　　6 北京市垃圾焚烧处理比例

　　生活垃圾处理以何种方式为主,必须结合土地资源、人口密度、经济和技术发展水平等众多因素选择。日本、丹麦和法国垃圾焚烧比例分别占78 %、71 %和42 % ,美国、加拿大和英国焚烧比例分别为19 %、8 %和13 %。可以看到,在土地资源丰富的国家,以填埋法为主,土地资源紧缺的国家地区,焚烧法占有较高比例,成为处理城市垃圾的主要手段。

　　根据北京市生活垃圾产量、增长率、现有填埋场使用寿命等因素预测,北京在未来分阶段建成3～4座1 000 t/ d 处理规模的垃圾焚烧厂是较为合理的,可处理近一半的生活垃圾,将有效降低垃圾填埋的土地占用,大幅度提高垃圾减量化、无害化和资源化率。这些焚烧厂如全部建成,每年可减少垃圾填埋量超过140 万t ,年发电量可达4. 5 亿kW·h 。垃圾焚烧后的残渣有机物含量小于5 % ,填埋处理不需使用覆土,填埋场负荷可进一步减小。因此,垃圾采用焚烧处理,对资源回收、减小垃圾填埋的负荷和填埋场环境污染具有显著效益。

　　7 制定完善的垃圾焚烧发展规划和保障机制

　　7. 1 垃圾焚烧厂厂址、建设规模和进程规划

　　由于过去城市发展规划中基本上未考虑预留焚烧厂建厂厂址,因此,焚烧厂厂址的选择面临许多困难,但如果现在仍不着手规划,未来厂址的选择会更加困难。因此,规划应该明确焚烧厂建设数量、建设规模、建设地点和分批分期的建设时间。

　　7. 2 完善垃圾分类收集和清运系统

　　北京市城区的生活垃圾热值从燃烧的技术经济性分析仍然偏低,应该加强垃圾分类收集和清运,完善配套系统和设施建设,提高垃圾的热值。

　　7. 3 建立完善的投资建设、营运管理和回报机制

　　根据国内焚烧厂建设经验,如果北京市未来垃圾焚烧处理量达到4 000 t/ d ,关键设备采用国外技术国内制造,建设总投资为14～16 亿元人民币,如果采用国外技术和主要设备,建设总投资为24～26亿元人民币,需要巨大的资金投入,仅靠各级政府财力远远不够。应该尽快落实国家《关于推进城市污水、垃圾处理产业化发展的意见》,加快垃圾处理项目建设、运营的市场化改革,鼓励各类所有制经济积极参与投资和经营。

　　目前正在筹建的朝阳区高安屯垃圾焚烧发电厂是北京市第一座现代化大型垃圾焚烧发电厂,该项目采用BOT 模式,是北京市垃圾处理产业化发展的很好尝试,应该结合该项目实施,探索和建立完善的垃圾收费和投资回报政策及运营监督机制。