武建業(yè)

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

1 城市生活垃圾的處置方式[1-2]

城市生活垃圾的處置是指利用填埋、焚燒、降解等手段，將其快捷、高效、無公害的分類處置，最終實(shí)現(xiàn)“減量化、穩(wěn)定化、衛(wèi)生化、資源回收化”的目的。我國生活垃圾無害化處置主要包含以下常用方法：(1)衛(wèi)生填埋，由于其成本低得到了廣泛應(yīng)用；(2)堆肥，主要將有機(jī)物較多的垃圾破碎后做堆肥抑或發(fā)酵處理；(3)焚燒，利用高溫環(huán)境進(jìn)行熱分解、燃燒以及熔融等，實(shí)現(xiàn)減容，將廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)闅堅(jiān)蛘呷廴诠腆w物質(zhì)。焚燒廢棄物還可以用來發(fā)電；(4)回收，將生活垃圾中可以循環(huán)利用的廢紙、無公害塑料、玻璃、金屬等進(jìn)行分類處理回收再利用。以上四種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，綜合比較詳見表1。就垃圾處理方式而言，城市生活垃圾焚燒處理優(yōu)點(diǎn)明顯，已經(jīng)成為不少城市解決垃圾問題的重要方案。

表1 主要垃圾處理處置方式的比較

2 國內(nèi)外發(fā)展情況

2.1 國外垃圾焚燒現(xiàn)狀

生活垃圾焚燒處理技術(shù)在國外已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，并且各個(gè)國家和地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用?？傮w來看，日本在城市生活垃圾處理方面，無論是數(shù)量還是質(zhì)量都領(lǐng)先于其他國家，早在1981年，就建立了一千多座垃圾焚燒處理廠，城市生活垃圾焚燒率超過80%；此外法國也建立了超過50座生活垃圾焚燒處理廠，每年可以焚燒250～300萬t生活垃圾。目前日本、新加坡等人口密度高、土地資源緊缺的國家，焚燒已經(jīng)成為固廢處理的主要方法，特別是在新加坡已完全采取垃圾焚燒處理 （見表2）。全世界共有生活垃圾焚燒廠超過2100座，年焚燒生活垃圾量約2.3億t，絕大部分分布于發(fā)達(dá)國家，其中生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目約1200個(gè)。按年處理量分析，2015年歐洲22個(gè)國家生活垃圾焚燒處理量約9000萬t，占全球生活垃圾焚燒量的40%，發(fā)達(dá)國家生活垃圾焚燒量最多的是日本、美國、德國，年焚燒量分別為 3490 萬 t、2700 萬 t、2500 萬 t。

表2 國外城市生活垃圾處理方法統(tǒng)計(jì)

2.2 國內(nèi)生活垃圾焚燒廠的發(fā)展[3-4]

“十二五”期間，我國城市生活垃圾焚燒行業(yè)迅速發(fā)展推進(jìn)，根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于加快推進(jìn)部分重點(diǎn)城市生活垃圾分類工作的通知》相關(guān)要求，垃圾焚燒廠的投運(yùn)數(shù)量逐年增加，2000年以前全國僅有2座垃圾焚燒發(fā)電廠，截至2017年底內(nèi)地建成并投入運(yùn)行的生活垃圾焚燒發(fā)電廠約303座、總處理能力為30.4萬t/d，總裝機(jī)約為6280MW。其中采用爐排爐的焚燒發(fā)電廠有220座，合計(jì)處理能力達(dá)到22.8萬t/d，裝機(jī)達(dá)到4380MW，約占無害化處理能力的50%，對(duì)生活垃圾的處置能力大幅提升。根據(jù)國內(nèi)目前情況，受經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響，生活垃圾焚燒發(fā)電廠主要分布在東南沿海地區(qū)，特別是江浙滬一帶的大城市周邊，其垃圾處理設(shè)施建設(shè)進(jìn)度遙遙領(lǐng)先。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，內(nèi)地也有越來越多的城市選擇建設(shè)生活垃圾焚燒發(fā)電廠，但總體進(jìn)展相比較沿海一帶較為緩慢。

如圖1所示，“十二五”期間，我國各大城市累計(jì)投運(yùn)生活垃圾焚燒設(shè)施129座，占總投運(yùn)數(shù)量的一半以上，2016年、2017年我國共投運(yùn)城市生活垃圾焚燒設(shè)施均超過50座，焚燒設(shè)施投運(yùn)速度非常快，焚燒處理已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他處理方式。近年垃圾焚燒廠投運(yùn)數(shù)量大幅增長，究其原因，主要有以下幾個(gè)方面：一是過去國內(nèi)生活垃圾的主要處理方式是填埋處理，而填埋對(duì)環(huán)境污染較大、占地較多，如今填埋處理達(dá)到困境，經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得土地資源漸少，埋填成本日益增加，迫使各地政府尋求減量化處置手段，垃圾焚燒技術(shù)比較符合這種要求；二是近年全球各個(gè)國家在垃圾焚燒行業(yè)設(shè)備、技術(shù)上投入的研發(fā)精力較多，經(jīng)過長期的研發(fā)，垃圾焚燒技術(shù)已經(jīng)日趨成熟；三是國家在綠色環(huán)保方面的各項(xiàng)政策對(duì)垃圾焚燒持支持態(tài)度；四是國家對(duì)環(huán)評(píng)審批的更加重視，以及對(duì)環(huán)評(píng)審批等各種程序的簡政措施使得流程更加便捷，較大程度上縮短了垃圾焚燒項(xiàng)目的工程建設(shè)周期；五是環(huán)衛(wèi)服務(wù)業(yè)市場化增長迅速，從政府主導(dǎo)到市場經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)、從政府購買服務(wù)到PPP模式服務(wù)，多種商業(yè)模式活躍在環(huán)衛(wèi)市場中，使得行業(yè)發(fā)展越來越快。

圖1 全國垃圾焚燒廠歷年投運(yùn)數(shù)量

3 焚燒爐及其工藝

垃圾焚燒爐的選型尤為關(guān)鍵，需要綜合考慮設(shè)備投資額、運(yùn)行費(fèi)用以及現(xiàn)有垃圾的種類。焚燒爐首先要能有效地應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的城市生活垃圾，其次設(shè)備價(jià)格和運(yùn)行費(fèi)用要經(jīng)濟(jì)合理，還要考慮到生活垃圾中能源和資源的回收利用價(jià)值，以及對(duì)環(huán)境的影響程度。垃圾的焚燒技術(shù)基于幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，目前能滿足環(huán)保性、適用性、經(jīng)濟(jì)型、可循環(huán)性的焚燒爐種類較多，按照其爐體構(gòu)成、傳熱方式、燃燒方式總體可歸納為3種類型：機(jī)械爐排型、流化床型和回轉(zhuǎn)窯型。

3.1 機(jī)械爐排爐焚燒爐[5-6]

爐排型焚燒爐核心在于機(jī)械爐排，其使用歷史悠久，經(jīng)過長期的研發(fā)和實(shí)際應(yīng)用使得技術(shù)成熟、品種繁多、運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)方面功能區(qū)較集中，占地小，熱效率高。一般爐排爐按照其各部分功能和燃燒程度的不同可分為3個(gè)區(qū)段：預(yù)熱段（干燥區(qū)）、燃燒區(qū)和燃燼區(qū)。分類堆放的生活垃圾在入料口推送器的推送下，先進(jìn)入干燥區(qū)，進(jìn)行預(yù)熱、干燥和氣化，預(yù)熱之后隨著爐排機(jī)械動(dòng)作，垃圾在爐排上往前移動(dòng)到燃燒區(qū)進(jìn)行充分焚燒，最后到燃燼區(qū)，進(jìn)行多次燃燒直至剩余難燃固體廢棄物為止，最終排出難燃廢渣。機(jī)械爐排按其機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式分為固定爐排、滑動(dòng)爐排和翻轉(zhuǎn)爐排，通過液壓連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行往復(fù)動(dòng)作，爐排之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使生活垃圾能夠在在爐體內(nèi)移動(dòng)、翻滾、前進(jìn)，保證其充分燃燒和廢棄物的順利排出。機(jī)械爐排型焚燒爐的優(yōu)點(diǎn)在于不需對(duì)進(jìn)爐垃圾作嚴(yán)格的預(yù)處理，在爐排移動(dòng)過程中對(duì)垃圾進(jìn)行切割、翻轉(zhuǎn)和攪拌，垃圾得以均勻混合，有利于著火和燃燒。生活垃圾焚燒全部活動(dòng)可以在爐排上進(jìn)行流水作業(yè)，故處理快捷、自動(dòng)化程度高。

3.2 流化床式焚燒爐[7-8]

流化床焚燒爐爐體通常是以耐火材料為襯里的容器，豎向布置，爐底設(shè)置多孔分布板，生活垃圾從流化床上部或側(cè)部送入爐內(nèi)，并伴有惰性顆粒物（一般可采用硅砂）作為流化載體，以一定比例同時(shí)進(jìn)入爐體，空氣由焚燒爐底部的通風(fēng)裝置進(jìn)入爐內(nèi)，垂直上升的氣流吹動(dòng)爐內(nèi)的混合顆粒物，發(fā)生激烈的翻騰燃燒和不斷的循環(huán)流動(dòng)，具有流體的特性。流化床焚燒爐具有固體廢物焚燒率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬、污染物排放少、熱強(qiáng)度高、適合燃燒低熱值物料等優(yōu)點(diǎn)，在中小城鎮(zhèn)有較大的發(fā)展前景，尤其對(duì)于熱值相對(duì)偏低的垃圾的焚燒。但是，因生活垃圾在燃燒過程中會(huì)發(fā)生激烈翻騰和循環(huán)流動(dòng)，對(duì)其粒度和密度的要求較高，故需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的粉碎、攪拌等預(yù)處理，保證較小的差異性。這樣使得生活垃圾進(jìn)入流化床式焚燒爐之前的預(yù)處理步驟較為繁瑣，增加了時(shí)間、空間和經(jīng)濟(jì)成本，很大程度上影響了其發(fā)展和使用。

3.3 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐[9-10]

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是指在鋼板制的圓筒狀本體內(nèi)部設(shè)置了耐火材料襯爐的焚燒爐，其結(jié)構(gòu)組成從前往后通常包括生活垃圾堆放區(qū)、垃圾進(jìn)料口、焚燒爐爐體、熱能回收裝置、二次燃燒室、廢棄物回收和污染控制等部分。窯身為一維傾斜布置、低速回轉(zhuǎn)的圓筒，垃圾進(jìn)入后一邊進(jìn)行緩慢的旋轉(zhuǎn)，一邊使從上部供給的廢物向下部轉(zhuǎn)移，從前部或后部等供給空氣使之燃燒，直至燃燼從下端排出。通常，在回轉(zhuǎn)窯后設(shè)置二次燃燒室，使前段熱解未完全燒掉的有毒有害氣體得以在較高溫度的氧化狀態(tài)下完全燃燒。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是一種成熟的技術(shù)，具有對(duì)焚燒物變化適應(yīng)性強(qiáng)，可焚燒不同性能的廢棄物，停留時(shí)間長，隔熱好等優(yōu)點(diǎn)，并且因?yàn)榛剞D(zhuǎn)作用使廢物料層得到充分翻動(dòng)，比較適用于含有多種難燃物質(zhì)的垃圾，此外垃圾中水分變化范圍較大的情況也較為適用。因其燃燒狀態(tài)穩(wěn)定、安全性能較好，目前主要應(yīng)用在廢棄物較少和危險(xiǎn)程度較大的垃圾處理項(xiàng)目，比如醫(yī)療垃圾、危險(xiǎn)廢棄物等。但是當(dāng)生活垃圾發(fā)熱量較低、含水率較高時(shí)，會(huì)存在燃燒不充分、爐體內(nèi)濕度大、壓力過高等情況，燃燒存在一定困難，不適用回轉(zhuǎn)窯焚燒。并且，回轉(zhuǎn)窯的爐體轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢，處理量較小，燃燒不易控制，長時(shí)間不均勻燃燒使其耐火材料襯里損壞嚴(yán)重，需要頻繁維修和更換，且設(shè)備的封閉性要求高，維修成本較高，這使它很難適應(yīng)實(shí)際的垃圾處理和發(fā)電需要，在當(dāng)前的垃圾焚燒發(fā)電中應(yīng)用較少。

4 生活垃圾焚燒處理在環(huán)保方面的優(yōu)勢

4.1 提高環(huán)保排放要求

提到垃圾焚燒，首要考慮的就是煙氣中二噁英的排放問題，二噁英類芳烴化合物對(duì)生態(tài)環(huán)境影響非常大，難以凈化，并且具有較強(qiáng)的致癌作用，如何處理二噁英成為垃圾焚燒處理技術(shù)研究繞不開的課題，其研究進(jìn)展直接影響垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展。環(huán)境中的二噁英類芳烴化合物主要來源于工業(yè)焚燒、殺蟲劑濫用、氯酚類化工用品揮發(fā)、漂白造紙等活動(dòng)，近年全球各國研發(fā)的焚化爐，首先從根本上解決二噁英的產(chǎn)生，其次注重垃圾二次燃燒和廢氣凈化，此外嚴(yán)格遵守環(huán)境保護(hù)紅線，已經(jīng)有效的控制了此類化學(xué)品的擴(kuò)散，在政府的各項(xiàng)管制下，垃圾焚化爐焚燒已經(jīng)不再是二噁英排放的源頭了。早在2005年根據(jù)德國環(huán)境部（BMU）、美國環(huán)保署等多個(gè)部門的多項(xiàng)研究指出：生活垃圾焚化工廠排放的二噁英已經(jīng)不足全部排放的1%；合格的焚燒廠排出的煙氣污染物遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于散布的垃圾桶、垃圾堆燃燒排放。政府的管控、民眾的監(jiān)督以及嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)使得垃圾焚燒更加環(huán)保，除二噁英之外，重金屬煙塵、硫化物、氮?dú)獾扔泻怏w的排放也顯著減少。

4.2 減少溫室氣體排放

垃圾焚燒技術(shù)相比其他處理方式有著非常多的優(yōu)點(diǎn)，尤其在節(jié)能減排方面：第一，相比較傳統(tǒng)填埋處理，充分的焚燒很大程度上減少了填埋場甲烷、一氧化碳等溫室氣體的排放；第二，垃圾焚燒可以提供大量的熱能用以工業(yè)生產(chǎn)，從而顯著減少化石燃料的使用，降低了溫室氣體的產(chǎn)生；第三，垃圾焚燒廢渣中碳含量不足1%，充分利用了碳資源。

4.3 降低垃圾填埋的COD排放量[11]

COD的排放量是我國節(jié)能減排重要的考核指標(biāo)，垃圾填埋可能造成大量的COD排放，每填埋1t生活垃圾可產(chǎn)生0～0.2t左右的COD，而焚燒處置技術(shù)大大減少了垃圾的填埋量，同時(shí)也降低了因垃圾填埋而產(chǎn)生的COD污染物。

4.4 提供新能源[12-14]

雖然與發(fā)達(dá)國家相比，我國生活垃圾是“絕對(duì)的貧礦”，其熱值含有率不足發(fā)達(dá)國家50%，但是垃圾焚燒仍然能夠提供大量的能量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目每噸生活垃圾平均產(chǎn)生電能為250kWh，處理過程需要消耗 50kWh，凈產(chǎn)出200kWh，這一數(shù)據(jù)（每噸生活垃圾發(fā)電量）在美國更是高達(dá)520kWh，早在2004年，美國的垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)值就高達(dá)100億元，可以稱之為“垃圾中的財(cái)富”。垃圾焚燒發(fā)電是所有燃燒發(fā)電中對(duì)環(huán)境影響最小的，2005年8月，美國將其納入可再生能源序列。

5 生活垃圾焚燒處理存在的問題

雖然生活垃圾焚燒處理在技術(shù)、占地、環(huán)保等方面具有比其他處理方式更加顯著的優(yōu)勢，但在實(shí)際的應(yīng)用方面任然存在不少問題，特別是在國內(nèi)，選址、監(jiān)管等爭議不絕于耳，很多地方甚至遭遇民意強(qiáng)烈反對(duì)。在推行垃圾焚燒處理方式過程中，國內(nèi)目前存在的主要問題有以下兩點(diǎn)：

第一，群眾對(duì)垃圾焚燒項(xiàng)目的不深入了解，使其仍存在污染爭議，社會(huì)群體對(duì)垃圾焚燒項(xiàng)目產(chǎn)生的二噁英、飛灰、滲瀝液等二次污染物談虎色變，各地進(jìn)行“鄰避運(yùn)動(dòng)”以拒絕將焚燒廠建在自己住所周邊，反對(duì)的民聲成為政策推行的最大障礙。

第二，企業(yè)為利所趨，政府監(jiān)管困難。盡管垃圾焚燒廠依靠地區(qū)壟斷、政府補(bǔ)貼、垃圾處理費(fèi)、再生電力資源收入確保了項(xiàng)目的高回報(bào)，迅速成為國內(nèi)外企業(yè)的投資熱點(diǎn)，但在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，仍存在為了降低成本大幅度減少廢氣凈化耗材、降低排放標(biāo)準(zhǔn)的諸多惡劣行為，2016年12月，據(jù)民間環(huán)保組織不完全監(jiān)測，當(dāng)月內(nèi)有27座垃圾焚燒廠連續(xù)25d超標(biāo)排放煙氣2533次。而在政府監(jiān)管過程中，很多超標(biāo)問題并沒有進(jìn)行有力的處罰和整改，降低了地方政府公信力，觸發(fā)了民眾的抵制情緒，造成了無法溝通的困境。

6 展望

為解決大中城市“垃圾圍城”的困局，發(fā)展垃圾焚燒是我國各大城市走上綠色發(fā)展道路的不二選擇，2016年11月，住建部、環(huán)保部等五部委發(fā)布的《進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾焚燒處理意見》要求，到2020年全國城市垃圾焚燒處理能力占總處理能力50%以上。本文針對(duì)垃圾焚燒處理提出以下幾點(diǎn)建議：

第一，積極穩(wěn)妥推進(jìn)垃圾焚燒廠的建設(shè)。我國許多大型城市人口密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于德國、日本、美國等發(fā)達(dá)國家一線城市，而且城市規(guī)模擴(kuò)張迅速，寸土寸金，垃圾焚燒廠體量小、處理便捷的優(yōu)點(diǎn)會(huì)愈發(fā)明顯，這將是未來大型城市處理生活垃圾的首要選擇。但是，切不可急功近利，目前來看垃圾焚燒處理比較適用于大型城市，不適宜向全國所有城市推廣，鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)更是要綜合考慮、慎重選擇。

第二，做好長遠(yuǎn)規(guī)劃。垃圾焚燒廠要綜合考慮城市地域、季風(fēng)、交通等因素的影響，能夠自如的應(yīng)對(duì)城市長期的發(fā)展，既要交通便捷，又不影響當(dāng)?shù)孛癖娚睿€要兼顧長期的投資效益。

第三，加強(qiáng)立法，嚴(yán)格制定并執(zhí)行煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)[15-16]。隨著 《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014）的全面實(shí)施，生活垃圾焚燒設(shè)施運(yùn)行和污染排放控制將更為嚴(yán)格，而城市生活垃圾處理相關(guān)投入也將在新標(biāo)準(zhǔn)倒逼下進(jìn)一步加大。對(duì)于已建焚燒廠加強(qiáng)管控、提升技術(shù)，新建焚燒廠高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，自覺遵守最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，爭取做到比歐盟排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，大幅降低主要煙氣污染物的排放。

第四，深化焚燒技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，讓垃圾焚燒技術(shù)更加精細(xì)化，開發(fā)各類垃圾處理前沿技術(shù)，結(jié)合生物處理、降解等技術(shù)，進(jìn)一步減少垃圾處理過程的污染物排放，實(shí)現(xiàn)垃圾無害化、減量化。

第五，遏制“小火電廠”的產(chǎn)生，擴(kuò)大規(guī)模，提高焚燒廠垃圾集中處理能力，精簡環(huán)保審批，加快垃圾焚燒項(xiàng)目的建設(shè)和發(fā)展，但是對(duì)環(huán)保方面嚴(yán)格把關(guān)，杜絕一切濫竽充數(shù)的現(xiàn)象。

第六，提升信息公開透明度，加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，消除公眾的“鄰避”疑慮。對(duì)垃圾焚燒排放污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)上傳到政府部門指定網(wǎng)站，公布檢測結(jié)果，保證垃圾焚燒處理設(shè)施安全、高效地運(yùn)行。做好科普工作，讓公眾正確認(rèn)識(shí)垃圾焚燒，主動(dòng)進(jìn)行垃圾分類，積極參與焚燒廠選址等工作。