固体废物焚烧处置及其清洁发展机制

固体废物焚烧处置及其清洁发展机制李崇，任国玉，高庆先，马占云摘要：包含化石碳（如塑料等）在内的废物焚烧处置和露天燃烧是废物部门中最重要的CO2排放来源之一。在全国节能减排大背景下，废物焚烧发电成为温室气体减排的有效途径。对我国固体废物焚烧处置现状及趋势进行了分析，同时研究了国内城市固体废物和危险废物焚烧的区域特征。结果表明：随着经济发展和废物产生量的急剧增长，废物焚烧处置技术必将成为我国未来固体废物处置的主要方式；伴随着废物焚烧行业的发展，有大量项目可以注册CDM（清洁发展机制）项目，可为温室气体减排做出较大的贡献。关键词：废物焚烧；二氧化碳；减排；清洁发展机制（CDM）中图分类号：X524文献标志码：A文章编号：1001-6929（2011）07-0819-09全球气候变暖严重影响了人类环境和自然生态，导致水资源失衡、农业减产、生态系统严重受损，对人类社会可持续发展带来了巨大冲击[1-2]。《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》等一系列国际公约、协议的签署均是国际社会应对气候变化的具体行动。各国政府不断出台政策和举措遏制化石燃料的使用，以降低温室气体对全球气候变化的影响[3]。政府间气候变化专门委员会（IPCC）全球气候变化研究第四次评估报告[4]指出：气候变暖的原因除了自然因素影响以外，主要是归因于人类活动，特别是与人类活动中排放CO2的程度密切相关。我国目前正处在经济高速发展和城市化迅速加快阶段，面临来自国际和自身发展的巨大温室气体减排压力，能源安全和生态安全也面临着威胁。随着我国经济的高速发展，人民生活水平迅速提高，城市化进程不断加快，固体废物产生量与日俱增，随之产生的环境污染和社会问题日益凸显，已成为城市发展中所面临的棘手问题之一，引起社会各界的普遍关注[5-6]。合理有效处置固体废物成为解决这一难题的关键。焚烧处置是处置废物的手段之一，在发达国家及一些新兴工业国家中所占比例较大，在其他第三世界国家中所占比例较小，但发展非常迅速[7]。废物焚烧发电能较好地实现废物处置减量化、资源化、无害化的治理目标，在世界得到越来越广泛的应用，也必将成为我国特别是人多地少的发达地区未来废物处置的主要方式[8-9]。在2009年哥本哈根举行的《联合国气候变化框架公约》第十五次缔约方会议（COP15）上，“碳市场与投资者协会”主席阿比德•卡马利提出碳市场的政策不确定性主要来源为：“某些发达国家为逃避《京都议定书》规定的强制减排义务，不愿意续签这份文件，因此导致整个碳市场的基础不稳；发达国家承诺的减排CO2目标还不够高，不能为碳市场提供足够的需求”[10]。虽然后京都议定书时代，碳市场发展存在不确定因素，但CDM（清洁发展机制）为温室气体减排做出了很大的贡献。随着废物焚烧处置技术和规模的发展，将有大量废物焚烧CDM项目陆续注册，不仅可以使废物作为能源和资源得到有效利用，还能实现固体废物管理领域的温室气体减排，并且获得额外的资金或技术援助[11-12]。为了解我国固体废物的焚烧处置现状，以2008年为基准年，利用住房和城乡建设部统计年报及相关部门的统计数据资料对国内城市固体废物和危险废物的焚烧处置现状进行了详细分析。1我国固体废物焚烧处置现状及趋势固体废物主要包括城市固体废物、污泥、工业固体废物及其他类型废物，其中城市生活垃圾是我国城市固体废物的主要形式。城市生活垃圾的处置以资源化、无害化、减量化作为基本处置原则，目前主要处置方式有卫生填埋、堆肥和焚烧等。截至2008年底，《中国城市建设统计年鉴》[13]显示我国无害化处置厂（场）共有509座，无害化处置能力达315153t/d；其中卫生填埋厂（场）407座、堆肥厂（场）14座、焚烧厂（场）74座，处置能力分别为253268，5386和51606t/d。现阶段我国固体废物主要以填埋方式为主（占60%以上），以焚烧和堆肥为辅。表1为2001年以来我国城市固体废物3种无害化处置方式的处置量。由表1可知，自2001年有系统的统计数据以来，卫生填埋的处置量趋于稳定，只在2007年和2008年略有增加；堆肥的处置量逐年减少，特别是最近几年减少趋势显著，在2008年仅有174.01×104t经堆肥处置；焚烧处置量则从2001年的170.19×104t增加到2008年的1569.74×104t，增加了8倍多，其所占比例也由2001年的2.1%增加到2008年的15.2%，在未来相当长的一段时间内焚烧处置量呈逐年增加趋势，并将成为我国城市固体废物的主要处置方式。表1我国城市固体废物无害化处置量104t图1为2001年以来我国城市固体废物焚烧处置的变化趋势。由于我国人多地少、土地资源短缺，随着填埋处置规范化标准不断升高以及受处置运输成本大幅增加等问题的影响，填埋处置的规模将逐渐缩小，焚烧处置的规模将不断增大，尤其是焚烧发电带来的节能减排效益将使之成为今后我国固体废物处置的主流趋势。而堆肥处置在我国虽起步较早，但近年来却日趋减少，处置量不到全国总量的2%。主要问题是：①长期使用垃圾堆肥会造成土壤的严重“渣化”。由于未进行废物分类处置，堆肥中的陶瓷和玻璃等对作物危害很大，给农事生产作业带来不安全因素；②垃圾堆肥的肥效较低、化学成分不稳定，很难取代化肥获得市场占有率[14-16]。但从长远来看，堆肥可作为填埋和焚烧处置和的预处置手段，相当于好氧发酵的作用，可以解决填埋处置中渗滤液气味大和焚烧处置中废物的水分高、热值低等问题。图1我国城市固体废物焚烧处置变化趋势固体废物要达到一定的热值，具备一定的燃烧条件才能借助焚烧处置，将热能转化为电能，实现废物的资源化利用[18]。城市固体废物热值低，是制约焚烧处置发展的瓶颈问题之一。表2为20世纪90年代初我国和日本等国部分城市的垃圾成分和热值[17]。由表2可知，我国城市消费水平相对较低，城市固体废物中不可燃成分（如灰土）比例较高，废物的热值远低于发达国家。日本东京的城市固体废物热值高达7934kJ/kg，名古屋也达到了6646kJ/kg；而发展中国家城市废物的热值普遍较低，一般在3000kJ/kg左右，是发达国家的一半，如北京为2090～2508kJ/kg。发达国家的城市固体废物主要是以纸和厨余为主，如日本东京二者之和占废物总量的74.9%，名古屋也达到了68.5%；而发展中国家主要是以厨余、灰土和木/草为主，如北京的三者之和占废物总量的80.0%，孟买和曼谷分别达到78.0%和64.2%。表2国内外城市的垃圾成分与热值随着国内城市生活水平不断提高，固体废物正向含水率低、可燃成分增加的趋势发展。表3为国内部分城市废物的成分变化和热值情况[19-20]。由于没有收集到同一城市不同时段的热值，很难从时间尺度进行对比分析，但总的可以看出，国内废物的热值升高趋势明显。我国废物焚烧还处于起步阶段，焚烧处置量较少，但发展较快。焚烧处置要特别注意防止二恶英等有毒有害气体排放造成的二次污染。通过使用烟气净化设备，如静电除尘器或布袋除尘器、喷入活性炭吸附等方法可以去除烟气中的粉尘等有毒有害气体[21-22]。发达国家在耐腐蚀锅炉热交换管材开发、提高锅炉传热效率、复合型垃圾发电系统等方面进行了大量研究和技术开发[23-24]。据研究，固体废物还有固化处置、热解处置、高新技术垃圾分选处置、废物无害化处理筛选回收、垃圾衍生燃料（RDF）等新的资源化处置方法和手段[25]。国内外的垃圾焚烧处置主要分为流化床焚烧炉技术、回转窑焚烧炉技术、炉排型焚烧炉技术及热解气化焚烧炉技术4类，不同种类焚烧炉的处置能力、运行成本、存在缺陷等关键技术参数如表4所示[26]。由表4可知，目前国内垃圾焚烧厂以炉排炉和流化床炉为主。发展趋势是新建垃圾焚烧厂将以大、中规模焚烧厂为主；炉排炉与流化床炉平分秋色，小型焚烧炉市场将逐渐减小。表3国内典型城市的垃圾成分及热值表4垃圾焚烧炉技术比较1）包括垃圾焚烧炉的设计及制造水平、燃料适应性、燃烧性能、炉内温度和垃圾运动方式。2城市固体废物焚烧处置的区域特征城市固体废物包括生活垃圾、花园（庭院）和公园垃圾、商业公共机构垃圾[27]。2008年，中国城市固体废物的清运量为15437.7×104t，处置量为13392.5×104t，无害化处置量为10306.6×104t，无害化处置率达到66.8%，其中焚烧处置1569.74×104t，占无害化处置总量的15.2%。考虑到我国地域辽阔，南北气候差异较大，东西经济发展水平不均，不同区域居民的生活习惯和生活水平存在差异等因素，同时考虑到行政隶属关系，将全国划分为7个区域：华北地区（北京、天津、河北、山西、内蒙古）、东北地区（辽宁、吉林、黑龙江）、华东地区（上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东）、华中地区（河南、湖北、湖南）、华南地区（广东、广西、海南）、西南地区（重庆、四川、贵州、云南、西藏）、西北地区（陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆）。各区域城市固体废物的焚烧处置状况[13]如表5所示。表52008年各区域城市固体废物焚烧处置状况1）由于《中国城市建设统计年鉴2008年》在统计过程中的误差，各个城市规模数据合计量与全国总量有一些差距。由表5可知，受环境因素、区域特征及经济体制等方面影响，我国城市固体废物焚烧处置的规模及结构在全国及各区域分布不同。焚烧厂（场）数量最多的为华东地区（36座）；华南地区次之（20座），但其城市固体废物的焚烧处置率仅为4.5%，低于全国平均水平，可见在未来焚烧量上升空间会很大；其他地区的焚烧厂数量均较少。虽然华中地区只有2座，但该地区焚烧处置率已达到了34.1%，是全国焚烧处置率的2倍多，是我国焚烧处置率最高的区域。华北、东北、西南、西北等地区废物的焚烧处置量较少，处置率也较低，特别是西北地区焚烧处置率仅为0.2%，需要大力发展焚烧处置技术。城市规模和不同规模的城市因经济发展水平及其他综合因素的限制，使废物的处置状况差异很大。为更清楚地了解国内城市固体废物的处置状况，现将我国655个城市按规模划分为超大城市（200×104人以上）、特大城市（＞100×104～200×104人）、大城市（＞50×104～100×104人）、中等城市（20×104～50×104人）和小城市（20×104人以下），并对2008年不同规模城市的固体废物焚烧处置状况[13]进行了统计分析。由表6可知，2008年末，我国废物焚烧厂大部分集中在大城市以上规模的城市中，中等城市和小城市较少甚至没有焚烧厂。特大城市的固体废物焚烧处置率很高，焚烧处置量占无害化处置量的22.8%。超大城市的焚烧厂数量多，废物总焚烧量相对较大，但焚烧处置率却不高，可见焚烧处置技术在超大规模的城市内存在发展空间，提高超大城市的焚烧处置率将会带动我国整个焚烧行业的发展，对其未来起着至关重要的作用。表62008年不同规模城市固体废物焚烧处置状况1）由于统计过程中的误差，各城市数据总合不等于全国总量。3危险废物焚烧处置的区域特征随着国民经济的快速发展，每年我国都有大量包括医疗废物在内的危险废物产生，且种类和数量也在不断地增加，给城市环境带来压力也不断加剧。国家环境保护部颁布的《国家危险废物名录》中指出[28]，危险废物包括医院临床废物、医药废物、非药物药品、农药废物和木材防腐剂废物等共49类。2008年全国危险废物的产生量为1357×104t，比2007年增长25.8%，处置量（不包括贮存量）为389.33×104t，处置率仅为28.69%，但比上年增长12.4%。2008年末，我国共有危险废物集中处置厂518座，处置能力达19362t/d，其中焚烧处置能力为13909t/d。全国7个区域危险废物的集中处置状况[29]如表7所示。表72008年各区域的危险废物集中处置状况1）由于《中国环境统计年鉴2008年》在统计过程中的误差，各城市数据总和不等于全国总量。由表7可知，我国危险废物的集中处置大部分通过焚烧进行，全国平均焚烧处置率为76%。2008年，华东地区有232座废物处置厂，占全国的44.8%，日处置能力达9931t，其中焚烧处置能力为8094t/d，