中國城市垃圾資源化處理現狀與展望
隨著經濟的發展、人口的不斷增多以及人民生活水平的日益提高，城市垃圾的產生量也日漸增多。在當今世界，大量的垃圾已成為城市中一個長期存在的污染源。垃圾對環境的污染已經成為日益嚴重的問題。據報道我國目前城市年產垃圾量約1億3千萬ｔ，并以7%～9%年遞增速度增加。如此大量的城市生活垃圾得不到有效的處理，將對城市生態環境及周邊的水體、大氣、土壤等造成嚴重的污染，而且造成垃圾中大量有用資源浪費。人們已逐步認識到垃圾是放錯了地方的可利用“財富 ”，因此城市生活垃圾減量化、資源化、無害化處理已愈來愈受到政府與公眾的重視。
1 城市垃圾處理及資源化技術發展現狀
面對全球各國城市生活垃圾的迅猛增長，各國均努力探索其處理新工藝、新方式，發達國家如日本、美國、德國等已較早提出并實施在垃圾分類回收的基礎上進行綜合處理，實現垃圾的"減量化、無害化、資源化"，并建立起相對完善的分類回收處理系統。我國城市垃圾處理由于起步較晚，基礎設施較差及受種種客觀因素的影響，目前主要以衛生填埋為主。
縱觀全球和我國的城市生活垃圾處理技術現狀，目前主要有填埋、焚燒、堆肥、綜合處理，其中綜合處理是目前城市生活垃圾處理中較為先進可行的技術。
1.1 城市垃圾分類收集發展現狀
分類收集方式的實施是城市生活垃圾處理體系中的一個關鍵環節，是城市生活垃圾處理發展過程中的一個重要步驟。通過分類收集，可有效地實現廢物的重新利用和最大程度的廢品回收，為衛生填埋、堆肥、焚燒發電、資源綜合利用等先進的垃圾處理方式的應用奠定了基礎，為垃圾處理實現減量化、資源化、無害化目標創造良好條件[1]。
1.1.1 國外完善的城市生活垃圾分類收集系統
發達國家從20世紀60年代起因資源緊張和環境惡化開始重視和研究垃圾分類收集問題，并于70年代逐步開始實施垃圾分類收集[2]。“廚房是分選工廠，雙手是分揀機器”的分類收集方法簡單易行，被眾多國家采用。瑞典、日本、美國、英國、法國、德國、瑞士、蘇聯等國家都先后實施這一分類收集方式。國外的垃圾分類收集水平較高，也比較細致。 這主要與國外發達的經濟水平、人們較高的文化素養以及政府的大量資金投入、相應政策的制定、配套設施的建設等相關。
1.1.2 我國城市垃圾分類收集狀況
近年來垃圾分類收集問題已日益得到重視。《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》和《中國21世紀議程》中都明確提出城市垃圾應逐步做到分類收集。我國對垃圾分類收集利用一直很重視[3]。在20世紀50年代起，我國各地就成立了物資回收公司，家庭廢棄物中的有用物資在進入垃圾桶之前就被有償回收。當前各地均設有系統的廢舊物資回收公司和收購網點，從居民手中回收那些準備拋棄，但又有一定再生利用價值的垃圾[4]。北京、上海、廣州、南京、杭州等城市已開展垃圾分類收集試點工作。據統計從1954年到1998年，全國累計回收各類廢品近7億t，價值5 000多億元，其中回收利用廢鋼鐵5億多t，廢雜有色金屬599.41萬t，造紙原料5 560萬t，輕化工原料近1 450萬t，廢塑料400多萬t，廢橡膠530多萬t，廢玻璃420萬t。相當于為國家節約鐵礦石21億t，節約標準煤5億多t，節約木材1.6 億m3，減少垃圾處理量14億t[5]。這對緩解我國資源短缺，保持資源永續，減輕環境污染和提高經濟效益起到了積極的作用。
從目前垃圾分類收集現狀看，這些進行分類收集的城市均屬于經濟水平和人們文化素質較高的大城市，一些中小城市還沒有從本質上認識到垃圾分類收集的重要性。此外，絕大多數家庭及工廠仍實行垃圾的混裝。究其原因，有以下幾點：首先人們沒有認識到垃圾分類的重要性；其次物品的包裝上欠缺分類標志；再次缺少相應的懲罰措施。除此之外，還有一些因素也制約著我國垃圾分類收集工作的開展，主要有：分類收集和回收利用(處理)的設施建設不配套。如已經施行廢電池分類收集，但廢電池的分類處理設施尚有待落實。這就給廢電池的下一步分類收集和回收利用帶來了困難；二是即使分類后，運輸時又出現混裝現象；三是缺乏必要的經濟手段[6]。
由此可見，國外的城市垃圾分類收集措施較我國完善，因而政府應加大力度，制定出適合我國國情的垃圾分類收集制度，為我國城市生活垃圾的資源化利用奠定基礎。
1.2 城市垃圾焚燒處理發展現狀
垃圾焚燒處理是目前國外應用最普遍的垃圾處理方法，此方法的最大優點是垃圾資源化和減量化處理程度高。垃圾焚燒廠建立在城市周圍，運送垃圾方便，并且可以向城市提供電能或熱能，產生很好的經濟效益。垃圾焚燒發電已成為發達國家處理生活垃圾的主要途徑和電力行業的重要組成部分。應用計算機控制使焚燒爐運行在最佳運行工況，并且有先進的尾氣處理設備和嚴格的排放監測手段，使得垃圾焚燒對大氣造成的二次污染降到最低點。我國垃圾焚燒設備的設計、生產和應用的水平和規模與發達國家的差距還很大。因此對我國來說，了解垃圾焚燒爐燃燒技術及設備的發展趨勢，進而學習和掌握先進的垃圾焚燒爐設計和制造技術顯得非常迫切和重要。
1.2.1 國外城市垃圾焚燒處理現狀
1870年世界上第一臺垃圾焚燒爐在英國投入運行，但因當時垃圾的水分與灰分很大，熱值很低，因此該焚燒爐的運行狀況不良，不久即停止運行。1895年德國漢堡建成了世界上首座固體廢棄物發電廠。1905年美國紐約建成了第一座城市垃圾和煤混燒的發電廠。目前，美國已有1 500余臺焚燒設備，最大的垃圾發電廠日處理垃圾4 000 t，發電容量65 MW，占垃圾處理量的17%。德國目前已有50余座從垃圾中提取能源的裝置及十多家垃圾發電廠[7]，并且用于熱電聯產，有效地對城市進行供暖或提供工業用氣。法國共有300余臺垃圾焚燒爐，可處理40 %的城市垃圾。此外，日本、意大利等均建造了上百座垃圾焚燒廠，目前日本垃圾焚燒處理量可高達75%。可見，焚燒處理方法在國外應用廣泛[8]。國外已投入運行的垃圾鍋爐型式較多，按燃燒方式可分為爐排爐、流化床焚燒爐和控制空氣燃燒爐3種。
1.2.2 我國城市垃圾焚燒處理狀況
我國在垃圾焚燒方面雖然已經取得不少進步，但仍處于摸索與研究的階段。深圳市于1985年從日本三菱重工業公司成套引進兩臺處理能力為150 t/d的垃圾焚燒爐，1988年6月試生產成功，同年11月1日正式投產，成為我國第一座現代化垃圾焚燒廠[9]。此后，珠海、北海、上海、廣州、廈門、北京、沈陽、寧波、溫州等地都開始了焚燒廠建設或籌建，到目前為止，珠海、寧波、深圳龍崗、紹興、上海浦東、溫州、哈爾濱等地垃圾焚燒廠建成并投入使用，其他一些城市還在建設或籌建中[10]。昆明城市垃圾焚燒發電廠將于2007年建成并投入使用，預計建成后可日處理垃圾1 000 t，按照每噸垃圾焚燒后產電500 kWh計，每天可以發電50萬kWh，一年發電1.8億kWh。但從目前的情況看，大多數情況并不理想，由于缺乏足夠的經驗，焚燒技術、煙氣處理技術的引進不能同步，投資較高，一直未能有實質性的進展。有些地方由于難于尋找合適的垃圾填埋廠以及受資金方面的約束，只注重把垃圾燒掉，沒有考慮好如何燒好、燒透以及保護環境與利用能源。盡管如此，由于近幾年的不斷探索，垃圾焚燒技術已經取得不少進步。目前，國內在役和在建的大型現代化生活垃圾焚燒爐的共同特點是燃燒設備(爐排甚至燃燒室部分)均由國外引進。致使一方面投資巨大，另一方面，由于國內外生活水平的差異，我國城市生活垃圾的成分與國外垃圾相差較大，且其熱值較低、變化范圍較大，因此，在實際運行中出現了一些問題，如深圳市市政環衛綜合處理廠的垃圾焚燒爐的實際焚燒效果并不理想。而且國內有關單位僅對垃圾處理量較小的垃圾焚燒技術進行了研究，并開發了一些小型生活垃圾焚燒爐(其中部分焚燒爐無法實現垃圾焚燒的資源化利用)，而對于我國城市生活垃圾的燃燒機理及適合我國國情的焚燒爐還有待進一步研究。
雖然我國的垃圾焚燒廠還比較少，但由于技術開發的起點不同和經濟投入的差異，實際效果也有較大不同。國內垃圾焚燒爐主要有以下幾類：(1)引進國外爐型，深圳垃圾焚燒廠是其中的代表；(2)參照國外先進工藝，自制較完善焚燒爐，北京昌平垃圾處理廠和常州垃圾處理廠就是其中的代表；(3)國內自制的簡單焚燒爐，四川樂山焚燒爐為其中的代表[11]。
此外，還有一些科研院所在研究流化床焚燒爐，但價格較貴，也不適合直接焚燒未分類、灰分高的垃圾。總的說來，我國的垃圾焚燒處理設備種類各異，技術參差不齊，與國外有較大的差距。城市應根據經濟水平和技術要求采用不同的焚燒爐[12]。一般說來，經濟發達城市宜采用技術水平高的引進焚燒爐，中小城市或大城市的郊區宜采用價格性能比相對較高的國產焚燒爐。由于國內外城市生活垃圾的成分不同，以及對垃圾的分類收集的進程不同，使得他們在垃圾的焚燒處理方面有一些差別。因此，我國與國外垃圾成分相似的地區，應借鑒國外的焚燒技術；不同的地區，要因地制宜，研究出適合本地區發展的焚燒處理方法。誠然，政府一定要給予大量的資金支持。此外，北京、上海、廣州以及沿海地區的一些經濟水平高，基礎設施比較完善，人們的生活水平高，產生的垃圾熱值高，但卻屬于土地資源緊缺的城市，焚燒技術將能很好的解決其垃圾問題，并將成為這些城市中的生活垃圾處理的主導技術。
1.3 城市垃圾堆肥處理發展現狀
將生活垃圾進行堆肥處理，是利用微生物的活動將垃圾中的易腐有機物質分解，轉變為富含有機質和含有一定量氮、磷、鉀等營養元素和微量元素的有機質肥料，使垃圾實現從自然界來又回歸自然界的良性循環。垃圾堆肥作為生活垃圾處理的一項重要手段，其特點是無害化程度較高、減量化效果較為明顯、可以最大限度地實現生活垃圾處理的資源化。
1.3.1 國外城市垃圾堆肥發展狀況
近幾年來，歐美發達國家把垃圾堆肥看作為可降解的有機物的再生利用。垃圾的再生利用是垃圾減量和垃圾資源化的最佳途徑。以美國為例，由于禁止庭院垃圾填埋處置條例的實施，庭院垃圾堆肥處理廠發展很快，1996年全國庭院垃圾堆肥處理場達到3 400 座，比1988 年增長了4倍以上[13]。由于歐洲推行“填埋稅”，使得垃圾填埋處理的費用明顯提高，加之限制進入填埋場的有機物含量的填埋標準的實施等因素的影響，歐洲大陸大型垃圾堆肥場從1990年的87座增加到1996年的684座；英國的垃圾堆肥場也從1990年的4座增加到1996年的57座；至1999年德國550家堆肥設施年處理垃圾約650萬t，50家厭氧發酵設施年處理垃圾約100萬t，27家機械生物處理設施年處理垃圾約160萬t[14]。可見，堆肥處理已得到廣泛應用。
國外用于垃圾堆肥的垃圾主要是分類后的有機垃圾、庭院園林垃圾等可堆腐物，只有部分國家采用混合垃圾堆肥。國外用于城市生活垃圾的堆肥系統有許多種。按生物發酵的方式分為厭氧堆肥和好氧堆肥；按垃圾所處的狀態可分為靜態堆肥和動態堆肥；按發酵設備形式可分為封閉式堆肥和敞開式堆肥；按垃圾物料流動形式可分為間歇式堆肥和連續式堆肥[15]。從總體上看，國外的堆肥技術和堆肥方法都比較先進，且在運行中取得的效果也比較好。
1.3.2 我國城市垃圾堆肥狀況
進入20世紀80年代后，我國的城市垃圾問題日益突出，城市垃圾的堆肥化處理技術逐漸引起有關政府部門的重視。在國家“六五”、“七五”、“八五”科技攻關計劃中，均設立了有關堆肥化技術和專用設備的研究和開發課題[13]。從20世紀90年代初，我國開始著手發展機械化連續堆肥生產技術，并在上海、無錫、杭州等地陸續建立了一批城市垃圾的機械化連續堆肥設施[14]。從我國目前運行的機械化堆肥設施來看，大致可分為以下幾種[16]：(1)間歇動態好氧處理工藝，典型的是常州市環境衛生綜合廠；(2)達諾滾筒工藝，典型的是石家莊垃圾堆肥處理工程；(3)隧道窯式堆肥工藝，典型的是北京南宮堆肥廠； (4)機械和人工分選，條形堆肥，大慶美商的處理工藝就屬于這一種；(5)靜態倉式堆肥發酵，是目前國內采用最多的工藝。
無論從環境保護，還是從資源循環利用角度，廚余類有機物處理的最佳方式就是使其轉化為穩定的有機質，使其來源于自然再回歸于自然。從這個意義上說，我國城市生活垃圾堆肥處理有很大的發展需求和潛力[15，17]。但是，隨著生活水平的提高和生活方式的多樣化，城市垃圾的成分日趨復雜，要得到理想的堆肥產品，除了需要傳統的發酵過程外，必須設置復雜的分選、破碎過程，從而大大增加了堆肥處理費用[18]。同時，由于城市垃圾中大量雜質和有毒有害化學成分的混入，使得堆肥產品作為肥料或土壤改良劑的價值大大降低，不妥當的處理還可能帶來對土壤的污染和農作物的危害。我國城市垃圾堆肥處理技術存在的問題主要集中在以下3 個方面：(1)堆肥用的原料的分類收集與分選問題。由于我國尚未實施城市的分類收集，垃圾中雜質含量較高，除玻璃、金屬、紙張等外，還包括多種有毒有害化學物質，直接影響堆肥產品質量；(2)堆肥處理設備技術水平低，特別是機械化操作方面存在技術問題較多，難以保證堆肥設施的長期、連續、穩定運行，從而影響堆肥效率；(3)堆肥產品受市場制約較大，堆肥產品的經濟服務半徑較小。質量較差的粗堆肥產品一般只能就近銷售；利用粗堆肥產品制造的復混肥，其銷售也面臨一般化肥和復合肥的競爭。
1.4 城市垃圾填埋處理發展狀況
衛生填埋法是目前世界上最常用的垃圾處理技術，最早的衛生填埋出現在1930年。到1960年，全球已有約1 400座城市采用填埋法處理城市垃圾[19]。它具有投資少，處理費用低，處理量大，操作簡便，能處理處置各種類型的廢物并可以提供質量很好的沼氣等優點，是各種廢棄物最終的處理方式。因此，目前世界大多數國家廣泛使用[20]。
1.4.1 國外城市垃圾填埋技術現狀
20世紀30年代美國就開始對傳統土地填埋進行改良，提出了一套系統化、科學化的填埋方法，稱之為衛生填埋。目前，美國、歐共體、日本對衛生填埋的垃圾成分、場地選擇及設計、衛生填埋作業及毒害控制標準有嚴格的規定[21]。由于國外垃圾填埋技術很成熟，并可利用垃圾填埋氣發電，可以向城市提供電能或熱能，產生很好的經濟效益，促使多數國家垃圾處理以填埋法為主。美國城市垃圾衛生填埋占67%，英國占83%，德國占68%，雖然日本土地緊缺，沒有大量的空余土地供衛生填埋使用，但填埋仍然占23%。由土地緊缺造成垃圾填埋法應用較少的國家還有瑞士、瑞典、丹麥等[22]。
1.4.2 國內城市垃圾填埋技術現狀
我國20世紀90年代中后期起，相繼建成一批以高密度聚乙烯(HDPE)防滲膜為核心的層狀結構作為防滲層的衛生填埋場，如深圳、保定、泉州、北京、海口、從化、邯鄲、昆明、天津等。但從全局而言，仍然處于比較傳統的粗放的垃圾填埋處理處置階段。我國是發展中國家，經濟力量不雄厚，內陸面積比較廣闊，預計在今后較長時間內，填埋法都將是處理固體垃圾的主要方法。特別是對于我國中西部地區的中小型城市而言，經濟實力和人民生活水平較低，基礎設施相對落后，都是制約焚燒技術發展的因素，雖然垃圾熱值基本可以達到焚燒技術的要求，但是在相當長的一段時期內其垃圾仍然是高水分、低熱值的特點。因此，垃圾衛生填埋仍將作為主要的垃圾處理方式。由于近幾年的不斷探索，我國垃圾填埋技術已經取得不少進步，并取的很好的經濟效益。杭州天子嶺垃圾填埋場于1997年開始投入使用，其利用垃圾填埋氣發電，填埋氣體回收利用工程設計壽命為20年，日回收氣體1 9131 m3，氣體熱值19 500 kJ，發電輸出電力1 400 kW，工作方式為24 h運行，運行時間占全年時間的95﹪。工程設計總投資2 075萬元，項目年直接經濟效益為510.7萬元。但無論是國外還是國內，無論其處理技術多么完善，至今仍存在以下問題：(1)垃圾填埋占用大量的土地； (2)垃圾填埋場滲濾液的處理，仍是難于解決的問題；(3)填埋法的無害化程度較低，對水源和大氣的潛在影響較大，同時填埋法的資源回收率低，加上填埋場征地運轉費用日益上漲，目前填埋法有下降的趨勢。
因此，我國應根據具體情況，引進先進的科學技術，研究適合我國的垃圾填埋技術。生物反應器填埋場是近年來歐美發達國家開始研究并準備推廣的新一代垃圾生物處理技術。其通過有目的的控制手段強化微生物加速垃圾中易降解有機組分轉化和穩定的一種填埋場運行方式。這些控制手段包括液體(水、滲濾液) 注入、覆蓋層設計、營養添加、pH、溫度調節和供氧等。眾多研究者認為此時的填埋場完全是天然的厭氧生物濾池。法國Valorga公司開發的用垃圾進行甲烷化處理的工藝只用幾個星期，便可以提供質量很好的堆肥和沼氣。生物反應器填埋場有較明顯的優勢，可降低滲濾液污染強度，減小滲濾液水量水質波動對場外處理系統的沖擊，減小滲濾液處理系統的設計風險，提高氣體產量和產氣速率，加快填埋場穩定化進程。
2 提高我國城市垃圾資源化利用的幾點建議
2.1 加強垃圾產生源頭處理，推行垃圾分類收集，促進垃圾資源化
從源頭抓起，最大程度地減少垃圾產生，解決我國城市垃圾問題的關鍵是控制垃圾增長，實現減量化。要堅持可持續發展戰略，大力推廣清潔生產，實現垃圾源頭削減。通過改變居民的燃料結構，提高民用燃氣的使用比例，降低垃圾中的煤灰含量；提倡包裝物和包裝材料的回收和重復使用，減少一次性商品的使用，對于必須使用一次性商品的行業，應通過征收資源稅或垃圾稅等經濟手段限制使用量，實行強制回收[23]。
在實現垃圾減量化的基礎上，垃圾還要實行全過程管理，即建立從分類投放—分類收集—分類運輸—分類處理的“鏈式系統”。在具體的分類收集裝置的設置上，可以按可回收、不可回收、可堆肥、可焚燒及有害垃圾等原則分類設置。這些經分類投放的有機垃圾、無機垃圾和有害垃圾經專用車定時收集后，分別運往相應的分類處理中心，實現垃圾資源的循環利用，對有害垃圾則經過技術處理后填埋[24]。我國一直沿用的垃圾混合收集辦法，給資源回收及垃圾處理帶來了極大困難。隨著社會經濟的發展，垃圾中可回收利用的資源迅速的增加，現已達到20 %左右，而垃圾處理設施也逐年增加，為垃圾分類收集創造了條件。實行垃圾分類收集，不但需要制定鼓勵分類收集的政策，而且需配備垃圾分類收集和運輸的工具。同時，應將廢品回收納入城市垃圾處理體系，統籌管理。
2.2 垃圾循環處理促進垃圾的資源化
循環處理是一種以確保環境質量和可持續發展為目標的有選擇性的循環利用過程。城市生活垃圾處理必須在分類收集的基礎上，盡可能多次以及盡可能以多種方式使用人們所購買的東西，并盡可能多地再生利用和資源化。資源化是指把垃圾返回工廠，即將消費者遺棄的垃圾資源化形成新的產品。資源化能夠減少人們對垃圾填埋場和焚燒場的壓力，制成使用能源較少的新產品。
循環處理要求在生產和消費中倡導新的行為規范和準則，表現在城市垃圾的處理上，就要求從單純收集、運輸、處理的觀念轉向優先抑制廢棄物的產生和倡導循環利用。過去人們認為循環處理的目標是增加城市垃圾的循環量，事實上，循環本身并不是目的，城市生活垃圾循環處理的目標可以概括為[25]：（1）節省填埋用地；（2）節約城市垃圾處理費用；（3）通過減少污染物排放來改善環境質量；（4）增強經濟發展的潛力。這意味著循環處理將社會對礦石或石油等不可更新資源的利用量降至最小，并將對樹木等可再生資源的利用量降到一種可持續化的水平。
垃圾處理及循環利用的發展方向，主要發展以下4個方面的技術：（1）發展盡可能減少能源投入的技術；（2）開發長期使用產品的技術；（3）開發循環再利用技術；（4）發展盡可能減少二次污染的技術。
2.3 垃圾綜合處理促進垃圾的資源化
從現在起建立完整，嚴密的垃圾收集與分撿體系，建立各種廢棄物（分撿后的垃圾）進行資源回收利用的產業系統，對全部垃圾進行資源化處理[24]。綜合處理是近年發展較為迅速的垃圾處理方式。它不是單一的垃圾處理技術，也不是分類收集、填埋、焚燒及堆肥方法的簡單組合。所謂綜合處理系統就是衛生填埋、焚燒、堆肥等多種垃圾處理技術的有機結合，充分發揮各種垃圾處理系統的優勢，揚長避短，從而真正實現垃圾的無害化、減量化和資源化。它的宗旨是先將有價資源回收利用，其余制肥、填埋和焚燒，從而妥善解決了上述僅靠單一技術方法處理過程中所遇到的問題，使焚燒爐的物料熱值大大提高，因而可大幅度降低焚燒子系統的投資和運轉成本；有機物的分離，也可大大減少垃圾滲瀝液的防滲透收集和處理系統負荷，使得填埋工程的投資、運行費用顯著減少，發酵制肥的肥質也得到提高 [19]。
因此，這種垃圾處理方式不僅能利用垃圾資源，而且技術上也容易實現，顯著降低了總投資和運行費，操作運行管理便利，是垃圾處理"減量化、無害化、資源化"的較好方式。綜合處理不僅符合中國城市垃圾處理的實際情況，也是世界垃圾處理從單一治理走向多元化治理的趨勢。
3 結 語
在可持續發展思想的影響下，我國已開始把資源化作為城市垃圾處理發展的重點, 垃圾無害，減容、減量及資源化利用的相關新技術新工藝不斷涌現，以資源回收利用并因地制宜地結合填埋和焚燒，是各地城市垃圾處理的最佳方案。同時，通過普及環境教育，加大環宣傳力度，讓居民積極參與垃圾的分類工作，不僅可以節省大量的人力、物力和財力，而且能縮短垃圾處理的周期，提高資源化利用率。
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