目前,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2億噸,其中進行余熱利用的生活垃圾焚燒廠約1600座,總焚燒處理能力為73.9萬噸/日,年生活垃圾焚燒量約為1.95億噸(見表1)。這些焚燒設(shè)施大多分布于發(fā)達(dá)國家和地區(qū),約43個國家和地區(qū)建設(shè)并運行生活垃圾焚燒廠。按年處理量分析,其中歐州22個國家2011年焚燒生活垃圾約為7800萬噸,占全球生活垃圾焚燒量約40%,2012年生活垃圾焚燒量最多的發(fā)達(dá)國家是日本、美國、德國,年焚燒量分別為3670萬噸、2650萬噸、2100萬噸。
一、國外生活垃圾焚燒處理發(fā)展趨勢
1.歐洲
2011年,歐洲投入使用的生活垃圾焚燒廠(有余熱利用的生活垃圾焚燒廠)達(dá)454座,生活垃圾年焚燒處理量約7800萬噸。為逐步減少可生物降解有機垃圾的填埋量,歐盟垃圾填埋指南(CD1999/31/EU/1999)提出了三個階段性目標(biāo):第一階段目標(biāo)是在2006年將進入填埋場的有機物在1995年的基礎(chǔ)上削減25%;第二階段目標(biāo)是在2009年將進入填埋場的有機物在1995年的基礎(chǔ)上削減50%;第三階段目標(biāo)是在2016年將進入填埋場的有機物在1995年的基礎(chǔ)上削減65%。而德國、奧地利、瑞士等國提出了更高的要求。瑞士要求在2000年實現(xiàn)進入填埋場的垃圾總有機碳(TOC)控制在5%以下;奧地利提出的相應(yīng)目標(biāo)是2004年;德國提出的相應(yīng)目標(biāo)是2005年。
垃圾總有機碳(TOC)小于5%,就是要求填埋的垃圾基本上就是灰渣,或者說剩余垃圾(或其余垃圾,即除去單獨收集的剩余垃圾)都要進行焚燒處理才能實現(xiàn)這一目標(biāo)。事實上,包括德國在內(nèi)的這些國家還不具有將其余垃圾全部進行焚燒處理的能力,因此德國、奧地利又提出補充條款,剩余垃圾通過機械分選處理和生物處理后,其干態(tài)熱值小于6000KJ/Kg(相當(dāng)于總有機碳(TOC)18%)可以進行填埋處理。隨著歐盟這一指南在2006年開始實施,生活垃圾焚燒處理得到進一步發(fā)展。以德國為例,2012年德國生活垃圾處理焚燒處理廠79座,焚燒處理能力達(dá)到2332萬噸,實際焚燒量達(dá)到2133萬噸(來源:ITAD Jahresbericht 2012)。
全球規(guī)模最大的垃圾焚燒廠在荷蘭阿姆斯特丹,該廠現(xiàn)有6條焚燒線,其中1號線—4號線均是1993年投入使用,垃圾焚燒處理能力30噸/小時,日處理能力720噸/日,設(shè)計熱值8800KJ/Kg,5號線和6號線于2007年投入使用,垃圾焚燒處理能力33.6噸/小時,日處理能力800噸/日,設(shè)計熱值10000KJ/Kg。總處理能力達(dá)到4400噸/日,發(fā)電裝機容量146MW,年處理垃圾量達(dá)到140萬噸。
2.日本
日本生活垃圾處理主要以焚燒處理為主,大部分城市將廚余垃圾列為可燃垃圾。2012年焚燒原生生活垃圾量約3500萬噸(不包括中間處理量)。與1993年相比,2012年焚燒處理率從74.3%升至78.3%。
日本是世界上焚燒廠最多的國家,2012年擁有1211座。隨著環(huán)保要求的提高,日本的垃圾焚燒廠數(shù)量在不斷下降。非連續(xù)的小規(guī)模垃圾焚燒廠從1975年的1678座下降到2012年的554座,而同期的連續(xù)式的規(guī)模較大的垃圾焚燒廠從286座增加到654座。日本的垃圾焚燒廠數(shù)量的下降,并不意味著焚燒處理能力的降低。實際在2001年以前,其焚燒處理能力一直是不斷增加的,近幾年有所下降,一方面是日本垃圾焚燒廠處理能力已經(jīng)相對飽和,另一方面隨著垃圾回收利用率的提高,需要焚燒的垃圾量有所下降。小型生活垃圾焚燒廠的關(guān)閉,伴隨著大型垃圾焚燒廠的增加,近十多年,生活垃圾焚燒發(fā)電廠一直在持續(xù)增加。
3.美國
美國生活垃圾年焚燒量僅次于日本,約為2600萬-3300萬噸。20世紀(jì)初,美國許多城市都相繼興建城市垃圾焚燒廠,到二次大戰(zhàn)前,美國焚燒爐已發(fā)展到約700座。這時期的焚燒爐已具備現(xiàn)代垃圾焚燒爐的主要特征和功能,并實現(xiàn)機械化操作。二次大戰(zhàn)后,隨著經(jīng)濟的復(fù)興,城市垃圾產(chǎn)量迅速增加,垃圾成分也發(fā)生了顯著變化,垃圾中廢紙和塑料等可燃物含量大幅度提高,垃圾焚燒處理又得到進一步發(fā)展。例如在1960年美國生活垃圾年焚燒處理量就達(dá)2700萬噸。
在70年代后期和80年代早期,由于公眾對垃圾焚燒煙氣污染特別是二噁英的關(guān)注,出現(xiàn)公眾反對興建垃圾焚燒爐的呼聲,因此在這一時期,新建垃圾焚燒廠出現(xiàn)下降趨勢。1980年,美國城市生活垃圾焚燒量降到1700萬噸。隨著垃圾焚燒煙氣處理逐步受到重視,特別是煙氣處理技術(shù)不斷進步,余熱利用系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)得到進一步完善,垃圾焚燒廠的控制水平也不斷提高,進入20世紀(jì)90年代以后,美國城市生活垃圾焚燒處理處于穩(wěn)定發(fā)展階段。2005年8月8日,美國總統(tǒng)布什簽署“2005能源政策法案”,將垃圾焚燒發(fā)電納入可再生能源,并在兩個重要方面得到政策支持,既獲得可再生能源“生產(chǎn)稅收減免(PTC)”和納入聯(lián)邦政府可再生能源采購范圍。2012年,美國運行的垃圾焚燒發(fā)電廠有84座,日處理能力總計達(dá)8.73萬噸,焚燒生活垃圾量2650萬噸,約占生活垃圾產(chǎn)生量的12%。
近些年,美國一些城市對生活垃圾焚燒廠進行了改擴建。如夏威夷2011年擴建一條900噸/日的垃圾焚燒線,焚燒處理總規(guī)模達(dá)到2700噸/日。佛羅里達(dá)州棕櫚灘垃圾焚燒發(fā)電廠也在進行改擴建,原有垃圾焚燒廠1989年投入運行,處理規(guī)模為1800噸/日(2×900噸/日),更新改造后,處理規(guī)模達(dá)2700噸/日(3×900噸/日),預(yù)計2015年投入使用(來源:WASTE MANAGEMENT WORLD 2013)。
美國生活垃圾焚燒廠煙氣處理大多采用干法處理,對垃圾焚燒煙氣排放要求低于歐盟要求,如有關(guān)二噁英的排放要求,1991年對垃圾焚燒煙氣排放要求是0.5-2.0ngTEQ/Nm3,2009年新修訂的的標(biāo)準(zhǔn)提高到0.5ngTEQ/Nm3(來源:Title 40 PART 60)。盡管如此,美國一些生活垃圾焚燒廠也可以建在市區(qū)里,如美國明尼蘇達(dá)州的明尼阿波利斯垃圾焚燒發(fā)電廠就在體育場邊。
二、國外對生活垃圾焚燒對健康和環(huán)境影響的評估
發(fā)達(dá)國家對生活垃圾焚燒廠環(huán)境影響特別是健康影響進行了大量研究,結(jié)果表明,現(xiàn)代化生活垃圾焚燒廠對附近居民健康影響在可以接受的程度范圍內(nèi)。如,德國聯(lián)邦醫(yī)學(xué)協(xié)會在1993年1月發(fā)表的研究報告表明:住在達(dá)標(biāo)的生活垃圾焚燒廠附近,癌癥風(fēng)險可以忽略(來源:http://www.zvaws.de/infos/aerzte.pdf);2004年5月,英國通過對生活垃圾焚燒廠對公共健康影響及流行病研究得出結(jié)論:目前生活垃圾焚燒廠對健康的影響可以忽略(來源:http://archive.defra.gov.uk/environment/waste/statistics/documents/health-summary.pdf);2006年1月,英國公布的一項研究表明:沒有證據(jù)表明生活垃圾焚燒廠對健康有影響,如果有影響,也是非常低的,顯著低于如被動吸煙、飲食或家里發(fā)生事故對健康的影響(來源:http://www.waste-technology.co.uk/News/H_Effects_energy_fromwaste.pdf);2007年,葡萄牙里斯本預(yù)防醫(yī)學(xué)研究所研究表明:垃圾焚燒發(fā)電廠對居住在附近居民的血液中二噁英含量并沒有影響(來源:http://www.sciencedirect.com/);2009年英國致癌委員會研究表明:居住在垃圾焚燒發(fā)電廠附近的居民致癌風(fēng)險非常低,按照現(xiàn)代流行病調(diào)查,達(dá)到差不多監(jiān)測不到的水平(來源:http://www.advisorybodies.doh.gov.uk/);2012年9月,西班牙一項研究表明:Tarragona(塔拉戈納,西班牙東北部城市)垃圾焚燒廠對生活在附近的居民不產(chǎn)生額外的健康風(fēng)險(來源:http://wmr.sagepub.com/content)。
現(xiàn)代化的垃圾焚燒過程實際是減少二噁英的過程。德國研究表明,當(dāng)垃圾被運往焚燒廠時,二噁英含量就已達(dá)50ng/kg。生活垃圾經(jīng)過焚燒后,向空氣中二噁英排放量只相當(dāng)于原有含量的1%,向環(huán)境中所有介質(zhì)排放量為17.63ngTEQ/kg,相當(dāng)于原有含量的35.3%。這說明經(jīng)過焚燒,垃圾中原有二噁英的64.7%得到分解。因此,通過垃圾焚燒處理,環(huán)境中的二噁英凈含量是下降的(TWGComments (2003).TWGComments on Draft 1of Waste Incineration BREF)。
2005年9月,德國環(huán)境部(BMU)在一份報告中指出,“盡管1985年以來,垃圾焚燒規(guī)模增加1倍,由于生活垃圾焚燒廠嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),生活垃圾焚燒已經(jīng)不是大氣中二噁英、重金屬和煙塵等污染物顯著排放源。在德國所有的66個垃圾焚燒裝置中,由于按照法規(guī)要求配置袋式除塵器,二噁英年排放量由400g下降到不足0.5g,下降幅度接近1000倍?!北容^其他工業(yè)排放,該報告中指出,“生活垃圾焚燒污染物排放下降最顯著,在1990年德國生活垃圾焚燒二噁英年排放量約占全部的近三分之一,而到2000年,這一比例下降到不足百分之一”。根據(jù)美國環(huán)境暑(EPA)統(tǒng)計,美國生活垃圾焚燒發(fā)電廠二噁英年排放當(dāng)量從1987年的1000g下降到2002年的12g,而相應(yīng)的露天焚燒庭院垃圾所排放的二噁英當(dāng)量總計要超過600g(Nickolas J.Themelis 2004)。
生活垃圾焚燒處理對溫室氣體的減排也非常顯著。德國環(huán)境部門(UBA)2008年公布的一項報告表明,當(dāng)生活垃圾不宜回收利用后進行焚燒處理是符合生態(tài)要求的處理手段,生活垃圾焚燒并進行能源利用相當(dāng)于替代煤或油化石能源,德國因此每年相當(dāng)于減排975萬噸CO2(德國2007年生活垃圾焚燒量為1780萬噸)。
美國生活垃圾焚燒平均產(chǎn)生電能為520kWh/t,而填埋處理平均產(chǎn)生電能為20kWh/t。2007年美國87座垃圾焚燒發(fā)電廠每天焚燒處理量約為9.5萬噸,發(fā)電能力2500MW,可以滿足2300萬個家庭, 垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)值100億美元,提供了超過6000個就業(yè)崗位及超過4億美元年工資額。2003年1月14日,美國環(huán)保局發(fā)布的報告指出“垃圾焚燒產(chǎn)生的電能與其他來源產(chǎn)生的電能相比,其對環(huán)境影響幾乎是最小的”(Marianne Lamont Horinko 2003)。2009年9月21日,美國環(huán)保局發(fā)布的報告指出,2006年美國生活垃圾焚燒量為3100萬噸,由于對垃圾焚燒進行熱能利用,相當(dāng)于減排1700萬噸二氧化碳當(dāng)量溫室氣體。
2007年10月10日,歐盟環(huán)境署正式將余熱利用率高的垃圾焚燒廠納入回收利用范疇,歐盟調(diào)查發(fā)現(xiàn),填埋比例低,焚燒比例高,則回收利用的比例高,反之則低(見圖1)。
三、我國生活垃圾焚燒處理發(fā)展分析
我國生活垃圾焚燒廠建設(shè)運行時間不長,但發(fā)展速度較快,目前已經(jīng)成為國際生活垃圾焚燒發(fā)電發(fā)展最快的地區(qū)。以江蘇省蘇州市為例,由光大國際以BOT模式在幾年時間內(nèi)先后建成一、二、三期生活垃圾焚燒發(fā)電廠,共有8條焚燒線,總處理規(guī)模達(dá)到3550噸/日,成為單個垃圾焚燒廠焚燒線最多的生活垃圾焚燒發(fā)電廠。
2006年,國家發(fā)改委發(fā)布《國家鼓勵的資源綜合利用認(rèn)定管理辦法》(發(fā)改環(huán)資[2006]1864號),允許原煤摻燒量應(yīng)不超過入爐燃料的20%(重量比),帶動了流化床焚燒技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。這一狀況在2011年后出現(xiàn)變化。國家發(fā)改委關(guān)于完善垃圾焚燒發(fā)電價格政策的通知(發(fā)改價格〔2012〕801號)是使生活垃圾焚燒發(fā)電廠走向規(guī)范的里程碑。
到2014年10月底,國內(nèi)建成并投入運行的生活垃圾焚燒發(fā)電廠約189座,總處理規(guī)模18萬噸,總裝機超過3720MW,其中采用爐排爐焚燒廠的數(shù)量超過了采用流化床爐的焚燒廠數(shù)量。
一批新建的生活垃圾焚燒發(fā)電廠已經(jīng)達(dá)到國際先進水平。深圳市寶安區(qū)老虎坑垃圾焚燒發(fā)電廠成為國內(nèi)規(guī)模最大、余熱利用效率最高的生活垃圾焚燒發(fā)電廠,該廠一、二期總處理規(guī)模為4200t/d(其中一期工程3×400t/d,二期工程4×750t/d),是目前建成的中國最大的垃圾焚燒發(fā)電廠。該項目是由深圳市能源環(huán)保有限公司采用BOT方式進行建設(shè)運行。2013年,二期3000噸/日焚燒發(fā)電廠投入運行以來,噸垃圾焚燒發(fā)電量超過400度,焚燒余熱利用效率創(chuàng)國內(nèi)最高水平。
我國生活垃圾焚燒發(fā)電節(jié)能減排效果顯著。以爐排爐垃圾焚燒發(fā)電廠為例,每噸垃圾可凈產(chǎn)生電力約200KWh,相當(dāng)于減排CO2量150kg。生活垃圾如果被填埋,每噸垃圾理論產(chǎn)氣100m3,其中50%為甲烷,按照填埋場氧化率系數(shù)0.5,我國填埋氣體平均利用率0.2;溫室氣體效應(yīng)按23計算,相當(dāng)于減排330kgCO2。因此,按我國生活垃圾成分,焚燒發(fā)電與填埋處理相比,每噸垃圾減排CO2約為0.48噸。
四、我國生活垃圾焚燒發(fā)電面臨的挑戰(zhàn)
我國生活垃圾焚燒發(fā)電在發(fā)展路徑上面臨三個挑戰(zhàn):
首先是技術(shù)路線選擇。一些非主流或不成熟的焚燒技術(shù)工藝實際運行狀況還沒有得到認(rèn)真總結(jié),優(yōu)先選擇成熟的爐排爐技術(shù)工藝還在形成共識過程中。
其次,規(guī)模小的生活垃圾焚燒發(fā)電廠在建設(shè)機制上需要探索。對于規(guī)模小于300噸-500噸/日的小型垃圾焚燒發(fā)電廠,需要探索投資補貼機制,以便降低垃圾處理補貼費用。
第三,生活垃圾焚燒廠選址規(guī)劃以及環(huán)評機制有待突破。生活垃圾焚燒廠選址落地難、利益平衡難仍然是許多城市面臨的難題,生活垃圾焚燒發(fā)電的節(jié)能減排意義還需要在認(rèn)識宣傳上不斷提高。
提高我國生活垃圾管理水平,需要注意五個方面:
首先,要做好人力資源的培訓(xùn)。我國生活垃圾焚燒廠處在快速發(fā)展階段,對有經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員包括管理人員需求量大,這方面的缺口也大,加強人員培訓(xùn)是提高焚燒廠管理水平面臨的重要任務(wù)。
其次,對于焚燒的廢物種類需要做好統(tǒng)籌與協(xié)同。對于生活垃圾焚燒廠建設(shè)規(guī)劃,需要突破針對單一生活垃圾的局限性。與生活垃圾特性類似的工業(yè)垃圾、大件垃圾、農(nóng)林生物質(zhì)類垃圾如秸稈、城市污水廠污泥以及醫(yī)療垃圾(經(jīng)過消毒滅菌)等可統(tǒng)籌規(guī)劃,實現(xiàn)多種固廢集約化焚燒處理。
第三,各項排放指標(biāo)要達(dá)到先進水平,實現(xiàn)低排放。如:高效煙氣脫酸處理,高效脫硝處理,爐渣回收利用,飛灰妥善處理等。
第四,要完善日常管理與記錄,保障生活垃圾焚燒廠安全、穩(wěn)定運行。運營管理規(guī)范化,公開、透明、及時,運營數(shù)據(jù)網(wǎng)上在線。
第五,推進制度建設(shè)。通過引入質(zhì)量管理體系、環(huán)境管理體系和職業(yè)健康安全管理體系,保障管理水平持續(xù)提高。
(責(zé)任編輯:趙靜)