張晟義
(新疆財經(jīng)大學(xué) 工商管理學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830012)
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·區(qū)域經(jīng)濟·
新疆城市生活垃圾資源能源化開發(fā)的效益估算及空間布局
張晟義
(新疆財經(jīng)大學(xué) 工商管理學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830012)
內(nèi)容提要:生活垃圾基于生物質(zhì)能技術(shù)的能源化利用是實現(xiàn)其減量化、資源化和無害化利用的一個重要途徑。新疆城市生活垃圾處置不當引發(fā)了較為嚴重的環(huán)境污染和資源浪費問題。本文在闡述了新疆城市生活垃圾清運和處理基本情況的基礎(chǔ)上,根據(jù)IPCC(1995)經(jīng)驗公式ECH4計算出新疆城市生活垃圾的產(chǎn)氣總量,以估算其能源化的潛在效益;同時通過城市人口數(shù)來估算作為城市生活垃圾地溝油的資源量及其生物柴油的生產(chǎn)潛力。綜合上述情況及相關(guān)因素,本文提出未來新疆城市生活垃圾能源化開發(fā)的空間布局。
生物質(zhì)能;生物柴油;生活垃圾;地溝油
據(jù)調(diào)查,新疆中小城市生活垃圾大部分采用露天堆放或簡易填埋,場地未做任何防滲處理,滲瀝液和廢氣均沒有進行配套設(shè)施建設(shè),這就導(dǎo)致:一方面垃圾發(fā)酵、降解產(chǎn)生的惡臭嚴重影響了周圍居民的生活環(huán)境(杜珺,2013);另一方面,大量的生活垃圾未經(jīng)無害化和能源化處理就進行填埋,使得資源浪費嚴重。進入21世紀以來,循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展理念持續(xù)高漲。其中,生活垃圾的減量化、資源化和無害化利用已在全社會形成強烈的共識。而生活垃圾基于生物質(zhì)能技術(shù)的能源化利用則是實現(xiàn)其“三化”的一個重要途徑。
本文首先分析新疆城市生活垃圾清運和處理的基本情況,以顯示其資源稟賦;其次根據(jù)IPCC(1995)經(jīng)驗公式ECH4計算出新疆城市生活垃圾的產(chǎn)氣總量,以估算其能源化的潛在效益;再次通過城市人口數(shù)來估算地溝油資源量及生物柴油的生產(chǎn)潛力;最后,綜合相關(guān)因素提出未來新疆城市生活垃圾的能源化開發(fā)的空間布局。
城市生活垃圾主要是由居民生活垃圾、商業(yè)和服務(wù)業(yè)垃圾、少量建筑垃圾等廢棄物所構(gòu)成的混合物。
其成分和產(chǎn)量受很多因素的影響,如城市人口、居民收入、燃料結(jié)構(gòu)、飲食習慣、城市建設(shè)以及季節(jié)變化等。
根據(jù)新疆城鎮(zhèn)生活垃圾調(diào)查資料,春季除正常垃圾產(chǎn)出外,過冬衛(wèi)生死角集中產(chǎn)出較多,約占全年的35%;夏季、冬季各占20%;秋季主要是建筑垃圾較多,約占全年的25%;冬季城市垃圾以生活垃圾為主。生活垃圾含水率隨季節(jié)的不同而不同,每年的5—10月垃圾含水率為30%左右,每年的1—4月為25%左右,垃圾平均容重為0.4~0.5噸/立方米。根據(jù)《2013年新疆統(tǒng)計年鑒》,2012年新疆22個主要城市的生活垃圾清運和處理情況如表1所示:
表1 2012年新疆各地區(qū)城市生活垃圾清運和處理情況
注:表中無害化處理數(shù)據(jù)均為二級以上無害化處理廠數(shù)據(jù)。
從表1可以看出,生活垃圾清運量列前六位的城市分別是:烏魯木齊市(136.11萬噸)、庫爾勒市(26.88萬噸)、伊寧市(22.46萬噸)、昌吉市(19.77萬噸)、喀什市(19萬噸)和哈密市(18.1萬噸),這六個城市的生活垃圾清運量占到全部22個城市生活垃圾清運量的68.71%。
目前將城市生活垃圾轉(zhuǎn)化為能源的方法有垃圾填埋氣法、垃圾焚燒發(fā)電法等,按照胡秀蓮等(2002)的研究和計算,我國城市中每人每天的生活垃圾量在0.66~2.62千克之間,平均為1.16千克/天·人。根據(jù)IPCC(the Intergovernmental Panel on Climate Change Guidelines,1995)推薦的經(jīng)驗公式來計算生活垃圾的產(chǎn)氣總量*徐新華.垃圾中甲烷產(chǎn)率計算及全國垃圾甲烷氣資源估算[J].自然資源學(xué)報,1997,(1):89-93.,其公式為:
ECH4=MSW×H×DOC×R×(16/12)×0.5
(1)
公式(1)中,ECH4為垃圾填埋場的甲烷排放量;MSW為城市垃圾量;Η為城市垃圾填埋率,一般各城市的H值均視為100%,而本文認為,如果H按建議值100%來計算,有可能過高估計新疆城市垃圾用于能源化開發(fā)的潛在能力,因此,本文將按實際的生活垃圾處理率來界定各城市的H值;DOC為垃圾中可降解有機碳的含量,IPCC推薦發(fā)展中國家該值為15%;R為垃圾中可降解有機碳的分解百分率,IPCC推薦值為77%;16/12為CH4和C之間的轉(zhuǎn)換系數(shù);0.5為CH4中碳和總碳的比率。
1.新疆垃圾產(chǎn)甲烷量并折標煤量的地區(qū)分布。根據(jù)公式(1)計算得出,新疆全年垃圾可以產(chǎn)生甲烷25.51萬噸;而根據(jù)工業(yè)沼氣0.857的折標系數(shù),這相當于21.862萬噸標準煤產(chǎn)生的能源潛力。新疆垃圾產(chǎn)甲烷量并折標煤量的地區(qū)分布如圖1所示:
圖1:新疆垃圾產(chǎn)甲烷量并折標煤量的地區(qū)分布
從圖1可知,在新疆生活垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量上,排名前6位的城市是:烏魯木齊市(8.212 萬噸)、庫爾勒市(1.697萬噸)、伊寧市(1.482萬噸)、昌吉市(1.287萬噸)、哈密市(1.181萬噸)和喀什市(1.122萬噸)。排名前6位的城市與新疆城市生活垃圾資源量排名前6位的城市比較吻合。分析認為,這種一致性主要由新疆城市生活垃圾處理率的相似性決定的。
2.新疆主要城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤的人均擁有量(噸/人)。從人均角度考察新疆主要城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量上的差異,計算結(jié)果如圖2所示。
圖2:新疆主要城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤的人均擁有量
從圖2可以發(fā)現(xiàn),在新疆城市人均垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量上,克拉瑪依市的排名躍居第1位(0.060噸/人),而其后的昌吉市的人均量相比之下減少近一半(0.035噸/人)。排其后4位城市的人均量分別是:烏魯木齊市(0.033噸/人)、庫爾勒市(0.031噸/人)、和田市(0.030噸/人)和伊寧市(0.029噸/人)??梢钥闯?,排名前6位的城市中除克拉瑪依市外,后5個城市的人均量差異不大。其中,烏魯木齊市雖然折標煤總量最大,但由于人口也最多,因而使其人均排名退居第3位。
3.新疆主要城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量的密度(萬噸/平方公里)。從空間角度考察新疆主要城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量上的差異,計算結(jié)果如圖3所示。
圖3:新疆主要城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量的密度
從圖3可以發(fā)現(xiàn),新疆城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量在單位面積上,克拉瑪依市的折標煤量也排名第1位,而其后的昌吉市的密度相比之下大大減少。密度排名前6位的城市分別是:克拉瑪依市(0.060)、昌吉市(0.035)、烏魯木齊市(0.033)、庫爾勒市(0.031)、和田市(0.030)和伊寧市(0.029)。
生活垃圾中,有一部分是餐廚廢油(地溝油),如餐廚廢油混入生活垃圾中直接燃燒,既降低燃燒效率,又浪費了資源。除了傳統(tǒng)的衛(wèi)生填埋以及目前在一些城市開展的生活垃圾焚燒發(fā)電或填埋氣發(fā)電外,還可利用生物技術(shù)對生活垃圾進行處理,其中一種處理方式是餐廚廢油制生物柴油。
有關(guān)地溝油資源量的估算方法有多種。其中,肖志元(2010)估計新疆2006年主要城市地溝油可獲得量為25.01萬噸。在考慮收集難度、預(yù)處理效率及地下經(jīng)濟侵擾等情況下,本文采用比較謹慎的一種方法進行估算。根據(jù)文獻,餐廚廢油(地溝油)的產(chǎn)生量可以按照城市人口每萬人每年產(chǎn)生7.5噸地溝油的比率來計算(徒向東,2009),而每噸地溝油可以生產(chǎn)0.9噸生物柴油*中國生物航空煤油商用獲批 地溝油制成飛機燃油[EB/OL].網(wǎng)易新聞,2014-02-12.。由此,本研究以新疆2012年主要城市的人口數(shù)來估算其地溝油資源量及生物柴油生產(chǎn)潛力,估算結(jié)果如表2所示。
表2 2012年新疆主要城市地溝油資源量
從表2可以看到,2012年新疆主要城市的地溝油資源量為6714.23噸。其中,烏魯木齊市、石河子市、庫爾勒市、伊寧市、阿克蘇市、喀什市、哈密市、昌吉市是新疆餐廚廢油(地溝油)資源量較大的城市,烏魯木齊市的資源量就占到全疆的近1/3。但是,與內(nèi)地省份的城市相比,新疆的城市人口數(shù)總體上偏少,相應(yīng)的餐廚廢油(地溝油)資源量比較有限。因此,以餐廚廢油(地溝油)生產(chǎn)生物柴油的總體規(guī)模也很有限——只能作為新疆生物柴油產(chǎn)業(yè)的一個輔助方面。
(一)新疆已立項或建設(shè)的生活垃圾能源化處理項目的城市分布
截至2015年3月,新疆已立項或建設(shè)的生活垃圾能源化處理項目及其城市空間分布如表3所示。
表3 新疆已立項或建設(shè)的生活垃圾能源化處理項目及其城市空間分布情況
巴州澳華油脂有限公司餐廚廢棄物處理300噸/天生物柴油項目庫爾勒市 項目已由兵團第二師發(fā)改發(fā)〔2014〕57號文件批準建設(shè)。巴州澳華油脂有限公司餐廚廢棄物資源化利用和無害化處理300噸/天生物柴油項目,計劃總投資20043.95萬元(其中建設(shè)投資14351.73萬元,流動資金5692.23萬元;申請銀行貸款13043.95萬元,企業(yè)自籌7000萬元)。項目位于兵團第二師鐵門關(guān)市庫西工業(yè)園區(qū),計劃占地面積133340平方米,總建筑面積15189平方米。勞動定員115人,全年工作日300天,8小時工作制,每天三班制。建設(shè)內(nèi)容主要包括前處理車間、分提車間、生物柴油車間、包裝車間和罐區(qū)。2014年12月16日,環(huán)評工作(巴州綠環(huán)環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究所承擔)第一次由公眾參與公示。建設(shè)中
①據(jù)了解,恒泰國際環(huán)??萍及l(fā)展有限公司研發(fā)的世界首創(chuàng)“垃圾環(huán)保再生煤專利”技術(shù)以生活垃圾為主要原材料,結(jié)合公司研發(fā)的專用添加劑,經(jīng)過一系列化學(xué)、物理反應(yīng),結(jié)合垃圾環(huán)保再生煤專用機械設(shè)備派生出另一種可供利用的新能源資源產(chǎn)品。該成果已申請國家、國際發(fā)明專利,經(jīng)過權(quán)威監(jiān)測符合并達到國家、國際標準。
注:該表是課題組結(jié)合文獻資料、訪談和調(diào)研等信息內(nèi)容整理而成。
通過表3可以看出,目前新疆城市生活垃圾的能源化利用主要試圖采取4種方式:垃圾焚燒發(fā)電(石河子天富熱電)、垃圾填埋氣發(fā)電(烏魯木齊市)、沼氣利用項目(克拉瑪依市擬進行)和餐廚廢油轉(zhuǎn)化生物柴油(庫爾勒宏久擬進行)。總體上,新疆城市生活垃圾的能源化利用才剛剛展開,涉足這一領(lǐng)域的企業(yè)少,上下游分工和協(xié)作不成熟,可以說,還未形成一個產(chǎn)業(yè)。
目前新疆已立項/建設(shè)的城市生活垃圾能源化處置項目還很不成熟,仍然需要進一步做好前期工作,同時要做好投產(chǎn)后的運營管理工作,不斷積累知識和經(jīng)驗,才能為今后新疆其他城市的生活垃圾的能源化處理提供借鑒。其中,石河子市的項目,建議今后應(yīng)將周邊緊鄰的瑪納斯縣(縣城距石河子市12公里)等納入垃圾收集和處理的范圍,將其作為項目的原料中轉(zhuǎn)站,以提高項目的規(guī)模性和設(shè)備利用率。據(jù)報道,2012年動工的石河子垃圾焚燒發(fā)電項目,建設(shè)規(guī)模為1×12MW,計劃上馬兩臺日處理500噸的循環(huán)流化床焚燒爐,日處理垃圾能力達800噸(最大日處理量1000噸),年處理能力達29萬噸。而2012年石河子市的生活垃圾年產(chǎn)量為12.7萬噸,日產(chǎn)量為347.95噸,即使上馬1臺日處理500噸的焚燒爐(不考慮設(shè)備檢修停產(chǎn)時間),也存在原料缺口。
(二)新疆城市生活垃圾資源能源化利用的城市空間布局
“十二五”期間,除了烏魯木齊市和石河子市以外,新疆絕大部分城市/城鎮(zhèn)還不具備生活垃圾能源化利用的主客觀條件。新疆絕大部分城市/城鎮(zhèn)對生活垃圾僅作無害化處理,其無害化處置體系建設(shè)包括:無害化處理設(shè)施、收運轉(zhuǎn)運體系建設(shè)、存量整治工程、餐廚垃圾專項工程、垃圾分類示范工程、監(jiān)管體系建設(shè)。2012年4月《國務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā) “十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的通知》(國辦發(fā)〔2012〕23號)正式下發(fā),其中,兵團城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)被納入《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中?!兑?guī)劃》中兵團“十二五”期間城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)總投資12.3億元,總處理能力達到2232噸/天,處理方式仍然為衛(wèi)生填埋,但通過國家支持,新疆兵團城鎮(zhèn)的垃圾分類設(shè)施、垃圾處理能力、新建處理能力、新增轉(zhuǎn)運能力和運輸能力都將會有一個提升。通過新疆城市/城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處置體系建設(shè),為“十三五”期間及以后適時上馬生活垃圾能源化工程奠定了條件和基礎(chǔ),為未來的生活垃圾能源化工程創(chuàng)造了物質(zhì)條件和管理基礎(chǔ)。
目前,除烏魯木齊市等少數(shù)城市外,新疆的城市規(guī)模普遍偏小。一般而言,烏魯木齊市等大中城市垃圾清運填埋相對比較規(guī)范,易于收集利用,是能源產(chǎn)業(yè)化利用的重點地區(qū),而縣級以下城鎮(zhèn)雖然生活垃圾產(chǎn)生量較小,但卻在逐年增加,因此,縣級以下城鎮(zhèn)也將成為能源化利用的潛在區(qū)域。本文在綜合考慮資金、資源等因素的基礎(chǔ)上,提出未來新疆城市生活垃圾資源能源化處置和利用的總體布局。
1.“十三五”中期,新疆城市生活垃圾能源化處置的空間布局。2014年7月,國家發(fā)改委發(fā)布《國家重點推廣的低碳技術(shù)目錄》,生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)入選該《目錄》。預(yù)計未來5年,國家將在該領(lǐng)域投入260億元,屆時生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在市政生活垃圾處理領(lǐng)域的推廣比例可達30%,日處理垃圾量可達10萬噸以上,可形成年碳減排能力765萬噸二氧化碳。這為新疆生活垃圾處理提供了機遇。
“十三五”中期及以后,可以考慮在新疆的一些中等城市實施生活垃圾的能源化處置。按優(yōu)先度排名,備選城市包括:庫爾勒市、克拉瑪依市、伊寧市和昌吉市。這些城市在“生活垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量”、“人均垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量”、“單位面積城市垃圾產(chǎn)甲烷并折標煤量”等指標上均排入前6名。*烏魯木齊市和石河子市已有立項,本文不納入考慮。
2.“十三五”后期和遠期,新疆城市生活垃圾能源化處置的空間布局。預(yù)計到“十三五”后期,隨著城市化步伐的加快,隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的不斷集聚,一方面垃圾產(chǎn)生量將增大,另一方面歷史上填埋的垃圾量也不斷累積而增長,因此可以適時在新疆的一些中等城市進行能源化處置的準備。備選城市按優(yōu)先度排名,包括:喀什市、哈密市、和田市、阿克蘇市、博樂市和吐魯番市。其中,喀什市的布局,應(yīng)將周邊緊鄰的疏附縣(16公里內(nèi))、疏勒縣(11公里內(nèi))、阿克陶縣(遠期)的垃圾量納入其中,將其作為喀什項目的原料中轉(zhuǎn)站,以提高項目的規(guī)模性和設(shè)備利用率。
新疆還有許多生活垃圾產(chǎn)生量較小的城市,主要是:圖木舒克市(1.15萬噸/年)、北屯市(1.87萬噸/年)、阿拉爾市(2.5萬噸/年)、阜康市(2.93萬噸/年)、阿圖什市(3萬噸/年)、阿勒泰市(3.2萬噸/年)和五家渠市(3.65萬噸/年)。結(jié)合目前的垃圾量增長態(tài)勢、區(qū)域相關(guān)政策安排、資金和技術(shù)等因素考慮,預(yù)計“十三五”以后的相當長時期,這些城市仍將以衛(wèi)生填埋為主的方式來處理生活垃圾。
新疆其他諸多縣城(建制鎮(zhèn))的生活垃圾產(chǎn)生量更小,預(yù)計“十四五”以后的較長的時期內(nèi)也仍將以衛(wèi)生填埋處理方式為主。但是,可以在項目布局上為遠期潛在的能源化處理預(yù)留適當?shù)慕涌诤涂臻g。
3.新疆城市生活垃圾中的餐廚廢油制生物柴油的城市空間布局。生活垃圾中的餐廚廢油,一部分被合法地收集,成為工業(yè)原料;一小部分在餐廚系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)使用;還有一部分被排入地下管網(wǎng),污染環(huán)境,且有可能被非法掏挖提煉,進而使地溝油走上餐桌。因而,新疆城市餐廚廢油制生物柴油的空間布局應(yīng)考慮一些重要因素:原材料總量、垃圾分類投放和處置體系是否完善、打擊和杜絕地溝油非法行為的力度等。目前,除烏魯木齊市以外,新疆各主要城市(餐廚廢油)原材料總量太少。由于這個約束,從2014年到整個“十三五”期間,除烏魯木齊市外,新疆絕大部分城市缺乏上馬以餐廚廢油為主要原料的生物柴油項目的條件。新疆各城市(包括烏魯木齊)還未建立起成熟完善的垃圾分類投放和處置體系,特別是城市生活垃圾分類投放和處置公眾參與度也很低。如果能夠有力地打擊和杜絕地溝油非法行為,能加快建立健全城市餐廚廢油收集系統(tǒng),那么,餐廚廢油制生物柴油前景將比較樂觀。但是,已有的研究表明,新疆的垃圾分類收集試點并未取得明顯實效,情況不容樂觀。此外,新疆大部分城市并未建立健全餐廚廢油收集系統(tǒng)。張晟義(2014)指出,新疆在少數(shù)幾個大中城市的垃圾分類收集體系需要很長時間才能成熟起來。而缺乏成熟的垃圾分類體系和處置體系,就無法進一步分離和有效地、成規(guī)模地利用生活垃圾中的餐廚廢油。
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(責任編輯:易正蘭)
Energy Application of Municipal Solid Waste Resources in Xinjiang:Benefit Estimation and Spatial Layout
Zhang Shengyi
(Xinjiang University of Finance and Economics, Urumqi 830012,China)
The energy utilization of solid waste based on biomass energy technology is a crucial way to make itreduced, recycling and environmentally sound. Improper disposal of municipal solid waste caused serious environmental pollution and resources waste in Xinjiang. In order to get resourceendowment, this paper firstly explores the basic situation of municipalsolid wastecollection and disposal in Xinjiang, then calculates the total rate of municipal waste gas according to the IPCC (1995) empirical formula ECH4to estimate the potential benefits of its energy application. Moreover, it also estimates the gutter oil resources and the potentials of biodiesel production based onurban populations. Eventually, integrating related factors, the paper proposes a new spatial layout for the energy-oriented development of municipalsolid waste in Xinjiang.
Biomass Energy;Biodiese;Solid Waste; Gutter Oil
2016-06-02
國家軟科學(xué)研究計劃項目“新疆生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的空間布局、時間序列及政策保障”(2011GXQ4D082);教育部人文社會科學(xué)規(guī)劃基金項目“生物質(zhì)能視角下的黑色化涉農(nóng)(食品)供應(yīng)鏈治理”(12YJAZH198);國家自然科學(xué)基金項目“地溝油地下經(jīng)濟的生成機理及其對能源生物質(zhì)供應(yīng)體系的損害”(71362032);教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃資助項目“中國情境下的農(nóng)產(chǎn)品(食品)質(zhì)量安全事件:損害機理與供應(yīng)鏈反應(yīng)”(NCET-12-1074)
張晟義(1970-),男,教授,博士,新疆普通高等學(xué)校人文社會科學(xué)重點研究基地——新疆企業(yè)發(fā)展研究中心研究員,研究方向:運營管理、涉農(nóng)供應(yīng)鏈管理、能源生物質(zhì)物流管理。
F426.1
A
1007-8576(2016)04-0037-08
10.16716/j.cnki.65-1030/f.2016.04.004