李　劍， 王葉紅， 戴雅瑞， 盛力偉

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 農(nóng)村能源中心， 黑龍江 哈爾濱　150040； 2.農(nóng)業(yè)部對(duì)外經(jīng)濟(jì)合作中心， 北京　100125； 3.黑龍江龍能偉業(yè)環(huán)境科技股份有限公司， 黑龍江 哈爾濱　150001 )

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我國(guó)城市生活垃圾處理氣-熱-電聯(lián)產(chǎn)模式探索

李劍1， 王葉紅2， 戴雅瑞3， 盛力偉1

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 農(nóng)村能源中心， 黑龍江 哈爾濱150040； 2.農(nóng)業(yè)部對(duì)外經(jīng)濟(jì)合作中心， 北京100125； 3.黑龍江龍能偉業(yè)環(huán)境科技股份有限公司， 黑龍江 哈爾濱150001 )

文章闡述了目前我國(guó)城市生活垃圾處理現(xiàn)狀，深入分析了各類生活垃圾處理技術(shù)，結(jié)合我國(guó)城市生活垃圾的組成特性，提出了氣-熱-電聯(lián)產(chǎn)模式是適合我國(guó)國(guó)情的城市生活垃圾綜合利用處理模式。通過(guò)對(duì)該模式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，表明該模式必將促進(jìn)我國(guó)可再生能源產(chǎn)業(yè)更好更快的發(fā)展。

城市生活垃圾； 綜合利用； 氣熱電聯(lián)產(chǎn)； 模式

1　我國(guó)城市生活垃圾處理現(xiàn)狀

1.1生活垃圾產(chǎn)量分析

近年我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城市生活垃圾產(chǎn)生量每年以約10%的速度迅猛增長(zhǎng)，城市人均年生活垃圾產(chǎn)生量約為 450～500 kg，處理城市生活垃圾，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化和再資源化，消除城市垃圾的污染已成為我國(guó)必須解決的重大問(wèn)題[1-2]。2012年全國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量達(dá)到1.71億噸；2013年，全國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量為1.73億噸，無(wú)害化日處理能力為49.3萬(wàn)噸，無(wú)害化處理量為1.54億噸，無(wú)害化處理率為89%[3]。隨著人們環(huán)保維權(quán)意識(shí)的持續(xù)增強(qiáng)，新建垃圾處置設(shè)施的難度越來(lái)越大，許多城市現(xiàn)有垃圾處理能力已接近飽和或超負(fù)荷，面臨垃圾圍城的困境[4]。

1.2生活垃圾成分分析

當(dāng)前我國(guó)城市生活垃圾的突出特點(diǎn)是含水率高，一般為45%～65%；熱值低，一般在4200 kJ·kg-1左右；有機(jī)成分高，廚余類有機(jī)生活垃圾部分約占40%～60%；垃圾中可回收成分低，約占10%～25%。經(jīng)濟(jì)生活水平低的城市的生活垃圾熱值低、煤灰等成分相對(duì)較高；城市人口基數(shù)大、氣候干燥的城市生活垃圾的熱值相對(duì)較高，煤灰的含量較低；南方的城市生活垃圾中有機(jī)物的含量較高，基本上在40%～75%之間；而經(jīng)濟(jì)生活水平和消費(fèi)水平較高的東部地區(qū)生活垃圾的易回收的廢品含量相對(duì)較高[5]。

1.3生活垃圾處理現(xiàn)狀分析

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2013》，2012年我國(guó)垃圾無(wú)害化處理總量達(dá)14489萬(wàn)噸，其中垃圾填埋量達(dá)10512萬(wàn)噸，占總量的72.6%，焚燒處理量達(dá)3584萬(wàn)噸，占總量的24.7%[6]，由此看出，垃圾處理方式目前仍以衛(wèi)生填埋為主，而焚燒處理技術(shù)應(yīng)用發(fā)展較快。這與我國(guó)當(dāng)前完全不加分類處理的混合收集模式有關(guān)，加上農(nóng)業(yè)肥料需求季節(jié)性較強(qiáng)，由此導(dǎo)致堆肥技術(shù)市場(chǎng)萎靡，這一變動(dòng)從另一個(gè)層面說(shuō)明，以綜合處理為代表的其他處理方式開(kāi)始迅速搶占新增市場(chǎng)。

2　不同垃圾處理技術(shù)比較

2.1衛(wèi)生填埋技術(shù)

衛(wèi)生填埋是歐洲國(guó)家和其它許多國(guó)家處理城市垃圾的主要措施，由于有著操作管理簡(jiǎn)單、處理量大、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此廣為各國(guó)采用，并把它作為垃圾最終的處理手段，特別對(duì)于發(fā)展中國(guó)家的城市來(lái)說(shuō)，是一種適合的垃圾處理手段[7-9]。衛(wèi)生填埋技術(shù)主要缺點(diǎn)包括： 1)垃圾填埋需要極大的空間，相對(duì)浪費(fèi)土地資源； 2)垃圾填埋后在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還產(chǎn)生很多危險(xiǎn)因素，填埋體內(nèi)物質(zhì)的不可及性也給有害物質(zhì)的確定和處理帶來(lái)很大的困難； 3)填埋區(qū)滲漏液的收集和處理成本非常高[10-12]。

2.2生活垃圾堆肥技術(shù)分析

我國(guó)是采用生活垃圾堆肥技術(shù)較早的國(guó)家，開(kāi)展過(guò)機(jī)械化程度較高的動(dòng)態(tài)高溫堆肥研究和開(kāi)發(fā)，并取得了積極成果，目前已經(jīng)形成了一整套的堆肥技術(shù)[13]。其中蚯蚓堆肥技術(shù)，充分利用了傳統(tǒng)堆肥與蚯蚓處理的優(yōu)點(diǎn)，而避免了各自的缺陷[14]。垃圾堆肥處理能降低Hg，Pb，Cr，As這4種元素的生物活性和毒性[15]。但堆肥技術(shù)必須將垃圾先進(jìn)行分類后再將易腐有機(jī)物發(fā)酵，才能有效防止重金屬的滲入，從而保證有機(jī)肥產(chǎn)品達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，真正實(shí)現(xiàn)垃圾處理的無(wú)害化和資源化[16]。堆肥處理的優(yōu)點(diǎn)在于： 1)建設(shè)、投資成本適中； 2)技術(shù)簡(jiǎn)單； 3)有機(jī)物分解后可作為肥料再利用。缺點(diǎn)在于： 1)堆肥處理周期較長(zhǎng)，占地面積大，衛(wèi)生條件差； 2)堆肥生產(chǎn)的產(chǎn)品屬于農(nóng)家肥，肥效差，銷售相對(duì)困難[17-18]。

2.3生活垃圾焚燒技術(shù)分析

我國(guó)的垃圾焚燒處理起步較晚，由于受經(jīng)濟(jì)水平的限制，長(zhǎng)期以來(lái)發(fā)展較為緩慢[19]。焚燒處理技術(shù)的特點(diǎn)是處理量大，減容性好，無(wú)害化徹底，焚燒過(guò)程產(chǎn)生的熱量用來(lái)發(fā)電或者供暖可以實(shí)現(xiàn)垃圾的能源化[20]。目前在世界眾多發(fā)達(dá)國(guó)家得到普遍應(yīng)用。但垃圾焚燒也存在環(huán)境污染隱患，垃圾焚燒是二噁英的主要的排放源之一，二噁英排放則是垃圾焚燒處理中最引人關(guān)注的問(wèn)題[21]。焚燒處理的優(yōu)點(diǎn)是占地面積小，減容、減量效果好(焚燒后的殘?jiān)w積減少90%以上，重量減少80%以上)，處理徹底，同時(shí)焚燒過(guò)程產(chǎn)生的熱量用來(lái)發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)垃圾的能源化[22]。該方法的不足之處在于： 1)焚燒產(chǎn)生的煙氣必須凈化，凈化技術(shù)難度大，容易產(chǎn)生二次環(huán)境污染； 2)建設(shè)投資巨大，經(jīng)濟(jì)效益不夠理想，每處理100噸垃圾的建設(shè)成本通常在4干萬(wàn)元以上，而在多數(shù)情況下，焚燒所產(chǎn)生的電能價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期的銷售額,給當(dāng)?shù)卣粝戮揞~虧損； 3)運(yùn)行成本高。焚燒處理要求垃圾的熱值大于3.35 MJ·kg-1，否則，必須添加助燃劑，這將使運(yùn)行費(fèi)用增高,使得一般城市難以承受。

3　生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式提出

填埋、焚燒及有機(jī)堆肥這當(dāng)前垃圾處理的3種主要方法各有利弊，具體方案選型需要綜合考慮垃圾構(gòu)成、經(jīng)濟(jì)狀況、地理狀況、環(huán)境污染等多方面因素。但厭氧發(fā)酵技術(shù)能較好地實(shí)現(xiàn)生活垃圾的資源化、無(wú)害化和減量化。2006年，歐洲運(yùn)行和建造的厭氧發(fā)酵廠總數(shù)達(dá)到124 座。目前，厭氧發(fā)酵技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐步發(fā)展，逐步建設(shè)厭氧發(fā)酵處理廠。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在過(guò)去的10年中采用厭氧消化技術(shù)處理城市生活垃圾的處理廠增加了75%[23]。無(wú)論從能源再利用還是垃圾減量化的角度，厭氧發(fā)酵處理都代表著垃圾處理的處理方向，這對(duì)加快能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)具有十分重要的意義[24-25]。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們生活水平的提高，垃圾成分愈發(fā)復(fù)雜，有機(jī)物、人工合成材料增多。這種現(xiàn)狀要求垃圾處理方法，應(yīng)由單一處理方法向多種方法、互助配合、共同處理的綜合處理轉(zhuǎn)變。這種綜合處理方法的內(nèi)涵是：將多種生活垃圾處理處置技術(shù)以適當(dāng)?shù)姆绞接袡C(jī)地結(jié)合在一起，形成完整的處理系統(tǒng)，每種處理技術(shù)或設(shè)施僅處理適宜的生活垃圾組分，從而改善生活垃圾處理的效果，降低生活垃圾處理的費(fèi)用，在生活垃圾無(wú)害化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)生活垃圾的資源化。

由此，筆者提出生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式，該模式具體流程為：進(jìn)入垃圾資源再生利用中心的生活垃圾、市政污泥、農(nóng)作物秸稈經(jīng)預(yù)處理分選后，其中：市政污泥與農(nóng)作物秸稈混合后送至濕發(fā)酵車間，發(fā)酵產(chǎn)生的沼渣經(jīng)固液分離后與市政生活垃圾中分選出的有機(jī)質(zhì)部分混合送至干發(fā)酵車間，厭氧發(fā)酵生產(chǎn)的沼氣經(jīng)提純后生產(chǎn)生物天然氣，生物天然氣可直接接入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)或進(jìn)入汽車加氣站；厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼渣經(jīng)干化后，與生活垃圾中分選出的可燃物混合制成垃圾衍生燃料(RDF)，用于熱、電聯(lián)產(chǎn)。電能可按照國(guó)家分布式能源相關(guān)政策接入國(guó)家電網(wǎng)，熱能部分除自用外，可為周邊企業(yè)或居民供熱。

垃圾填埋、焚燒、有機(jī)堆肥及垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式相比，各垃圾處理方法的優(yōu)劣見(jiàn)表1，通過(guò)表1可以看出生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式相比其他垃圾單獨(dú)處理技術(shù)有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

圖1　生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式流程

4　氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)創(chuàng)新模式提出后，黑龍江某公司于2013年6月在哈爾濱市通河縣開(kāi)展了項(xiàng)目建設(shè)，目前已完成整體建設(shè)，正在進(jìn)行設(shè)備調(diào)試，預(yù)計(jì)2016年12月完工。項(xiàng)目總投資1.2億元，總占地面積39441m2，項(xiàng)目建成后可處理通河縣6鎮(zhèn)2鄉(xiāng)共計(jì)23.9萬(wàn)人口所產(chǎn)生的全部生活垃圾，生活垃圾年處理總量為8.7萬(wàn)噸，生活垃圾經(jīng)過(guò)沼化及焚燒處理后，年產(chǎn)生物天然氣365萬(wàn)m3，年發(fā)電2376萬(wàn)度，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)通河工業(yè)園區(qū)40萬(wàn)m2的集中供熱。

表1　不同垃圾處理方法優(yōu)劣比較

通河項(xiàng)目采用生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)工藝，先對(duì)垃圾進(jìn)行分選，分選出的有機(jī)垃圾直接運(yùn)送至發(fā)酵倉(cāng)內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，產(chǎn)生的沼氣提純后作為車用天然氣給汽車加氣使用，發(fā)酵后產(chǎn)生的沼渣及垃圾中的可燃物作為電廠燃料使用。

主要工程內(nèi)容：垃圾中轉(zhuǎn)站、垃圾分選及發(fā)酵、沼氣提純壓縮處理、沼渣干化、垃圾焚燒發(fā)電供熱；主要建構(gòu)筑物及附屬設(shè)施：垃圾處理車間、提純壓縮車間、垃圾發(fā)電廠、綜合樓、場(chǎng)內(nèi)道路及其所有配套的附屬設(shè)施。項(xiàng)目主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2　主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表

5　結(jié)論

(1)文章深入對(duì)比分析了填埋、堆肥及焚燒等生活垃圾處理技術(shù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外生活垃圾處理現(xiàn)狀，創(chuàng)新性地提出生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式。

(2)通過(guò)生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式在哈爾濱市通河縣的應(yīng)用，項(xiàng)目建成后生活垃圾年處理總量為8.7萬(wàn)t，年產(chǎn)生物天然氣365萬(wàn)m3，年發(fā)電2376萬(wàn)度，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)通河工業(yè)園區(qū)40萬(wàn)m2的集中供熱，每年可減排二氧化碳3.34萬(wàn)t，節(jié)約標(biāo)煤1.34萬(wàn)t。

(3)生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)創(chuàng)新模式的實(shí)施為解決我國(guó)生活垃圾處理問(wèn)題找到了一條科學(xué)的出路，項(xiàng)目不僅提供了一個(gè)高效利用垃圾的方法，而且減少了環(huán)境污染物的排放，改善了城鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境，項(xiàng)目產(chǎn)生的生物燃?xì)?、電能和熱能既?jié)約了能源、又實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

(4)生活垃圾氣熱電聯(lián)產(chǎn)模式無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)效益，還是從社會(huì)環(huán)境效益上都有極大的優(yōu)勢(shì)，所以該模式必將促進(jìn)我國(guó)可再生能源產(chǎn)業(yè)更好更快地發(fā)展。

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Exploration on Gas-heat-power Cogeneration Mode for MSW Treatment in China /

LI Jian1, WANG Ye-hong2, DAI Ya-rui3, SHENG Li-wei1/

(1.Rural Energy Engineering Technology Center, Heilongjiang Institute of Agriculture Mechanical Engineering Science, Haerbin 150040，China； 2.Foreign Economic Cooperation Center, Beijing 100125，China； 3. Heilongjiang Longneng Weiye Gas Shares CO LTD, Haerbin 150001，China )

The article expounded the present status of Municipal Solid Waste(MSW) treatment modes in China, and analyzed various MSW treatment technology. Considering the MSW composition characteristics in our country, it was proposed that the gas-heat-power cogeneration mode was a suitable mode for MSW treatment in our country. Through the technical and economic analysis, this mode is bound to promote better and faster development of renewable energy industry in our country

MSW; comprehensive utilization; waste treatment； gas-heat-power cogeneration

2015-10-16

2015-10-30

項(xiàng)目來(lái)源： 農(nóng)業(yè)部948重點(diǎn)項(xiàng)目(2001-G34)

李劍(1983-)，男，鄂赤壁人，研究生，主要從事固體廢棄物資源化利用工作，E-mail:43024155@qq.com

S216.4; X705

B

1000-1166(2016)05-0057-04