紀(jì)莎莎，唐建國(guó)，張悅，勵(lì)建全，劉宙

（1. 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200210；2. 中國(guó)木土工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)，北京 100000）

城市生活廢棄物綜合處理靜脈產(chǎn)業(yè)園的低碳化技術(shù)路線探索

紀(jì)莎莎1，唐建國(guó)1，張悅2，勵(lì)建全1，劉宙1

（1. 上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200210；2. 中國(guó)木土工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)，北京 100000）

當(dāng)前，我國(guó)生態(tài)環(huán)境日益惡化，減排壓力巨大，城市生活廢棄物帶來的環(huán)境負(fù)面影響突出。針對(duì)不斷凸顯的“鄰避”效應(yīng)挑戰(zhàn)，如何優(yōu)化配置城市生活廢棄物處理設(shè)施，保證城市具有良好的市容市貌及居住環(huán)境，是亟需研究解決的重要課題。本文提出一種低碳化的城市生活廢棄物綜合處理技術(shù)路線，其以建設(shè)城市生活廢棄物綜合處理靜脈產(chǎn)業(yè)園為平臺(tái)，以設(shè)置各類再生資源利用設(shè)施為核心，通過生活廢棄物分類預(yù)處理、化石能源替代、碳匯基地培養(yǎng)等一系列低碳化技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到溫室氣體減排效益最大化，為城市提供“環(huán)境保護(hù)—?dú)夂驕p排—經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)”的三贏模式，確保其環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

生活廢棄物；低碳；靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)；循環(huán)利用

1 園區(qū)定義及模式

《靜脈產(chǎn)業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（HJ/ T275—2006）（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）將靜脈產(chǎn)業(yè)定義為：“以保障環(huán)境安全為前提，以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境為目的，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，將生產(chǎn)和消費(fèi)過程中產(chǎn)生的廢棄物轉(zhuǎn)化為可重新利用的資源和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)各類廢物的再利用和資源化的產(chǎn)業(yè)。包括廢物轉(zhuǎn)化為再生資源及將再生資源加工為產(chǎn)品兩個(gè)過程”。靜脈產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐形式，是以從事靜脈產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的企業(yè)為主體建設(shè)的園區(qū)。靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)的建設(shè)內(nèi)容主要涉及生活、生產(chǎn)和消費(fèi)過程中的各種廢棄物，通常包括廢鋼鐵、廢有色金屬、廢塑料、廢舊輪胎、廢紙、廢棄電子電器產(chǎn)品、報(bào)廢汽車以及報(bào)廢船舶八大類[1,2]。本文根據(jù)靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)所從事的產(chǎn)業(yè)、容納的廢棄物種類和與上下游產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)系，對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的園區(qū)模式進(jìn)行劃分，如圖1所示，主要包括靜脈串聯(lián)、動(dòng)脈銜接模式以及綜合靜脈產(chǎn)業(yè)模式[3]。目前，集合危險(xiǎn)廢物處理處置、生活垃圾處理處置等設(shè)施的園區(qū)正在成為靜脈產(chǎn)業(yè)園的新興模式[4]，本文所提出的城市生活廢棄物綜合處理靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)正是此種模式的拓展和延伸。

生活廢棄物主要包括生活垃圾、餐廚垃圾、污泥、糞便、園林綠化垃圾以及建筑垃圾。對(duì)于生活廢棄物而言，其產(chǎn)生的不可避免性要求每個(gè)城市都應(yīng)配備相應(yīng)的處理設(shè)施，以保證城市具有良好的市容市貌及居住環(huán)境。另外，由于公眾“鄰避”心理導(dǎo)致生活廢棄物處理設(shè)施選址矛盾不斷凸顯，如何最大化地利用寶貴的土地資源，在保證環(huán)境安全的前提下，實(shí)現(xiàn)不同功能的處理設(shè)施統(tǒng)一布局，成為城市管理者亟待解決的重要問題。

圖1 靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)模式劃分

近期，國(guó)家住建部、發(fā)改委、國(guó)土資源部和環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾焚燒處理工作的意見》，在“推進(jìn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)”一條中明確指出：積極開展靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)、靜脈特色小鎮(zhèn)等建設(shè)，統(tǒng)籌生活垃圾、建筑垃圾、餐廚垃圾等不同類型垃圾處理，形成一體化項(xiàng)目群，降低選址難度和建設(shè)投入。

鑒于此，城市生活廢棄物綜合處理靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)應(yīng)運(yùn)而生，以應(yīng)對(duì)中國(guó)城市在生活廢棄物處理處置方面面臨的巨大挑戰(zhàn)，其通過合理、高效的技術(shù)路線，設(shè)置各類廢棄物處理及再生資源利用設(shè)施，為城市生廢棄物提供綜合解決方案。園區(qū)在完成廢棄物“無害化、減量化、資源化”的同時(shí)，以“低碳”理念統(tǒng)籌整個(gè)園區(qū)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，確保建設(shè)用地、能源和水資源消耗以及碳排放總量得到有效控制，力求通過系統(tǒng)布局、優(yōu)化設(shè)計(jì)形成技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好的靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)廢棄物處理，園區(qū)外資源利用的目標(biāo)。

2 園區(qū)技術(shù)路線選擇

圖2描繪了城市生活廢棄物綜合處理靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)技術(shù)路線。城市廢水通過處理成為再生水，可將其運(yùn)用于城市道路、車輛沖洗、景觀補(bǔ)水以及苗木澆灌等。城市有機(jī)廢棄物以厭氧處理技術(shù)為核心，得到生物質(zhì)能源——沼氣和生物炭土，其中，沼氣的“捕獲”和利用可有效減少溫室氣體排放，生物炭土通過“移動(dòng)森林”加以利用，在實(shí)現(xiàn)苗木對(duì)碳的“固定”的同時(shí)產(chǎn)生碳匯效應(yīng)。生活垃圾經(jīng)末端干濕分離后，濕垃圾助力厭氧消化，干垃圾焚燒產(chǎn)能。城市建筑垃圾經(jīng)拆解分選后獲得再生材料，可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的再循環(huán)。

2.1 生活垃圾

在我國(guó)，大部分中小型城市的生活垃圾一般以易腐有機(jī)物和渣土為主。隨著城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，人民生活水平和天然氣氣化率的逐步提高，生活垃圾中有機(jī)物及可回收物比例不斷增加，渣土比例逐年下降。但由于生活垃圾總體含水率較高，其熱值仍無法滿足其直接焚燒，因此在生活垃圾處理處置路線中提出“預(yù)處理+焚燒”兩段相結(jié)合的方式。

2.1.1 預(yù)處理

傳統(tǒng)生活垃圾分選就是將生活垃圾中各種可回收利用的組分和不利于后續(xù)處理工藝要求的組分采用適當(dāng)技術(shù)分離出來的過程。但是我國(guó)大多數(shù)城市生活垃圾組分復(fù)雜、不穩(wěn)定，且有機(jī)質(zhì)含量較高、含水率高，導(dǎo)致分選工藝流程復(fù)雜，且由于工作面較大導(dǎo)致臭氣逸散后難以處理。

生活垃圾高壓壓榨干濕分質(zhì)分類預(yù)處理采用高壓（800～1000個(gè)大氣壓）機(jī)械擠壓的方法，對(duì)原生垃圾進(jìn)行物理分離。與傳統(tǒng)垃圾分選工藝相比，此技術(shù)側(cè)重于在垃圾前處理流程上進(jìn)行改進(jìn)，將含水率高、熱值低的原生垃圾進(jìn)行物理干濕分離。該技術(shù)是對(duì)我國(guó)垃圾源頭干濕分離不到位的一種彌補(bǔ)，也是適合我國(guó)國(guó)情的一種垃圾分類方法。通過此方法，垃圾濕組分含有較高的有機(jī)質(zhì)，可為厭氧消化提供豐富的物料，并有效提高沼氣產(chǎn)量；干組分因含水率大幅度下降，不但減量化明顯，熱值也有所提高，為后續(xù)處理帶來極大的便利。值得注意的是，當(dāng)生活垃圾中含有大量的渣土等非可燃性固體廢物時(shí)，可考慮在高壓壓榨干濕分質(zhì)分類預(yù)處理前對(duì)生活垃圾進(jìn)行初步分選，將分選出的非可燃性固體廢物送入建筑垃圾處理廠，與建筑垃圾一同處理。

圖2 低碳靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃總體思路

2.1.2 焚燒

垃圾焚燒工藝是我國(guó)目前除填埋之外應(yīng)用最廣且穩(wěn)定性最好的垃圾處理工藝，其減容效果最好（一般減容90%，減重70%以上），可使腐敗性有機(jī)物和難以降解而造成公害的有機(jī)物燃燒成為無機(jī)物和二氧化碳，而病原性生物在高溫下死滅殆盡，使垃圾變成穩(wěn)定的、無害的灰渣類物質(zhì)。垃圾焚燒發(fā)電是通過垃圾干燥、燃燒和燃燼三個(gè)階段，讓垃圾在850℃～1100℃的高溫下充分燃燒。焚燒垃圾產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t中進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生過熱蒸汽，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能。電能通過電網(wǎng)，輸送到各地，實(shí)現(xiàn)了垃圾資源化處理。

2.2 城市有機(jī)廢棄物

城市有機(jī)廢棄物處理對(duì)象主要包括污泥、糞便、餐廚垃圾以及生活垃圾濕組分等，該混合廢棄物的特點(diǎn)為物料成分復(fù)雜，不同物料之間性質(zhì)差別較大，需要尋找一種主體工藝對(duì)不同有機(jī)廢棄物進(jìn)行協(xié)同處理，以降低系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用。厭氧消化對(duì)于以上有機(jī)廢棄物均是可行的處理工藝，其中生活垃圾有機(jī)漿液用于厭氧消化，每噸物料可產(chǎn)生沼氣110 m3以上[5]。除此之外，餐廚垃圾與污泥共消化也有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，兩者之間可以建立一種良性互補(bǔ)。根據(jù)以上分析可知，厭氧消化將作為城市有機(jī)廢棄物處理處置的核心環(huán)節(jié)，為進(jìn)一步提升反應(yīng)速率，提高產(chǎn)出，降低能耗，需建立一個(gè)與整個(gè)處理系統(tǒng)前后環(huán)節(jié)配合合理、安全高效的預(yù)處理系統(tǒng)。

針對(duì)生活垃圾有機(jī)漿液及污泥和糞渣的混合物采用高溫?zé)崴獾念A(yù)處理方式，該技術(shù)是通過加熱的方法，在一定溫度和壓力下使污泥中的黏性有機(jī)物水解，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)改善脫水性能和厭氧消化性能[6]。除此之外，高溫?zé)崴忸A(yù)處理還具有以下特點(diǎn)[7]：①提高消化池固體負(fù)荷率及消化速率；②產(chǎn)沼量比傳統(tǒng)消化提高10%以上；③消化后污泥品質(zhì)提高；④提高污泥脫水性能；⑤“碳足跡”少，已在歐洲成熟應(yīng)用。

2.3 建筑垃圾

建筑垃圾主要來源為房產(chǎn)開發(fā)建筑工地、拆遷改造、房屋裝修等，主要成分由土、渣土、散落的砂漿和混凝土、磚石、包裝材料及裝飾、裝修產(chǎn)生的廢料、廢棄物組成。根據(jù)國(guó)家建筑垃圾處理產(chǎn)業(yè)技術(shù)政策，轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)配、再生利用、回填、填埋垃圾處理技術(shù)及設(shè)備都有相應(yīng)的運(yùn)用條件，在堅(jiān)持因地制宜、技術(shù)可行、設(shè)備可靠、適度規(guī)模、綜合治理和利用的原則下，可以合理選擇其中之一或適當(dāng)組合。建筑垃圾應(yīng)以資源循環(huán)化利用為主，以衛(wèi)生填埋為保底措施，對(duì)于可以回填利用價(jià)值的工程渣土，可以做暫時(shí)儲(chǔ)備，當(dāng)有利用價(jià)值后做轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)配處理。主體工藝通過對(duì)建筑垃圾分級(jí)破碎、風(fēng)選、磁選、篩分，回收廢舊鋼鐵、木材等廢舊物資，并生產(chǎn)出取代天然砂石的骨料。再生微粉料可作為混凝土制品生產(chǎn)車間的原料，用以生產(chǎn)墻體材料、地面材料、標(biāo)準(zhǔn)磚和多孔磚等。再生細(xì)、粗骨料可作為路基材料等。風(fēng)選出的木頭、塑料、紙張等做資源回收。初級(jí)篩分出的黃土直接供給園林部門作為綠化用土，其余廢料定期無害化填埋。除此之外，再生骨料還可作為透水磚及河岸護(hù)堤的原材料，對(duì)海綿城市的發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。

3 溫室氣體減排與碳收益

當(dāng)前，我國(guó)在碳減排方面，將重點(diǎn)集中在集約利用能源和開發(fā)清潔能源降低排放兩個(gè)方面。但就目前來看，常規(guī)的工業(yè)行業(yè)減排、能源結(jié)構(gòu)減排對(duì)于任何城市來說，都是巨大的挑戰(zhàn)。城市廢棄物是每個(gè)城市必然產(chǎn)生也必須處理處置的一類廢棄物，在考慮其“減量化、資源化、無害化”的同時(shí)，應(yīng)該站在更高、更遠(yuǎn)的角度來討論其在溫室氣體減排上可做的工作，即通過選取合理的廢棄物處理路線，形成園區(qū)內(nèi)的靜脈產(chǎn)業(yè)鏈，達(dá)到“綠色、低碳”的目的[8]。

本文將就不同技術(shù)路線所帶來的溫室氣體排放進(jìn)行分析，如圖3所示，其中，方案A為靜脈園區(qū)所采取的低碳處理處置方式，方案B為常規(guī)處理處置方式。需要說明的是，城市有機(jī)廢物處置過程中所產(chǎn)生的沼氣或填埋氣均屬于生物質(zhì)能，如果這部分生物質(zhì)能通過能源利用并最終以CO2的形式進(jìn)入環(huán)境中，則這部分溫室氣體被稱為“備案項(xiàng)”，不計(jì)入總排放中。但是如果這部分生物質(zhì)能以非CO2的其他溫室氣體形態(tài)（如CH4、N2O等）進(jìn)入環(huán)境，則需要按照不同的溫室熱效應(yīng)計(jì)入溫室氣體總排放[9]。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》（下稱《清單》）中的規(guī)定，生物質(zhì)燃料燃燒主要核算CH4的排放，而對(duì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的CO2排放不納入項(xiàng)目排放總量中。除此之外，《清單》還規(guī)定廢棄物焚燒過程中的碳排放需要區(qū)分化石和生物成因，其中礦物碳焚燒氧化過程中產(chǎn)生的CO2計(jì)入清單總量中，生物質(zhì)材料燃燒產(chǎn)生的CO2不計(jì)入清單總量。

通過對(duì)比可以看出，方案A中有溫室氣體排放可分為間接排放和直接排放兩種，其中間接排放主要是在生活垃圾高壓壓榨環(huán)節(jié)使用電能時(shí)，造成的燃煤電廠CO2的排放，直接排放分別是運(yùn)輸過程中車用燃油導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放、啟動(dòng)燃煤焚燒導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放以及生活垃圾干質(zhì)組分焚燒導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放；方案B中有5部分溫室氣體排放，分別是運(yùn)輸過程中的車用燃油導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放、脫水干化過程中化石能源消耗導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放、城市有機(jī)廢棄物填埋過程中厭氧反應(yīng)逸散的溫室氣體（CH4）、生活垃圾焚燒時(shí)啟動(dòng)燃煤焚燒導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放以及生活垃圾焚燒時(shí)導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放。其中，脫水干化過程中化石能源消耗導(dǎo)致的溫室氣體（CO2）排放量巨大，而城市有機(jī)廢棄物填埋過程中厭氧反應(yīng)逸散的CH4由于其具有較高的溫室氣體效益（GWP=25～28），也是不可忽視的重要部分。對(duì)于焚燒過程中生活垃圾的CO2排放，可以大致判斷不論是否通過高壓壓榨預(yù)處理，由于生活垃圾化石和生物成因不變，其焚燒后需要核算進(jìn)清單的CO2排放量基本不變[10，11]。

從圖3中還可以看出，方案A的替代效應(yīng)明顯。通過能量平衡計(jì)算，城市有機(jī)廢棄物通過高溫?zé)崴?厭氧消化后，其產(chǎn)出的沼氣通過提純，一部分（約占總量的2/5）作為沼氣鍋爐燃料，為熱水解提供全部能源，另一部分（約占總量的3/5）可以作為CNG氣源，為城市加氣用車提供能源。值得提及的是，采用方案A會(huì)使生活垃圾中的部分生物質(zhì)進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器中，從而使這一部分碳以再生能源（甲烷）形式出現(xiàn)，或以固態(tài)形式存在于沼渣中，而不是通過簡(jiǎn)單的焚燒生成CO2。

在新的全球氣候變化發(fā)展戰(zhàn)略下，碳循環(huán)以及能源再生利用將成為引導(dǎo)靜脈產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新思路。根據(jù)上述分析，城市廢棄物有機(jī)部分的厭氧消化和能源化將成為靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)實(shí)現(xiàn)碳效益的核心環(huán)節(jié)。值得注意的是，除溫室氣體減排效益外，靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)還會(huì)產(chǎn)生以下環(huán)境效益[12,13]：①與汽油相比，采用天然氣的汽車顆粒物排放幾乎為零，氮氧化物、一氧化氮和碳?xì)浠衔锏呐欧棚@著降低，在改善空氣質(zhì)量方面有重要的意義；②移動(dòng)森林苗木種植可有效推進(jìn)造林綠化步伐，并可大幅減少合成化肥的施用，從而控制氧化亞氮排放；③城市綠色空間儲(chǔ)存和吸收的CO2，是重要的“碳匯”，采用生命周期分析方法可以對(duì)苗木的固碳能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算，種植苗木固碳效應(yīng)顯著，這也與國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十三五”控制溫室氣體減排工作方案》中所提到的“增加生態(tài)系統(tǒng)碳匯”相吻合。

4 結(jié)語

隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境要求的提高，人們對(duì)于生態(tài)環(huán)境的改善意愿越來越強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境的友好程度已經(jīng)成為影響城市、區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。低碳類靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)綜合考慮各類城市廢棄物處理處置的技術(shù)先進(jìn)性、工藝可行性和投資合理性，并將污染物治理、資源綜合利用、生態(tài)設(shè)計(jì)和可持續(xù)消費(fèi)融為一體，形成固體廢物處理處置和固體廢物資源化的特殊產(chǎn)業(yè)集群。此類園區(qū)的建設(shè)將成為城市生態(tài)安全的屏障，不僅有利于提高環(huán)境質(zhì)量、減少碳排放，也易于形成政府、企業(yè)、公眾共制的環(huán)境治理體系，為城市進(jìn)一步釋放生態(tài)環(huán)境紅利打下有益基礎(chǔ)。

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Exploration on Low Carbonization Technical Route of Municipal Waste Comprehensive Treatment Venous lndustry Park

JI Shasha1, TANG Jianguo1, ZHANG Yue2, LI Jianquan1, LIU Zhou1
(1. Shanghai Urban Construction Design & Research Institute (Group) Co.,Ltd, Shanghai 200210; 2.China Civil Engineering Society, Water Industry Sub-Council, Beijing 100000)

China faces worsening ecological environment problems and huge pressure of emission reduction at present. In order to solve the challenge of "Not-In-My-Back-Yard" psychology, how to optimize the disposing of municipal waste disposal facilities to ensure the city’s good appearance and living environments is an important subject for urgent research and solution. This paper proposes a low-carbon technical route for domestic waste comprehensive treatment, which is cored as the construction of domestic waste comprehensive treatment Venous Industrial Park, and sets up various types of renewable resource utilization facilities. Through a number of low-carbon technology applications, such as the pre-treatment of domestic waste, replacement of fossil energy, and carbon sequestration training, to achieve the maximum bene fi t of greenhouse gas emission reduction, and to provide a win-win-win model of "environmental protection - climate emission reduction - economic growth"for the city, ensure the coordinated development of its environment and economy.

domestic waste; low carbon; venous industrial park; cyclic utilization

X799.3；X324

1674-6252（2017）04-0034-06

A

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.04.034

紀(jì)莎莎（1985—），女，博士，主要從事城市固體廢棄 物處理處置研究，E-mail：jishasha@sucdri.com。