全世界每年产生4.9亿吨垃圾, 仅中国每年就产生近1.5亿吨城市垃圾。目前中国城市生活垃圾累积存量已达70亿吨。根据国家环保总局预测, 2015年中国城市垃圾年产总量将达到2.1亿吨。2030年将达到4.09亿吨, 2050年将达到5.28亿吨。
目前, 主流的垃圾处理方式, 是进入垃圾填埋场, 进行卫生填埋;但是, 新建填埋场亦需占用大量土地资源。北京市日产垃圾1.84万吨, 填埋量相当于每年占掉500亩土地;住建部的一项调查数据表明, 目前全国有三分之一以上的城市被垃圾包围。全国城市垃圾堆存累计侵占土地75万亩。随着城市扩容, 城市人口剧增, “这一路线, 越来越难以为继”。另外, 垃圾填埋场产生大量甲烷, 直接排空后, 加剧气候变暖;即便使用国际上最先进的防渗膜产品, 也无法彻底解决垃圾填埋后的渗滤液问题, 以致造成了约80%的垃圾填埋场的地下水污染。垃圾围城的压力, 卫生填埋的弊端, 加之政策层面的利好, 三重因素之下, 各地垃圾焚烧发电项目, 开始密集上阵。
那么, 垃圾焚烧发电是不是会产生极毒物质, 破坏周边环境, 污染饮用水, 危及群众健康?
垃圾焚烧发电原理很简单
垃圾发电通常是指垃圾焚烧发电, 其原理与燃煤发电基本相同, 就是将垃圾送入垃圾焚烧炉, 利用焚烧产生的热量加热给水得到蒸汽, 蒸汽推动汽轮发电机组做功发电。整个过程就是化学能→热能→机械能→电能的过程。
垃圾在焚烧之前, 还要有一些配套工程, 比如:
垃圾的预处理:一般垃圾入厂后不需要特别处置, 经过3~5天堆放渗出部分水分就可焚烧。如果采用流化床焚烧炉, 垃圾必须破碎成小块才能焚烧, 而且通常是掺烧部分燃煤。而炉排炉不需要特别预处理。
渗沥液处理:垃圾渗出的水分污染性很大, 必须配套专门的处理设备处理。
垃圾焚烧发电的原理, 其实非常简单, 包括干燥、燃烧和燃烬三个阶段。
预处理后的垃圾由运输车运至焚烧厂, 经地磅称重后, 开至卸料门, 卸到垃圾坑。垃圾吊车将垃圾送入给料斗, 并送入炉内, 在焚烧炉内燃烧。
垃圾在850℃至1100℃的高温下, 将得到充分燃烧, 垃圾中的病原菌也将被彻底杀灭, 从而达到无害化处理的目的。通过DCS自动控制系统和自动燃烧控制系统, 能够即时监控和调整炉内垃圾的燃烧工况, 及时调节炉排运行速度和燃烧空气量。DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物, 是目前最先进、最合理的过程控制系统, 可以适应各种过程控制的要求。它通过集中的操作和监控, DCS具有方便的操作和维护性能。DCS具有标准的接口, 对外连接更加方便简捷。它的主要特点归结为一句话就是“分散控制, 集中管理”。焚烧垃圾过程中产生的高温烟气在余热锅炉中进行热交换, 产生过热蒸汽, 推动汽轮发电机组产生电能。电能通过电网, 输送到各地, 实现了垃圾处理的资源化。
送风机的入口与垃圾坑连通, 这样可将垃圾的臭味送入燃烧温度约850℃至1100℃的焚烧炉内进行热分解, 变为无臭气体。燃烧的火焰及高温烟气, 经自然循环锅炉, 产生高温蒸汽, 为汽轮发电机组提供汽源。
此外, 还有烟气净化、灰渣处理等等。燃烧完的炉渣落入出渣装置, 经冷却后的炉渣转运到制砖厂综合利用。预处理电除尘器系统收集的飞灰不属危险废弃物, 收集后转运到水泥厂或搅拌站等处综合利用。半干式烟气净化装置收集的飞灰属危险废弃物, 输送至固化车间, 经水泥固化养护后, 运输至填埋场安全填埋。垃圾渗滤液经处理后, 达标排放。经处理的烟气指标达到环保要求, 由引风机送入烟囱排出。
二噁英可控制可化解
生活垃圾焚烧中二噁英是否可以控制?不能否认, 在垃圾焚烧发电厂, 如果垃圾处理不当, 极易产生剧毒物二噁英, 由于二噁英会对环境造成很大危害, 这也是周边居民谈“焚”色变而反对建厂的原因。
所谓二噁英, 实际上是多氯二苯并二噁英和多氯二苯并呋喃的统称, 它共有210种同族体, 但只有其中少数种类被认为具有相当的毒性。这类物质非常稳定, 熔点较高, 极难溶于水, 可以溶于大部分有机溶剂, 是无色无味的脂溶性物质, 非常容易在生物体内积累, 其在生物体内的半衰期估计为7至11年。
事实上, 科学专家经过检测发现, 城市生活垃圾的焚烧并非产生二噁英的主要原因。有数据显示, 大气环境中的二噁英90%来源于一些污染较重的工业, 如炼钢、火力发电等工业锅炉燃烧、纸浆漂白过程等。垃圾焚烧厂占的总量非常低, 非常有限, 1吨垃圾露天焚烧或在填埋场自燃排放的二噁英, 是同量垃圾经过现代化焚烧排放的二噁英几千倍。根据德国的研究显示, 当垃圾被运往焚烧厂时, 二噁英单位含量就已达50纳克 (10的-9次方克) , 生活垃圾经过焚烧后, 垃圾中原有二噁英得到分解, 向空气排放的二噁英只相当于原有含量的1%。因此, 发展现代化的垃圾焚烧发电, 实际上是削减二噁英排放的措施。
同样, 世界卫生组织也认为, 由于二噁英普遍存在, 因而所有人都有接触的环境且身体里都有一定程度的二噁英, 也就产生了所谓的机体负担, 正常环境的接触总体上不会影响人类健康。但由于这类化合物具有很高的潜在毒性, 需要采取努力来减少目前环境的接触。
据了解, 由于相关垃圾处理技术的发展, 垃圾焚烧产生的二噁英等有毒物质, 完全可以控制在安全排放的范围内。现代垃圾焚烧发电厂对二噁英的控制是采用成熟的“3T” (turbulence、temperature、time) 技术, 其一是二噁英的产生温度在360~820℃之间, 若保持焚烧炉内温度大于850度, 并控制烟气在炉内停留2秒以上, 即可使二噁英99.99%得到完全分解;其二是烟气通过最先进的方式处理, 采用半干式反应塔系统—活性炭喷射—布袋除尘器, 用活性炭吸附二噁英, 用布袋截留灰尘, 减少二噁英排放载体, 从而将单位二噁英排放控制在0.1纳克以内, 对人类健康影响可基本忽略。
目前垃圾焚烧发电技术主要分为三类, 其一是炉排炉技术, 其二是流化床技术, 其三是回转炉技术。从工艺角度看, 主要是流化床与炉排炉工艺之间的派对, 两者各有优劣。
炉排炉技术有多级阶梯式链条炉排炉、倾斜往复式炉排炉和反送式马丁炉排炉等, 垃圾前处理要求较低, 作为高危废弃物的飞灰较少, 需要采取一定的技术设备抑制二噁英排放, 同时单体设备处理量较小。循环流化床技术可使炉体内燃烧温度提高到900~1000℃, 远离二噁英产生区间, 单体设备处理量较大, 但控制系统较复杂, 前处理要求较为严格, 并且处理过程中飞灰量大, 处理成本很高, 若无法准确区分飞灰与炉渣进行处理, 则有可能带来严重的环境污染。
也许有人会说, 那是国外先进的培圾焚烧发电技术, 我国的垃圾发电不能粗挡产生的二噁英。其实, 目前我国垃圾焚烧发电厂水平和国际是接轨的, 从处理技术上说, 可以将其消除或者控制在足够低的水平。《纽约时报》2009年8月12日一篇报道指出, “中国的焚烧炉也可以表现优异。在深圳另一端, 政府所有的宝安焚烧厂大烟囱不见烟冒出。检验表明, 该公司几乎没有污染物排出。”
该报道所指符合环保标准的深圳宝安焚烧厂, 正是位于深圳宝安老虎坑、日处理1200吨城市生活垃圾的宝安垃圾发电厂, 系由深圳能源旗下的深圳市能源环保有限公司承建运营, 采用炉排炉处理技术。另外, 根据欧洲SGS实验室检测, 深圳能源旗下另一家日处理垃圾800吨的南山垃圾发电厂, 其二噁英排量也远远小于欧盟现行标准。
另外, 大气层中的阳光氧化、土壤、水体, 以及植物等都有消解的作用。欧洲有专家曾经做过调研, 现代达标的垃圾焚烧厂周边的植物、土壤都没有发现二噁英有随时间而累积的现象。
“垃圾发电技术已经相当成熟, 污染小, 在发达国家被普遍采用, 根本不是什么‘夕阳产业’, 比如瑞士这样风景秀丽的国家, 都积极发展垃圾发电。”一位垃圾发电业人士感到很不理解, 既然垃圾发电与环境保护、资源化与无害化可以做到统一, 为什么我们反而要拒绝这样有效的垃圾处理方式, 而宁可守着污染危害更大、臭气熏天的垃圾简易填埋场?
垃圾焚烧新国标与欧洲接轨
从20世纪70年代起, 一些发达国家便着手运用焚烧垃圾产生的热量进行发电。欧美一些国家建起了垃圾发电站, 美国某垃圾发电站的发电能力高达100兆瓦, 每天处理垃圾60万吨。现在, 德国的垃圾发电厂每年要花费1千亿美元, 从国外进口垃圾。据统计, 目前全球已有各种类型的拉圾处理工厂近千家, 预计3年内, 各种垃圾综合利用工厂将增至3000家以上。科学家测算, 垃圾中的二次能源如有机可燃物等, 所含的热值高, 焚烧2吨垃圾产生的热量大约相当于1吨煤。如果我国能将垃圾充分有效地用于发电, 每年将节省煤炭5000万~6000万吨, 其“资源效益”极为可观。
垃圾发电之所以发展较慢, 主要是受一些技术或工艺问题制约。比如发电时燃烧产生的剧毒废气长期得不到有效解决。日本2012年推广一种超级垃圾发电技术, 采用新型汽熔炉, 将炉温升到500℃, 发电效率也由过去的一般10%提高为25%左右, 有毒废气排放量降为0.5%以内, 低于国际规定标准。当然, 现在垃圾发电的成本仍然比传统的火力发电高。专家认为, 随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展, 工艺日益科学先进, 垃圾发电方式很有可能会成为最经济的发电技术之一。从长远效益和综合指标看, 将优于传统的电力生产。尤其是作为“绿色”技术, 垃圾发电的环境效益、社会效益等都是无形的、巨大的。
据法国《世界报》近日报道, 由于循环利用太发达导致垃圾紧缺, 瑞典计划今后每年进口80万吨垃圾, 用于冬季供暖。每个瑞典人都知道“垃圾就是能源, 4吨垃圾等于1吨石油”。而这一切得益于瑞典先进的垃圾处理循环系统。瑞典处理废弃物有4个层次, 首先考虑回收再利用;回收有困难的, 尝试生物技术处理;生物技术处理不了的, 焚烧处理;确实不能焚烧的再掩埋。欧盟数据统计委员会的数据显示, 瑞典人制造的生活垃圾中, 被填埋的非可再生垃圾只占1%, 36%可得到循环利用, 14%再生成化肥, 另外49%被焚烧发电。
瑞典是欧盟中垃圾焚烧比例最高的国家之一, 垃圾被投入1000摄氏度高温的锅炉中焚烧, 产生大量热能, 通过连接着城市四通八达的供暖管道为城市居民供暖。瑞典废弃物管理局的资料显示, 垃圾焚烧为瑞典人提供约20%的城市供暖, 同时满足25万家庭用电之所需。以第二大城市哥德堡为例, 全市约1/2的暖气供应来自垃圾焚烧产生的余热。
据《中国城市建设统计年鉴》, 2012年中国垃圾焚烧厂数量达138座, 日处理量超过12万吨, 较之2001年日处理量6520吨, 已增加十几倍。在北京、天津、长三角和珠三角地区, 焚烧已成为处理城市生活垃圾主要手段之一。
从2014年7月1日开始, 我国生活垃圾焚烧将执行“史上最严”新国标。
其中公众最关注的二噁英类控制限值, 采用国际上最严格的0.1ng-TEQ/m3, 与欧盟标准一致, 比现行标准收严了10倍。新标准的重金属等其他限值大多比现行标准严了30%。
除此之外, 垃圾焚烧厂产生的颗粒物、重金属、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放限值均大幅收紧, 比如新标准规定, 颗粒物由现行的80毫克每标准立方米收紧至20毫克每标准立方米 (日均值) , 汞由现行的0.2毫克每标准立方米收紧至0.05毫克每标准立方米等, 这些标准也都将与欧盟标准接轨。
作为垃圾处理的一种主要方式, 垃圾焚烧发电已经在我国走上了一条规范、严苛的发展之路。
另外, 一座城市的垃圾, 就像一座低品位的“露天煤矿”, 可以进行无限期的开发。据测算, 按发热值比较, 我国每年产生的1.5亿吨左右的城市垃圾, 约相当于3000万吨标准煤。与火力发电厂相比, 垃圾发电原料廉价而丰富。火力发电主要用煤炭等不可再生资源作为燃料, 而垃圾发电采取以少量煤助燃, 掺烧垃圾的燃烧方式 (煤和垃圾的比例为1∶4) 。