科技奧運報道：從垃圾中拯救城市
記中科院工程熱物理所城市垃圾污染控制及資源化利用處理技術研究項目
無論鳥巢看上去有多么絢爛輝煌，她依然是產出垃圾的大戶。城市垃圾處理是“綠色奧運”繞不開的話題之一。
在奧運會運行的16天里，北京市環衛集團在鳥巢附近出動了電瓶車、垃圾壓縮車和各類垃圾清運車輛上萬車次，用掉各式垃圾袋超過15萬個，衛生紙近3萬卷，清理垃圾1050噸。
北京的一隅鳥巢尚且如此，放眼偌大的北京城，這個容納了近1600萬人口的超級城市又如何與垃圾周旋呢?
這從來就不是一個輕松的話題。
北京上演“垃圾圍城”危機
沒有人喜歡垃圾，每天早上上班時當人們把垃圾袋丟向垃圾桶之后，就再也不想看見它。然而，在這座人口規模龐大的城市，無論如何都無法忽視我們丟棄垃圾的數量。
一項2005年統計的數字表明，北京生活垃圾的年產生量高達536萬噸，平均每天產生垃圾近1.47萬噸，平攤到每個居民頭上接近1公斤。
僅僅是這些數字尚不足以令人驚異。在2005年產出的536萬噸的垃圾中，實際清運量為455萬噸，在正規垃圾處理場無害化處理量為436萬噸。不難算出，尚有100萬噸垃圾“消化不良”，它們將以直接填埋或露天堆放的方式在非正規垃圾場中消納，對環境的危害將不可避免。
垃圾實際產生量超過無害化處理量的23%，這是個滾雪球的模式。城市在不斷發展，人口規模不斷擴大，生活水平不斷提高，垃圾產出量自然隨之上升，如果無害化處理率不提高，后果不難想象——總有一天，人們將在垃圾的包圍中生活。北京市已有垃圾場490處，總占地面積約1077萬平方米，累計填埋量約3636萬噸，而其中正規無害化垃圾處理場只有22處，正在運行的非正規垃圾場則多達334處，此外，尚有已停運的非正規垃圾場134處。
這就是正在上演的北京“垃圾圍城”的危機。從2005年至今的每一天，每個生活在北京的人都在以自己的方式不斷壓迫著這座城市日益脆弱的生態防線。據記者從北京市政管理委員會了解到的最新數據，目前北京瞬間人口達1700萬，每天產生垃圾1.7萬噸。
此前北京奧運行動規劃中曾將垃圾無害化處理率目標定為100%，足見北京解決城市垃圾問題的信心。然而一個尷尬的事實卻是，北京市目前的垃圾處理，九成仍在使用衛生填埋技術，而現有衛生填埋場所大多處于超負荷運轉狀態，隨著年內高安屯垃圾焚燒廠等投入使用，北京市垃圾無害化處理率有望達到97%。
未來仍然不容樂觀。在“十一五”期間，北京將有6座垃圾填埋場提前退役，日損失處理能力 3880噸;另外，再加上平谷填埋場的到期和昌平綜合處理廠的拆遷，總計減少日處理能力4100噸。與此同時，到“十一五”末期，還將每天新增垃圾 1900多噸，則垃圾日處理設施缺口高達10360噸。
何去何從?這座城市站在十字路口，但是想要持續發展，選擇幾乎是唯一的——創新科技手段，實現城市生活垃圾的污染控制，并盡可能回收利用其中有價值的資源。
填埋還是焚燒?這是一個問題
同樣面臨選擇的還有城市生活垃圾處理的方式，填埋還是焚燒，的確是一個值得科學考量的問題。
思考的前提是城市的生活垃圾品質如何，因為不同的品質決定了垃圾處理的方式。一般而言，垃圾的產生量與人口的數量和經濟水平成正比，生活水平越高，垃圾中不可降解的成分越多、熱值越高，處理的同時必須防治污染。
中國科學院工程熱物理研究所副研究員田文棟告訴記者，目前北京市垃圾處理方式相對單一，主要以衛生填埋為主，這與北京市所處的地位不符。“衛生填埋作為一種城市生活垃圾的最終處理形式，最適合沒有任何利用價值的無機類垃圾，如建筑垃圾以及其他處理方式剩余的無機物。”
采用填埋和衛生填埋處置混合垃圾的弊端十分明顯，不僅埋掉了部分可回收利用的資源，而且垃圾中有機物腐敗過程會產生危害巨大的填埋氣，未經處置的垃圾滲漏液直接或者通過雨水進入周圍水體和土壤中，會造成酸、堿、重金屬和病原微生物的嚴重污染。而其他單一的處置方式如焚燒和堆肥在處置混合垃圾時，往往因二次污染嚴重而受到一些限制。
“北京市的垃圾處置不僅僅需要提高處置率，同時還要加強垃圾處置的無害化和資源化水平，提高垃圾處置的技術水準。而且作為2008年奧運會主辦城市，更需要著力建設代表中國和世界一流水平的垃圾處置設施，這與綠色奧運、科技奧運所倡導的理念是一致的。”中國科學院工程熱物理研究所研究員馬人熊告訴記者。
為了適應北京作為奧運會舉辦城市對生活垃圾處理的迫切需求，中國科學院啟動了奧運科技項目“城市生活垃圾污染控制及資源化利用處理技術研究”，馬人熊正是這一項目的負責人。
目前由于分類收集能力和收集體系均不完善，城市垃圾大多是一種混合垃圾，特別是含有多水分廚余類的垃圾。田文棟所負責的課題主要針對城市生活垃圾進行綜合處理，包括利用焚燒的方式、替代填埋的方式處理城市垃圾。焚燒相對來說技術比較先進，是處理效果比較好的垃圾處理方式，但是在焚燒過程中受到垃圾品質的限制。
廚余垃圾一般含水分達到80%，低位熱值接近零，它單獨難以焚燒，加入其他垃圾中也會影響到整個垃圾的燃燒效果，如果溫度達不到燃燒所設定的要求，二惡英等有機污染物就會大量增加。
目前，北京市的廚余垃圾在垃圾整體中占50%多，處理起來相當棘手。垃圾處理中還有一種堆肥技術，即把垃圾中以廚余為主的有機成分變成能對作物有用的營養土，和廚余垃圾對焚燒處理有影響一樣，垃圾中其他的成分也會對堆肥處理產生影響，分篩不干凈會影響品質，塑料等物質混雜其中容易造成板結，做出來的肥料效率會受到影響。
城市垃圾的綜合處理勢在必行。田文棟所要做的，就是使焚燒和制肥兩項技術能夠有機結合在一起。實現的途徑就是利用焚燒中產生的能量，在高溫、高壓、有水的環境下，實現連續濕解制肥，使有機質快速降解為腐殖物。
“這個過程需要兩個小時，而傳統堆肥的辦法通常需要兩周甚至是兩個月的時間。”田文棟介紹說，而且這種綜合處理的方法只需要對垃圾進行有限度的分選，成本也得到很好的控制。這樣不僅時間大大縮短，而且所需要的設備在時空尺度上也是匹配的。在一個垃圾處理場內可以同時建設兩樣設備，同時完成處理要求。單位時間垃圾處理量以及設備的尺寸都在同等的規模下。“這樣的話，兩種垃圾處理技術可以很方便地組合在一起。焚燒部分采用脫氯預處理等手段，控制酸性氣體和二惡英等的排放。各類污染物均不足以對水體和空氣造成污染。”
北京市政管理委員會高級工程師王維平告訴記者，如果仍然采取衛生填埋的處理技術，建設一座日處理能力為1000噸的填埋場，按15年服務年限計算，加上輔助設施用地，總共需占用土地面積約1000畝。而且要求不占用基本農田，周邊500米不得有人畜棲居，這在土地資源日漸枯竭的北京幾乎是一個不可能的任務。而建設同樣處理能力的垃圾焚燒發電項目，只需占地30畝，不僅節約土地，而且回收能源。
采用焚燒發電的方式，不僅可以獲得電力，還可以把固體垃圾的體積減少90%、重量減少 75%，同時很多廢棄物中的有害物質在高溫焚燒之后也大大降低。“畢竟填埋場是一個巨大的面源污染，其對于地下水場以及大氣環境的污染隨時向外散發，往往難以有效控制;而焚燒則僅有煙囪一個可控的排污口，通過脫出二氧化硫、氯化氫、氮氧化物以及灰塵等，其排放是完全環保的和可控的。例如人們談之色變的二惡英，在這項技術中，它的最終排放量比《生活垃圾焚燒污染控制標準》要求低一個數量級。”田文棟說。
垃圾處理產業化前景可期
垃圾填埋場是目前北京垃圾處理最主要的歸宿，但垃圾進入填埋場并非是故事的終結，真正的麻煩才剛剛開始。因垃圾填埋產生的填埋氣中含有兩種溫室氣體——50%的甲烷和50%的二氧化碳，直接排放將會影響大氣環境，放任不管則容易釀成安全事故。此前曾經發生過撿垃圾者冬天在垃圾場烤火取暖引發爆炸事故就是前鑒。
最早的處理方式是主動燒掉填埋氣。上世紀90年代，在國家發改委支持下，馬人熊在深圳開展了填埋氣焚燒技術的研究。北京申奧成功給這項研究帶來新的動力，在科技部、中科院和北京市多方支持下，馬人熊得以在北京亦莊北邊的北神樹垃圾填埋場建立了填埋氣焚燒火炬和填埋氣發電的示范工程。
大型填埋場要求火炬能夠每小時燃燒數千方的填埋氣，這給研究帶來了巨大的困難。馬人熊決定化整為零，先研發小的、每小時十多立方米的燃燒火炬——單元燃燒器，然后又在單元燃燒器的基礎上，做成組合式燃燒器，從而圓滿解決了問題。最后，北神樹垃圾填埋場共安裝了88個單元燃燒器，它們可以根據負荷的要求啟動不同的組合。因穩定性很好，同時燃燒十分徹底，填埋氣焚燒火炬技術得到項目驗收專家組的高度評價，2006年這項技術獲得了北京市科技進步獎。如今這項技術在全國得到推廣，占據了絕大部分國內市場。
城市生活垃圾污染控制及資源化利用處理技術研究項目取得的另一個研究成果，是完成了具有自主知識產權的高性能填埋氣發電技術，及國內急需的大功率填埋氣發電設備研發，在北京市北神樹垃圾填埋場建立了填埋氣發電利用示范工程。這一技術在國內屬首創，性能可靠、價格低廉、運行費用低，實現了500千瓦填埋氣發電機組這一重大環保設備的國產化，在技術上達到了國際先進水平。
“目前，填埋氣發電技術已經具備了工程應用條件，下一步繼續完善這項技術設備的系列化工作，加快推廣應用，將為促進國內填埋氣發電利用和溫室氣體減排作出貢獻。”馬人熊介紹說。
據了解，全國有數千個垃圾填埋場，填埋氣焚燒火炬和填埋氣發電機組的市場需求無疑十分巨大。全國每年產生的填埋氣如果60%用來收集發電，裝機容量可達600萬千瓦，并且填埋氣發電機也可用于沼氣發電，其用戶還包括污水處理廠、大型禽畜養殖場以及各類沼氣工程等。它的環境效益和社會效益也頗為可觀。據估算，運營一臺500千瓦的填埋氣發電機組，每天可發電1.2萬千瓦時，對于減抵溫室效應的貢獻相當于停駛1萬輛桑塔納轎車。
然而，還有一個難題可能會接踵而至。如果在填埋場當地缺少用戶，填埋氣發電就得并入電網，雖然在國家政策和技術上并不存在障礙，但現實中“垃圾電”上網的問題考驗著現有電管體制。
能否再想一種辦法，把填埋氣轉化成能夠方便儲存和運輸的產品?馬人熊根據填埋氣的組成特點，提出了用填埋氣生產二甲醚的設想，為實現填埋氣處理的無害化、減量化和資源化提供了新的技術路線。二甲醚是替代液化石油氣和柴油的清潔燃料，便于儲運。馬人熊表示，我國是液化石油氣消耗大國，液化石油氣是中國長期依賴進口的商品，因此用填埋氣生產二甲醚、用二甲醚替代液化石油氣的技術有很好的市場前景。目前，填埋氣生產二甲醚課題已經獲得了北京市科委的支持，計劃在填埋場建立每小時生產0.75千克二甲醚的中試裝置。他的下一個目標是吸引至少 5000萬元的投資，建設示范工程，實現年產萬噸二甲醚的工業化生產。
