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| 科技奥运报道：从垃圾中拯救城市 |
| 记中科院工程热物理所城市垃圾污染控制及资源化利用处理技术研究项目 |
无论鸟巢看上去有多么绚烂辉煌，她依然是产出垃圾的大户。城市垃圾处理是“绿色奥运”绕不开的话题之一。
在奥运会运行的16天里，北京市环卫集团在鸟巢附近出动了电瓶车、垃圾压缩车和各类垃圾清运车辆上万车次，用掉各式垃圾袋超过15万个，卫生纸近3万卷，清理垃圾1050吨。
北京的一隅鸟巢尚且如此，放眼偌大的北京城，这个容纳了近1600万人口的超级城市又如何与垃圾周旋呢？
这从来就不是一个轻松的话题。
北京上演“垃圾围城”危机
没有人喜欢垃圾，每天早上上班时当人们把垃圾袋丢向垃圾桶之后，就再也不想看见它。然而，在这座人口规模庞大的城市，无论如何都无法忽视我们丢弃垃圾的数量。
一项2005年统计的数字表明，北京生活垃圾的年产生量高达536万吨，平均每天产生垃圾近1.47万吨，平摊到每个居民头上接近1公斤。
仅仅是这些数字尚不足以令人惊异。在2005年产出的536万吨的垃圾中，实际清运量为455万吨，在正规垃圾处理场无害化处理量为436万吨。不难算出，尚有100万吨垃圾“消化不良”，它们将以直接填埋或露天堆放的方式在非正规垃圾场中消纳，对环境的危害将不可避免。
垃圾实际产生量超过无害化处理量的23％，这是个滚雪球的模式。城市在不断发展，人口规模不断扩大，生活水平不断提高，垃圾产出量自然随之上升，如果无害化处理率不提高，后果不难想象——总有一天，人们将在垃圾的包围中生活。北京市已有垃圾场490处，总占地面积约1077万平方米，累计填埋量约3636万吨，而其中正规无害化垃圾处理场只有22处，正在运行的非正规垃圾场则多达334处，此外，尚有已停运的非正规垃圾场134处。
这就是正在上演的北京“垃圾围城”的危机。从2005年至今的每一天，每个生活在北京的人都在以自己的方式不断压迫着这座城市日益脆弱的生态防线。据记者从北京市政管理委员会了解到的最新数据，目前北京瞬间人口达1700万，每天产生垃圾1.7万吨。
此前北京奥运行动规划中曾将垃圾无害化处理率目标定为100%，足见北京解决城市垃圾问题的信心。然而一个尴尬的事实却是，北京市目前的垃圾处理，九成仍在使用卫生填埋技术，而现有卫生填埋场所大多处于超负荷运转状态，随着年内高安屯垃圾焚烧厂等投入使用，北京市垃圾无害化处理率有望达到97%。
未来仍然不容乐观。在“十一五”期间，北京将有6座垃圾填埋场提前退役，日损失处理能力3880吨；另外，再加上平谷填埋场的到期和昌平综合处理厂的拆迁，总计减少日处理能力4100吨。与此同时，到“十一五”末期，还将每天新增垃圾1900多吨，则垃圾日处理设施缺口高达10360吨。
何去何从？这座城市站在十字路口，但是想要持续发展，选择几乎是唯一的——创新科技手段，实现城市生活垃圾的污染控制，并尽可能回收利用其中有价值的资源。
填埋还是焚烧？这是一个问题
同样面临选择的还有城市生活垃圾处理的方式，填埋还是焚烧，的确是一个值得科学考量的问题。
思考的前提是城市的生活垃圾品质如何，因为不同的品质决定了垃圾处理的方式。一般而言，垃圾的产生量与人口的数量和经济水平成正比，生活水平越高，垃圾中不可降解的成分越多、热值越高，处理的同时必须防治污染。
中国科学院工程热物理研究所副研究员田文栋告诉记者，目前北京市垃圾处理方式相对单一，主要以卫生填埋为主，这与北京市所处的地位不符。“卫生填埋作为一种城市生活垃圾的最终处理形式，最适合没有任何利用价值的无机类垃圾，如建筑垃圾以及其他处理方式剩余的无机物。”
采用填埋和卫生填埋处置混合垃圾的弊端十分明显，不仅埋掉了部分可回收利用的资源，而且垃圾中有机物腐败过程会产生危害巨大的填埋气，未经处置的垃圾渗漏液直接或者通过雨水进入周围水体和土壤中，会造成酸、碱、重金属和病原微生物的严重污染。而其他单一的处置方式如焚烧和堆肥在处置混合垃圾时，往往因二次污染严重而受到一些限制。
“北京市的垃圾处置不仅仅需要提高处置率，同时还要加强垃圾处置的无害化和资源化水平，提高垃圾处置的技术水准。而且作为2008年奥运会主办城市，更需要着力建设代表中国和世界一流水平的垃圾处置设施，这与绿色奥运、科技奥运所倡导的理念是一致的。”中国科学院工程热物理研究所研究员马人熊告诉记者。
为了适应北京作为奥运会举办城市对生活垃圾处理的迫切需求，中国科学院启动了奥运科技项目“城市生活垃圾污染控制及资源化利用处理技术研究”，马人熊正是这一项目的负责人。
目前由于分类收集能力和收集体系均不完善，城市垃圾大多是一种混合垃圾，特别是含有多水分厨余类的垃圾。田文栋所负责的课题主要针对城市生活垃圾进行综合处理，包括利用焚烧的方式、替代填埋的方式处理城市垃圾。焚烧相对来说技术比较先进，是处理效果比较好的垃圾处理方式，但是在焚烧过程中受到垃圾品质的限制。
厨余垃圾一般含水分达到80%，低位热值接近零，它单独难以焚烧，加入其他垃圾中也会影响到整个垃圾的燃烧效果，如果温度达不到燃烧所设定的要求，二恶英等有机污染物就会大量增加。
目前，北京市的厨余垃圾在垃圾整体中占50%多，处理起来相当棘手。垃圾处理中还有一种堆肥技术，即把垃圾中以厨余为主的有机成分变成能对作物有用的营养土，和厨余垃圾对焚烧处理有影响一样，垃圾中其他的成分也会对堆肥处理产生影响，分筛不干净会影响品质，塑料等物质混杂其中容易造成板结，做出来的肥料效率会受到影响。
城市垃圾的综合处理势在必行。田文栋所要做的，就是使焚烧和制肥两项技术能够有机结合在一起。实现的途径就是利用焚烧中产生的能量，在高温、高压、有水的环境下，实现连续湿解制肥，使有机质快速降解为腐殖物。
“这个过程需要两个小时，而传统堆肥的办法通常需要两周甚至是两个月的时间。”田文栋介绍说，而且这种综合处理的方法只需要对垃圾进行有限度的分选，成本也得到很好的控制。这样不仅时间大大缩短，而且所需要的设备在时空尺度上也是匹配的。在一个垃圾处理场内可以同时建设两样设备，同时完成处理要求。单位时间垃圾处理量以及设备的尺寸都在同等的规模下。“这样的话，两种垃圾处理技术可以很方便地组合在一起。焚烧部分采用脱氯预处理等手段，控制酸性气体和二恶英等的排放。各类污染物均不足以对水体和空气造成污染。”
北京市政管理委员会高级工程师王维平告诉记者，如果仍然采取卫生填埋的处理技术，建设一座日处理能力为1000吨的填埋场，按15年服务年限计算，加上辅助设施用地，总共需占用土地面积约1000亩。而且要求不占用基本农田，周边500米不得有人畜栖居，这在土地资源日渐枯竭的北京几乎是一个不可能的任务。而建设同样处理能力的垃圾焚烧发电项目，只需占地30亩，不仅节约土地，而且回收能源。
采用焚烧发电的方式，不仅可以获得电力，还可以把固体垃圾的体积减少90%、重量减少75%，同时很多废弃物中的有害物质在高温焚烧之后也大大降低。“毕竟填埋场是一个巨大的面源污染，其对于地下水场以及大气环境的污染随时向外散发，往往难以有效控制；而焚烧则仅有烟囱一个可控的排污口，通过脱出二氧化硫、氯化氢、氮氧化物以及灰尘等，其排放是完全环保的和可控的。例如人们谈之色变的二恶英，在这项技术中，它的最终排放量比《生活垃圾焚烧污染控制标准》要求低一个数量级。”田文栋说。
垃圾处理产业化前景可期
垃圾填埋场是目前北京垃圾处理最主要的归宿，但垃圾进入填埋场并非是故事的终结，真正的麻烦才刚刚开始。因垃圾填埋产生的填埋气中含有两种温室气体——50%的甲烷和50%的二氧化碳，直接排放将会影响大气环境，放任不管则容易酿成安全事故。此前曾经发生过捡垃圾者冬天在垃圾场烤火取暖引发爆炸事故就是前鉴。
最早的处理方式是主动烧掉填埋气。上世纪90年代，在国家发改委支持下，马人熊在深圳开展了填埋气焚烧技术的研究。北京申奥成功给这项研究带来新的动力，在科技部、中科院和北京市多方支持下，马人熊得以在北京亦庄北边的北神树垃圾填埋场建立了填埋气焚烧火炬和填埋气发电的示范工程。
大型填埋场要求火炬能够每小时燃烧数千方的填埋气，这给研究带来了巨大的困难。马人熊决定化整为零，先研发小的、每小时十多立方米的燃烧火炬——单元燃烧器，然后又在单元燃烧器的基础上，做成组合式燃烧器，从而圆满解决了问题。最后，北神树垃圾填埋场共安装了88个单元燃烧器，它们可以根据负荷的要求启动不同的组合。因稳定性很好，同时燃烧十分彻底，填埋气焚烧火炬技术得到项目验收专家组的高度评价，2006年这项技术获得了北京市科技进步奖。如今这项技术在全国得到推广，占据了绝大部分国内市场。
城市生活垃圾污染控制及资源化利用处理技术研究项目取得的另一个研究成果，是完成了具有自主知识产权的高性能填埋气发电技术，及国内急需的大功率填埋气发电设备研发，在北京市北神树垃圾填埋场建立了填埋气发电利用示范工程。这一技术在国内属首创，性能可靠、价格低廉、运行费用低，实现了500千瓦填埋气发电机组这一重大环保设备的国产化，在技术上达到了国际先进水平。
“目前，填埋气发电技术已经具备了工程应用条件，下一步继续完善这项技术设备的系列化工作，加快推广应用，将为促进国内填埋气发电利用和温室气体减排作出贡献。”马人熊介绍说。
据了解，全国有数千个垃圾填埋场，填埋气焚烧火炬和填埋气发电机组的市场需求无疑十分巨大。全国每年产生的填埋气如果60%用来收集发电，装机容量可达600万千瓦，并且填埋气发电机也可用于沼气发电，其用户还包括污水处理厂、大型禽畜养殖场以及各类沼气工程等。它的环境效益和社会效益也颇为可观。据估算，运营一台500千瓦的填埋气发电机组，每天可发电1.2万千瓦时，对于减抵温室效应的贡献相当于停驶1万辆桑塔纳轿车。
然而，还有一个难题可能会接踵而至。如果在填埋场当地缺少用户，填埋气发电就得并入电网，虽然在国家政策和技术上并不存在障碍，但现实中“垃圾电”上网的问题考验着现有电管体制。
能否再想一种办法，把填埋气转化成能够方便储存和运输的产品？马人熊根据填埋气的组成特点，提出了用填埋气生产二甲醚的设想，为实现填埋气处理的无害化、减量化和资源化提供了新的技术路线。二甲醚是替代液化石油气和柴油的清洁燃料，便于储运。马人熊表示，我国是液化石油气消耗大国，液化石油气是中国长期依赖进口的商品，因此用填埋气生产二甲醚、用二甲醚替代液化石油气的技术有很好的市场前景。目前，填埋气生产二甲醚课题已经获得了北京市科委的支持，计划在填埋场建立每小时生产0.75千克二甲醚的中试装置。他的下一个目标是吸引至少5000万元的投资，建设示范工程，实现年产万吨二甲醚的工业化生产。
《科学时报》 (2008-9-5 科技奥运专题报道)
