图3给出了1吨垃圾预处理后各类物料的数量。经过分选处理,从1吨垃圾中分拣出可回收物质255kg(纸类、塑料、玻璃、金属),可燃物144kg(竹木、布类、部分厨余)和不可燃物89kg(渣石等),共488kg(干物质399kg),余下512kg(干物质132kg)为残留物,这部分物料因含水率高达74.2%不宜直接焚烧或填埋,应先干化或直接发酵处理。
为了减少占地,拟打算先将残留物干燥然后焚烧,如干燥成含水率46.8%的颗粒物料(该含水率受焚烧炉最大热负荷限制),这样,残留物中便有264kg水分被蒸发(如干燥效率60%,则需要热量1100MJ),余下的248kg固体物料将与分选出来的可燃物混合、加工成392kg燃料(湿基热值约7500kJ/kg,符合现有焚烧炉允许的最大热值要求)。该燃料中,147kg焚烧干燥残留物,实际只有245kg送去焚烧发电厂焚烧,由此可见,经过预处理后,只有24.5%的物料需要焚烧发电厂处理。值得指出的是,增设独立的焚烧干燥器起到了提高现有焚烧炉消纳能力的作用,这种安排是有意义的。
2.2 垃圾预处理的主要作用
2.2.1减少二噁英的生成量
去除燃料中含氯塑料将减少二噁英的生成量,是控制二噁英排放的主动措施2]。垃圾焚烧产生二噁英的机理较复杂,少量二噁英源于燃料原携带,但主要部分还是焚烧过程生成,一般认为二噁英的生成机理有高温合成、低温生成和前趋物合成三种,这三种机理产生作用都是因为垃圾中存在含氯塑料和氯盐类物质。预处理去除90%以上塑料,极大降低了含氯塑料量,从根本上控制了二噁英的生成,甚至可使二噁英生成量减少90%以上,降低了二噁英污染的风险。
此外,预处理采用了残留物干化工艺,该工艺不仅制得了燃料,而且解决了高浓度有机废水的处理问题,蒸发水冷凝后还可循环利用,起到了资源环境保护作用。分选车间的空气用作焚烧干燥器的助燃空气,保证分选车间卫生条件达标。
2.2.2提高垃圾的资源品质
经过预处理,25.5%的垃圾成为可回收物质,可以直接利用,效率和品质都得到了提高;39.2%的垃圾成为较高品质的燃料,不仅热值高,危害性降到极低,对焚烧设施的技术与操作要求降低,甚至可用作工业锅炉的燃料,焚烧后炉渣、飞灰和烟气的处理难度与成本也大幅下降,其焚烧处理的可操作性大幅提高,提高了垃圾资源利用的经济效益。垃圾是种低品质资源,预处理提高了待用物质的品质,有利于提高资源利用效率,而且,预处理暗合了物质利用优先的潜规则。尽管物质利用和能源利用都是同等重要的资源利用方式,但事实上,出于利用效益的考虑,物质利用具有优先权3]。
2.2.3提高现有设施的消纳能力
预处理可以大幅提高焚烧炉与填埋场消纳垃圾的能力。预处理后,只有24.5%的垃圾需要焚烧发电厂焚烧处理,换言之,原只能焚烧1吨清运垃圾的焚烧炉,现在可消纳4吨多清运垃圾。而且,由于罐头盒、玻璃和金属被分选出来,燃料焚烧后的炉渣和分选出来的不可燃物总量将小于清运垃圾混烧的炉渣量,一般不到清运垃圾量的25%,也就是说,4吨清运垃圾经过预处理和焚烧处理后,只有不到1吨的不可燃物需要填埋,原设计消纳1000吨垃圾的填埋场现在便可以消纳4000吨清运垃圾;即使垃圾预处理后,可燃物也填埋处理,1吨垃圾也只有48.1%需要填埋,原设计消纳1000吨垃圾的填埋场现在也可以消纳2000吨以上清运垃圾。由此可见,预处理将成倍提高焚烧厂和填埋场的消纳能力。
3、虚拟型生态工业园方案
虚拟型生态工业园由分散的填埋场、焚烧发电厂、预处理厂和信息系统组成。先在计算机上建立起各企业间的物、能交换联系,然后再予以实施,形成以废水——水力分选、燃料与废气——焚烧干燥和焚烧发电、不可燃物——填埋和可回收物质——资源回收站的物质流与能量流,实现园区内工业共生和污染物“零排放”的目标。既克服了各企业布局相对分散的现实制约,又降低了征地费用,同时还提高了填埋场、焚烧发电厂和其它废弃物处理设施的实际消纳能力和资源利用效率。
3.1增建预处理厂和信息系统
现假设只增建一座4000吨垃圾预处理厂和信息系统。按日产7500吨清运垃圾考量,那么,该生态工业园每日可回收资源1020吨,发电18MW,填埋处置约4500吨,产生渗滤液650m3(目前产量990m3以上)。与目前处理水平比较(1000吨焚烧发电,其余6500吨垃圾和炉渣填埋),多回收资源1020吨(收入110万元),多发电12.5%(收入2.64万元),少填埋2200吨(少支付营运费3.96万元,而且延长了填埋场使用寿命),少产生渗滤液340m3(少支付处理费2.70万元),此外,每日还可以回收水近千吨。其意义不仅仅在于经济收益,更重要的是减小了焚烧厂和填埋场的建设数量与规模。
3.2增建焚烧发电厂和扩大预处理厂规模
以日处理10000吨垃圾规模为目标,增建若干座总处理能力为10000吨的预处理厂,增建一座处理能力1500吨的焚烧发电厂,形成2500吨焚烧处理能力,保证燃料在工业园内全部焚烧。该方案每日可回收资源2550吨,发电45MW,填埋处置约2100吨,产生渗滤液200m3。与7000吨焚烧和3000吨填埋方案比较,多回收资源2550吨(收入275万元),少发电65MW(少收入85.8万元),少填埋2300吨(少支付营运费4.14万元),少产生渗滤液850m3(少支付处理费6.8万元),工业园方案每日的经济收入高出焚烧填埋200多万元。
4、结论与建议
解决城市垃圾处理问题的关键是建设集聚预处理、焚烧发电、填埋等设施的生态工业园。垃圾预处理不仅可以提高垃圾的资源品质,回收资源,还可以成倍提高现有处理设施的消纳能力。应该转变观念,推动垃圾预处理厂建设,并整合现有处理设施,使之形成生态工业园,既具有资源环境保护价值,又具有社会经济意义,尤其是避免和减轻了邻避反应,有利于和谐社会的建设。