北京市生活垃圾處理對科技的需求分析

劉競

北京市為實現(xiàn)“增能力、調(diào)結(jié)構(gòu)、促減量”的垃圾處理工作目標，應盡快開展生活垃圾分類投放收運體系及信息化系統(tǒng)研究、生活垃圾焚燒預處理技術及系統(tǒng)集成優(yōu)化研究、廚余垃圾微生物強化處理技術研究、生活垃圾處理設施后評估體系研究與應用，充分發(fā)揮科技支撐作用。

一、北京市生活垃圾處理基本現(xiàn)狀和主要問題

2008年北京市生活垃圾產(chǎn)生量672萬噸（1.84萬噸/日）。目前，北京市共有生活垃圾處理設施23座，總設計日處理能力1.04萬噸（衛(wèi)生填埋、生化處理和焚燒所占比例分為90%、8%、2%），實際處理量為1.74萬噸/日。2008年生活垃圾處理率95%，垃圾資源化率達到35%。餐廚垃圾產(chǎn)生量約60萬噸（0.17萬噸/日）。

目前，北京市垃圾面臨的主要問題有：（1）垃圾產(chǎn)生量持續(xù)上升。從2005年起，北京市垃圾產(chǎn)生量每年以8%左右的速度持續(xù)上升。（2）垃圾處理能力嚴重不足。（3）垃圾處理結(jié)構(gòu)不合理。（4）垃圾處理設施建設實施難。（5）垃圾管理體制機制不健全。

垃圾處理問題已引起北京市委、市政府和相關管理部門的高度重視。市委、市政府在2009年4月28日發(fā)布的《關于全面推進生活垃圾處理工作的意見》中，已把垃圾處理定位在“關乎民生的基礎性公益事業(yè)”層面，把垃圾處理提升到首都經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的高度，提出了建設生態(tài)、循環(huán)、可持續(xù)的垃圾處理系統(tǒng)的總目標和“增能力、調(diào)結(jié)構(gòu)、促減量”的工作目標，并提出建立垃圾分類投放、分類收集、分類運輸和分類處理的生活垃圾處理系統(tǒng)。2012年垃圾焚燒、生化處理和填埋比例為2∶3∶5，2015年為4∶3∶3，基本滿足不同成分垃圾處理的需要；2012年實現(xiàn)城區(qū)原生垃圾零填埋，2015年實現(xiàn)全市原生垃圾零填埋等具體工作目標。

二、國內(nèi)外垃圾處理現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

（一）垃圾分類研究發(fā)展現(xiàn)狀

發(fā)達國家從20世紀60年代開始對垃圾分類收集進行研究，各國根據(jù)本國國情與生活垃圾的特性及實際處理情況對垃圾進行分類。雖然各國垃圾分類標準和方法各不相同，但共同的特點是生活垃圾源頭分類與后端處理配套銜接，實現(xiàn)了分類投放、分類收集、分類運輸和分類處理，形成了比較完整的適應垃圾回收再利用和再循環(huán)的垃圾處理體系，有效地減少了最終處置量，促進了資源的循環(huán)再利用。

我國城市生活垃圾分類起步較晚，2000年4月，建設部（現(xiàn)住房和城鄉(xiāng)建設部）在全國范圍內(nèi)選定北京等8個城市作為垃圾分類收集的試點城市。北京市從2002年起，在部分居住小區(qū)、大廈、工業(yè)區(qū)逐步實行生活垃圾分類收集，按照“源頭分類、大件粗分，廚余垃圾就地處理”的原則，將生活垃圾分為可回收物（包含紙類、玻璃、金屬、塑料）、廚余垃圾和其他垃圾三大類，其他試點城市垃圾分類情況與北京大同小異。從垃圾分類效果來看，雖然投入了大量的人力、物力，但沒有達到預期目的。究其原因，一是與國情不符，我國的情況是可回收物已基本進入廢品回收渠道，生活垃圾中可直接回收物極少；二是處理方式單一，垃圾分類的系統(tǒng)建設和運行體系尚未形成，分類收集與后端處理脫節(jié)，導致垃圾分類有始無終。

從我國垃圾分類試點城市的實踐來看，轉(zhuǎn)變垃圾分類模式，將源頭分類與后端處理相結(jié)合是垃圾分類的趨勢。同時，國內(nèi)在建立生活垃圾分類投放、分類收集、分類運輸、分類處理體系的研究，以及在投放、收集、運輸和信息化管理等環(huán)節(jié)的關鍵支撐技術的研究方面尚屬空白，亟待填補。

（二）垃圾焚燒研究發(fā)展現(xiàn)狀

焚燒處理是實現(xiàn)垃圾處理減量化快捷、有效的技術方法，成為當今處理生活垃圾的主流。近幾年，一些經(jīng)濟發(fā)達國家逐步提高垃圾焚燒的處理比例。如日本的垃圾焚燒處理比例一直控制在90%以上；美國垃圾焚燒處理從1980年的1.8%上升為2007年的12.6%，其焚燒總量已達到3000萬噸/年。焚燒在我國起步較晚，但近幾年發(fā)展迅速，垃圾焚燒在無害化處理技術中所占比例從2001年的約1%提高到2007年的約10%（2007年新投入運行焚燒廠8座）。

我國垃圾焚燒處理存在的問題：一是近年來焚燒爐逐漸大型化，但一直缺乏對大型焚燒爐的工況研究；二是原生垃圾含水率高、可燃燒性差，垃圾熱值總體水平偏低（一般在3500～5000kJ/kg左右），并隨著季節(jié)發(fā)生明顯變動。直接焚燒垃圾熱值范圍變化過大，不僅會造成焚燒工況不穩(wěn)定、處理效率降低、出渣量增大，也影響到后端煙氣的產(chǎn)生與控制；三是高含水率使垃圾直接篩分會造成易粘連，工藝效果差，垃圾中的塑料等難以去除，焚燒誘發(fā)二噁英等有害物質(zhì)產(chǎn)生等問題。因此，有效降低生活垃圾的含水率、提高生活垃圾熱值并保障其穩(wěn)定性，以及深入開展對大型焚燒爐工況的研究，是促進我國生活垃圾焚燒處理的關鍵。

為提高待焚燒生活垃圾的低位熱值，國內(nèi)外多采用生物預處理、機械預處理等預處理技術方法。北京市現(xiàn)有大型生活垃圾轉(zhuǎn)運站雖有篩分工藝，但經(jīng)過篩分的垃圾每月熱值變化幅度依然很大，不適合焚燒廠對生活垃圾熱值均一化的需求。德國針對混合生活垃圾處理，先后開發(fā)出機械生物處理技術和干燥穩(wěn)定化技術，即生物干燥技術，可以大幅度提高入爐垃圾的低位熱值。它包括機械和生物處理兩個部分，可以分別獨立地用于垃圾處理，也可以與其他的垃圾處理技術如焚燒、填埋等結(jié)合，共同完成垃圾的處理。目前問題在于生物干化持續(xù)時間較長、處理過程中產(chǎn)生惡臭物質(zhì)、產(chǎn)生滲濾液，需要專門設備處理。同時，生物干化還對污染物具有富集作用，處理物可能增加單位質(zhì)量物料的污染物排放。因此，如何進一步縮短處理時間，提高處理效果，以及控制處理過程中與末端焚燒處理產(chǎn)生的污染是研究的重點。

（三） 垃圾生化處理研究發(fā)展現(xiàn)狀

目前垃圾生化處理有源頭處理和集中處理兩種模式。第一種，集中處理模式。現(xiàn)有的集中處理模式以好氧堆肥和厭氧發(fā)酵為主。推行新的分類收集、分類運輸模式后，進料端的廚余垃圾物料性質(zhì)上與原來的堆肥原料將明顯不同，原有堆肥工藝難以照搬套用，特別是對廚余垃圾含水率高、堆肥過程中易產(chǎn)生滲濾液并導致通風不暢等問題，有必要進行針對性的研究。同時在加速堆肥過程、控制污染、提高堆肥品質(zhì)與安全性方面也應進行相關研究。第二種，源頭處理模式。廚余垃圾源頭處理一般采用微生物菌劑進行快速發(fā)酵，國內(nèi)外均已研制開發(fā)出小型廚余垃圾處理機。源頭處理可以從源頭減少進入生活垃圾處理系統(tǒng)中有機物比例，減輕生活垃圾在收集、運輸和處理過程中臭氣和其他污染物的產(chǎn)生。但在目前的廚余垃圾源頭處理過程中存在著菌群適應性差、設備能耗大、低溫下處理效果不佳、處理過程有異味等問題。

在垃圾生化處理中，利用微生物強化與循環(huán)接種技術可以達到促進垃圾快速穩(wěn)定的目的。目前，對于固體發(fā)酵物料循環(huán)接種，國內(nèi)仍處于空白，通過研究采用發(fā)酵料倉中特定時空分布點堆肥物料直接回接（或者經(jīng)過強化處理回接）及填料負載微生物菌種等方式，促進廚余垃圾的腐熟過程，減少氮素的損失，提高堆肥產(chǎn)品安全性，從而大幅提升堆肥產(chǎn)品實際應用價值，促進廚余垃圾的有效資源化，是開展研究尋求突破的關鍵。

（四）生活垃圾設施后評估研究現(xiàn)狀

早在20世紀30年代，美國、瑞典等發(fā)達國家的財政、審計機構(gòu)及援外單位已經(jīng)開始了項目的后評估工作。到20世紀70年代，后評估被許多國家和國際組織所采用，并逐漸形成了一套比較完善的管理和評估體系。目前，美國、英國、德國、印度等國家，以及世界銀行和聯(lián)合國教科文組織等都已建立并形成比較完善的后評估制度。

我國從20世紀80年代開展后評估工作，目前主要應用于建筑、金融、信息和教育領域，在環(huán)衛(wèi)行業(yè)還未引入項目后評估。

三、北京市生活垃圾處理對科技的需求分析

為了貫徹《關于全面推進生活垃圾處理工作的意見》精神，落實《關于全面推進北京市生活垃圾處理的工作方案》提出的工作任務，分年度實現(xiàn)“增能力、調(diào)結(jié)構(gòu)、促減量”的垃圾處理工作目標，應加大科技的投入，集中力量研發(fā)垃圾收運處理及綜合管理基礎性、關鍵技術，并建設相應的示范區(qū)（工程）。

（一）開展生活垃圾分類投放收運體系及信息化系統(tǒng)研究與示范

選取北京市有代表性的城鄉(xiāng)地區(qū)，調(diào)查分析生活垃圾產(chǎn)生量及組分構(gòu)成，研究并預測生活垃圾產(chǎn)生量及組分變化趨勢。根據(jù)生活垃圾產(chǎn)生源特點和后端垃圾處理工藝技術需要，研究確定不同分類模式。分析比較生活垃圾不同分類模式的特點，提出適合的生活垃圾后端處理的分類模式。

選取北京市有代表性的城鄉(xiāng)地區(qū)，從垃圾特點、居民生活習慣、環(huán)境影響、經(jīng)濟投入等因素，運用數(shù)學方法分析并提出適宜的投放方式和收集容器分布，研究和優(yōu)化分類后生活垃圾收集工具和轉(zhuǎn)運車輛的配置及運輸方案，依據(jù)優(yōu)化成果，研究現(xiàn)行密閉式清潔站的改造方案和環(huán)境污染控制措施。

研究分類垃圾袋、垃圾桶（箱）的電子標識技術和垃圾分類收集、分類運輸環(huán)節(jié)的智能識別、智能稱重技術，利用3S技術，研發(fā)高度集成和系統(tǒng)化的垃圾分類收運信息管理平臺，創(chuàng)建垃圾物流系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，建立垃圾物流信息網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)對垃圾分類收集運輸作業(yè)進行全過程的信息化跟蹤、實時監(jiān)控和精準管理。

研究垃圾分類投放、分類運輸相關政策及收費機制、獎懲機制、宣傳機制。

基于上述研究成果，選擇1～2個適宜的示范區(qū)域（大約1萬人口），開展工程示范。

（二）開展生活垃圾焚燒預處理技術及系統(tǒng)集成優(yōu)化研究與示范

調(diào)研典型焚燒廠進廠原料及預處理工藝、焚燒工況、煙氣排放等方面情況，明確典型焚燒工藝進料需求，提出焚燒系統(tǒng)優(yōu)化方案，達到提高焚燒能力和控制污染的目的。針對高含水率的混合垃圾，通過實驗室試驗，篩選生物干化技術中微生物菌群。模擬生物干化過程，研究物料中水分的時空動態(tài)變化及對垃圾物料性狀的影響，對生物干燥過程工藝參數(shù)進行優(yōu)化。

針對預處理過程中釋放的惡臭等污染物，分析其化學組成、性質(zhì)特征、釋放強度及其隨處理時間的變化規(guī)律，研究開發(fā)配套除臭技術。

通過開展高含水率焚燒垃圾快速生物干燥技術的現(xiàn)場試驗，提出高含水率生活垃圾焚燒的生物預處理工藝技術方案。

研究原生混合垃圾、分類垃圾、生物干燥垃圾的特性（熱值、顆粒粒度、可燃物組分等）對焚燒爐燃燒工況的影響，指導焚燒爐進料的控制。

針對不同區(qū)域垃圾特性和焚燒需求，研究典型的預處理技術工藝組合和污染控制技術方案，形成高效、低污染的焚燒預處理系統(tǒng)集成。

基于上述研究成果，選擇適宜的示范場地，制定有針對性的垃圾預處理方案，開展工程示范。

（三）開展廚余垃圾微生物強化處理技術研究與示范

應用分子生物學技術，研究和分析生化過程中的微生物菌群動態(tài)及其菌群關鍵功能變化，為接種優(yōu)勢菌群、加快生化過程、縮短生化周期提供依據(jù)；針對廚余垃圾特點，篩選和馴化垃圾分解菌種，研究篩選穩(wěn)定高效的生化接種劑優(yōu)化組合，并通過實驗室模擬和現(xiàn)場試驗對其應用效果進行評價。

針對分類收集的廚余垃圾含水率高、物料粒度及成分復雜的特點，開展現(xiàn)場試驗研究，對好氧生化工藝中的前處理、通風速率、溫度、進料方法，以及接種比例等參數(shù)進行試驗優(yōu)化；研究生化過程中氮元素損失與控制；研究生化法處理垃圾過程中環(huán)保技術；提出采用隧道式生化工藝和長槽式生化工藝處理廚余垃圾的改進方案。

基于上述研究成果，選擇適宜的示范場地，開展廚余垃圾源頭處理示范；開展有針對性的廚余垃圾集中處理中試。

（四） 開展生活垃圾處理設施后評估體系研究

通過研究生活垃圾處理設施從建設到運行的全過程，選擇出對工程建設、技術水平、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會影響和可持續(xù)發(fā)展等方面產(chǎn)生影響的因素，利用層次分析篩選出重要的因素作為全過程評價因子。利用線性規(guī)劃、指數(shù)平滑、層次分析等數(shù)學方法，研究北京市生活垃圾處理設施后評估數(shù)學模型，結(jié)合德爾菲法，確定北京市生活垃圾處理設施后評估指標體系。

通過開展以上四方面的研究，可以解決生活垃圾產(chǎn)生量持續(xù)上升、處理能力嚴重不足、垃圾處理結(jié)構(gòu)不合理等難點問題，可直接應用于北京市新的垃圾處理系統(tǒng)，有效解決生活垃圾對水體、大氣和土壤等所造成的環(huán)境污染問題。提高垃圾資源化利用水平，降低環(huán)境污染風險，改善人們的居住環(huán)境。通過垃圾分類收運和后端處理相結(jié)合及其關鍵技術的研究，可有效控制生活垃圾處理各個環(huán)節(jié)對環(huán)境的污染，直接減少垃圾填埋量，減少填埋場滲濾液和臭味的產(chǎn)生；降低垃圾焚燒所釋放的污染物如焚燒殘渣、飛灰、煙氣等；減少廚余垃圾進入填埋場，防止病菌、蚊、蠅、蟑螂和老鼠的滋生，減少疫病傳播，有效控制垃圾填埋場臭氣污染，改善城市環(huán)境衛(wèi)生狀況。同時，為建設生態(tài)、循環(huán)、可持續(xù)的垃圾處理系統(tǒng)和實現(xiàn)“調(diào)結(jié)構(gòu)、增能力、促減量”的垃圾處理目標提供了有力的科技支撐，對解決北京市垃圾危機，促進首都人口、資源、環(huán)境全面協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展都有著極其重要的意義。

（責任編輯：文雪峰）