一種以"生活垃圾為能源"的生態系統的開發與應用

王楚玥 邵宗定 邱雨 方軍

摘 要：本文從生態系統項目概念和背景出發，系統闡述了以垃圾為能源的項目原理、所運用科學知識以及相應解決的問題，體現了項目蘊含的生態效應和社會效應，并對項目前景和發展做出展望。

一、引言

（一）海島生活垃圾的現狀與問題所在

《2014年中國海洋環境狀況公報》指出我國近海的海洋垃圾絕大部分是塑料。國家海洋局在37個區域開展了海洋垃圾監測，監測內容包括海面漂浮垃圾、海灘垃圾和海底垃圾的種類、數量和來源。海面漂浮垃圾主要為聚苯乙烯泡沫塑料碎片、塑料袋和塑料瓶等。大塊和特大塊漂浮垃圾平均個數為30個/平方公里；中塊和小塊漂浮垃圾平均個數為2206個/平方公里，平均密度為20千克/平方公里。聚苯乙烯泡沫塑料類垃圾數量最多，占46%，其次為泡沫塑料以外的塑料物體，占31%。也就是說，塑料總共占77%。91%的海面漂浮垃圾來源于陸地，9%來源于海上活動。

由于海島是海洋的重要組成部分，構成了海洋生態系統的重要一環。海島自然生態環境較為脆弱，生活垃圾如果不能得到妥善處理，必將對海島周邊海域環境造成嚴重破壞。例如長山群島島嶼眾多，整個長海縣共由195個島嶼組成。各島嶼之間分散、運程遠的現狀，使海島垃圾很難像陸地那樣進行大規模集中處理，因此海島的垃圾處理應該如何因地制宜值得探討。

（二）新型垃圾處理方法研究價值

海島與陸地環境不同，因地制宜處理垃圾，目前最切實有效的方法就是通過垃圾分類實現垃圾減量。因地制宜處理海島垃圾最理想的狀態就是實現垃圾自產自消，盡可能降低外運成本。

對海島長期穩定發展具有重要的戰略意義。進一步加大垃圾分類管控工作的推進力度，最大限度地減少垃圾處置量，實現垃圾資源利用。比如惰性垃圾可用于建筑工地回填，可燃垃圾可以熱解焚燒，海島垃圾中數量最多的貝殼類垃圾則可人工造礁，用于海洋生態環境恢復等。

二、智慧城市路燈網絡系統

（一）系統開發背景

據合眾國際社報道，美國城市每天丟棄的生活垃圾約50萬噸，平均每人3.6磅。傳統的處理辦法就是把垃圾運往城郊的垃圾消納場傾倒填埋。經研究證實，填埋垃圾中有很多化學物質會污染地下水源，造成水源公害。一種以垃圾為能源的生態系統就可以解決任何地方的集中垃圾，不僅可以解決像美國城市中的巨量垃圾，更能解決諸如中國南海島嶼上的居民生活垃圾。垃圾運輸到系統中進行焚燒，不僅操作十分簡單、而且資源得到再利用，符合可持續發展的客觀理念。

（二）系統功能介紹（分功能模塊）

1.垃圾甄別與傳送

在垃圾入口處，生態系統將在登陸甲板上設置安裝紅外傳感器等機器對垃圾進行甄別，以區別垃圾是否符合燃燒的條件。如果垃圾符合條件，將會被垃圾入口處的傳送帶送往下一個環節。如果不符合條件將不會送往下一段裝置。

經過篩選的生活垃圾將會被傳送帶傳送到下一階段的關卡處。

傳送帶的末端是由液壓桿和焚燒室門組成的關卡。液壓桿在存在垃圾需要進入焚燒爐的情況下打開焚燒爐門，也會在垃圾投放完畢后關閉焚燒爐門，以構建良好的焚燒條件。

2.焚燒室

焚燒爐內配備熱力發電機，熱力發電機將會把垃圾焚燒時產生的熱能轉化為電能并存儲在電池箱中。

焚燒室外層頂部裝有四個大型工業風扇，它們分為兩組。A組作為單向近期風扇，將新鮮空氣注入焚燒室，以保證垃圾焚燒時所需的足量氧氣。B組風扇設置在焚燒室的外層頂部，并作為垃圾焚燒產生的煙霧的排放裝置，該組風扇將連接整體系統中的水循環系統，用流動水吸收焚燒廢氣中的雜質，過濾焚燒尾氣，以防止污染空氣。

3.廢渣改造

焚燒室出口處特設廢渣改造裝置，將經過高溫煅燒的垃圾廢渣改造為電磚和填海材料，為建筑行業和填海工程事業提供原材料。

4.控制室機房

控制室內裝有整個生態系統的總控制機房。

其中機房分為傳送帶及其焚燒室門控制系統、焚燒室控制系統、工業風扇控制系統、水泵控制系統、生活區控制系統等。所有相關系統以模塊化的方式安置在控制室內，便于生態系統上工作人員管理與維修。

5.生活區

生態系統的生活區將致力于照顧生態系統日常運維的工作人員的基本生活。

6.駕駛室

駕駛室將用于人工或智能無人控制生態系統在國際間的航行。

7.電池室

電池室將安置項目組研發的新型電池，電池主要功能是存儲垃圾燃燒后經由發電機產生的電能。電能將用于為海島和是生態系統自身服務。

8.水循環與水凈化

水循環系統是整體生態系統的一個分支，其主要作用是輔助垃圾焚燒。

海水和污水凈化系統是整體生態系統的一個分支，其主要作用幫助島嶼居民提供淡水支援和生態系統船員的基本生活需要。

（三）生態系統特色及設計理念

1.環保創新理念世界首創

目前在全球范圍內暫無科研人員或者民間發明家提出“以垃圾為能源”的生態系統概念。所以生態系統的環保理念為世界首創。

2.節能減排廢物利用

生態系統幾乎所有能源供給均來源于生活垃圾，原本海島上的生活垃圾對于海島不僅是占地方的廢物還是污染環境的污染源。但是經過生態系統處理盡可以轉化為電能、建筑材料等可以供人們生活實用的可利用能源。達到節能減排廢物利用的生態效果。

3.技術整合功能齊全

生態系統是一些生態凈化系統的載體，它為各個系統提供了運作和整合的場所，為技術整合提供物理基礎。項目組設計的生態系統環環相扣，系統與系統之間相互配合，形成功能齊全的生態系統閉環。

（四）生態系統效應

1.環保效應

生態系統項目提供的服務將為區域環保事業做出卓越貢獻。區域合作海島將會在生態系統項目的幫助下發展當地環保事業，為當地生活垃圾處理提供實用化、無害化、無占地化處理解決方法，助推合作海島區域環保行業的迅猛發展。

2.社會效應

生態系統項目代表的環保行業為項目主導行業。在所在環保行業形成規模后，隨著會形成旁側效應和前向效應，即主導的環保行業的高速增長，帶動環保行業涉及的各種要素投入，從而刺激各種要素所在的相關行業的發展，并誘發新的經濟活動或派生新的產業部門，甚至為下一個重要的主導產業建立起新的平臺。

3.經濟效應

生態系統項目的興起將會帶動生態系統相關行業的發展，例如船舶業、機械、建材、電力、通訊、等產業的發展。再以上行業的發展中，必然帶動合作區域內的行業經濟量與質的發展。

三、生態系統應用可行性

該裝置名稱為“一種以垃圾為能源的生態系統”，顧名思義，該裝置的能源幾乎百分百來自人類產生的各種生活垃圾。生態系統整體造型為登陸艇為原型，并結合帆船等船的生活特點，巧妙地將科技型與生活性融合在一起，達到一生態船為一生態處理系統，一海島為一服務對象，多島與生態船為生態體系的效果。可以使生態船獨立在國際海域間續航生存，為國際間海島國家、海島地區、海島地域等場景的生活垃圾進行處理、利用與再加工。

四、前景與展望

本生態系統的應用可以解決目前各個海島大量的生活垃圾，打破了各島嶼之間分散、運程遠的現狀屏障，解放了大量人力物力，具有良好的經濟效益與社會效益。研究在當今的海洋治理背景下，生態系統的應用以及其獨有的優勢分析，為往后生態系統的研究與應用提供借鑒。

參考文獻：

[1]郭浩男，丁志斌.海島生活垃圾處置方式探討[J].山西建筑，2018，44（25）：182-184.

[2]《2014年中國海洋環境狀況公報》

[3]合眾國際社