美国城市生活垃圾处理模式及思考

美国城市生活垃圾处理模式及思考2012-01-1012:40环卫科技网作者：刘广青董仁杰王凤宇摘要：介绍美国城市生活垃圾的产生、性质、分类、收集及处理，并以加利福尼亚州一废弃物处理公司为例描述了美国以商业运转模式处理城市生活垃圾的方法、程序及效益。同时根据我国城市生活垃圾特点及收集处理方式，提出了建议。关键词：城市生活垃圾；美国；商业模式城市生活垃圾是城市污染的主要来源之一。由于各国垃圾性质、经济实力、能源需求、地理资源、技术手段、法律政策等方面的差别导致了不同国家城市生活垃圾产生、收集、处理、回收等垃圾处理过程的不同。高效合理的城市生活垃圾处理模式不仅可以缓解环境污染的压力、回收可再生资源，还可以形成一个以商业模式运行的垃圾处理的产业。中国人口众多，每年产生将近1.4亿t的城市生活垃圾。能否高效合理的处理这些“放错地方的资源”，关系到了我国城市环境建设的成功与否。一套科学经济的城市生活垃圾处理模式不仅是环境和经济问题，更重要的是它将成为21世纪资源循环利用中的重要一环。美国在城市生活垃圾处理方面发展得比较快，其城市生活垃圾的处理过程和模式值得研究、思考和借鉴。1美国城市生活垃圾的产生与性质美国国家环保局把城市生活垃圾定义为来自居民、商业部门、公司或工业企业废弃的耐用品、非耐用品、容器与包装、食品、庭院修剪物以及其它各种各样的废弃物，一般不包括诸如建筑废弃物、焚烧灰渣及工业生产过程中的废物。2003年美国产生2.14亿t城市生活垃圾，人均每天产生2kg。图1是1960～2003年美国城市生活垃圾产生总量和人均日产量曲线图。美国城市生活垃圾主要分为纸类、庭院废弃物、食物残渣、塑料、金属、橡胶皮革和纺织物、玻璃、木头及其它几种。图2是美国2003年各种废弃物所占的比例。按产品性质可分为耐久性废弃物、非耐久性废弃物、包装废弃物和其它四种。耐久性废弃物被定义为生命期在3年或3年以上的废弃物，包括大小家电、家具饰物、轮胎等。非耐久性废弃物包括纸和纸板、塑料制品、衣物织物等。包装物包括各种材料的包装物。其它包括食物废弃物、庭院废弃物物和其它杂类，2003年这4类废弃物的比例分别占16.7%、26.3%、31.7%和25.3%。图1美国生活垃圾年产量和人均日产量图2美国2003年城市生活垃圾成分比例2加州城市生活垃圾的产生和性质加利福尼亚州是美国最大的州，2003年产生3650万t城市生活垃圾。加州将废弃物分成三大类，四小类。见表1。其具体按材料分类见图3（注：有机物包括食物废弃物、树叶树枝、庭院废弃物、农作物枝干、粪尿、织物及可堆肥的其它有机物等。家庭有害废弃物是指废油漆、废油、汽车废液、废电池等。特殊废弃物指污泥、处理后医疗废弃物、轮胎及部分大型物件等）。表1加州2003年不同来源的废弃物产生量及其比例表3商业运转模式城市生活垃圾的收集、回收、处理、加工及销售在美国是一个系统的产业，依靠商业模式来运行。此处将以美国加利福尼亚州的Norcal废弃物处理中心（NorcalWasteSystems，Inc）为例阐述美国城市生活垃圾的商业运转模式。Norcal公司的总部位于旧金山，成立于1921年，是最大的美国固体废弃物处理公司之一。它在加州及邻周设有30多个分公司。公司业务包括收集、回收、运输、加工以及垃圾填埋场运作。NorcalWasteSystems，Inc.的客户有57万居民和5.5万个商业单位。它拥有若干个废弃物回收中心，垃圾填埋场和有机废弃物堆肥场。废弃物处理场的收益主要有两个方面：一是居民和商业机构交纳的废弃物处理费；二是回收产品和副产品的销售费。规模小的废弃物处理公司只有废弃物回收中心，它只需要将其余废弃物运送到其它公司附属的垃圾填埋场，并交纳垃圾填埋费。就NorcalWasteSystems，Inc.来说，其收益有居民和商业机构固定的每月废弃物处理费用，其它个体或公司不定期废弃物倾倒费，垃圾填埋场填埋费，回收物品如纸、塑料、玻璃及堆肥有机肥料的销售费等。3.1收集模式美国的城市生活垃圾都是由专门从事废弃物收集处理的公司承包运作。这些废弃物公司有的只是负责收集、分类和运输，有的有自己的垃圾填埋场和堆肥场。美国居民每月要交给市政管理部门垃圾处理费，市政管理部门再与废弃物处理企业签订合同。每个公司的垃圾收集办法是不同的，如垃圾分类投放箱的大小，颜色，样式以及垃圾车的自动装置等，但是基本上是2个垃圾箱：一个是可回收物（recycled）；另一类是不可回收物（trash）。不同的地区垃圾处理费用也各不相同。表2是加州部分地区居民的垃圾处理费用价格。一些小的公司，如戴维斯市废弃物处理公司DWR（DavisWasteRemoval）只负责收集运输废弃物和回收可回收物，不可回收部分需要送到附近的垃圾填埋场处理。各地运输不可回收物到垃圾填埋场的费用从20～70美元不等，表3是加州部分垃圾填埋场的收费标准。表2美国近年部分地区垃圾填埋场收费标准（美元/t）美国回收物收购站不太普遍。各个废弃物处理公司设有专门的回收物收购点，每个城市会有1个或几个回收物收购中心，但大多只收购塑料瓶和金属罐。这些物品上都会印有可回收（recycled）的三角循环标志。但这些中心是中间商，他们的收购价格很低，以戴维斯市为例，小于1.5L装的瓶罐（包括塑料3#PVC、4#LDPE、5#聚丙烯、6#聚苯乙烯和7#其它）一般合人民币3角/个，大于1.5L装的瓶罐一般6角/个。大部分回收物都由废弃物处理公司来收集处理。NorcalWasteSystemInc.2003年在旧金山成立了一个美国最大的废弃物回收中心，该中心占地18580m2，处理能力2100t/d。该中心投资3800万美元配置现代化的垃圾分选装置，然后将各类分选出的产品打包送往造纸厂、玻璃厂和其它消费品生产公司。政府预计2010年，旧金山75%的废弃物都将由该中心进行处理。3.2处理模式当前，美国城市生活垃圾的处理方法主要有回收、焚烧和填埋。其中回收占30%，焚烧占14%，填埋占56%。回收主要一部分是将电池、纸类、玻璃、塑料、金属等分类、收集、加工、生产、出售的过程，占回收率的30%。回收中的另一部分是对食物废弃物和庭院废弃物进行堆肥处理，占回收率的7%左右。厌氧消化目前基本还没有规模化应用。1960～1990年之间，美国城市生活垃圾回收率从6.4%增加到30.6%，2003年的总回收量达到6500万t。图4是美国城市生活垃圾回收量和回收率的变化曲线。其中回收率最大的四类废弃物是电池、钢铁、庭院废弃物和纸类，分别是93%、60%、56%和48%。回收率的提高减轻了温室气体的排放，缓解了水体的污染，减少了对填埋场和焚烧炉的需求，提供了工业原材料，并节约了能源，创造了就业条件。图4美国逐年城市生活垃圾年回收量和年回收率堆肥是指对食物废弃物、庭院废弃物及其它有机废弃物的堆肥处理。尽管美国对堆肥很重视，但2001年产生的2500万t食物废弃物，只有2.8%得到了回收利用。2002年，美国全国有8875个路边回收项目和3227个社区堆肥项目。NorcalWasteSystem，Inc.自2004年开展了饭店食物废弃物回收项目。旧金山市及其周边的几个城市近2000多个包括餐馆、商业机构和学校等参与了此项目，堆肥的产品经过配方制成有机肥料，出售给加州的果园和葡萄园作肥料和土壤改良剂，肥料效果得到了业主的肯定。图5为现场回收食物废弃物。图5堆肥垃圾的收集城市生活垃圾焚烧可以产生能源，并能使得废弃物容积减少90%，重量减少75%。2001年，美国共有97座焚烧炉，总处理容量为8.6万t/d。填埋处理在美国依然是处理量最大的方法。但填埋废弃物的总量从1990年的1.27亿t降低至2001年的1.16亿t，同时填埋场的数量由6326个减少至1858个。部分垃圾填埋场采取了生物反应器（Bioreactors）填埋方法，就是将渗滤液进行回灌，加快降解速度，增加产气量。以Yolo区垃圾填埋场的大规模试验为例，通过控制渗滤液汇流的生物反应器填埋场产气量和甲烷成分都是传统填埋场的2倍；两年内，生物反应器填埋场沉降46英寸，传统的只沉降11英寸。这样，生物反应器填埋技术可以将传统填埋场的降解时间从30～50年缩小至5～10年。厌氧发酵城市生活垃圾现在被逐渐关注。加州能源部目前正和戴维斯大学合作对食物废弃物和绿色废弃物进行阶段固体床厌氧处理。目前30t/d、100t/d和300t/d的小试和中试示范工程正在建设中。该工程将采用加州大学张瑞红教授研究的阶段固体床反应器消化技术。示范项目现场见图6。利用高温灭菌液体分选系统处理城市生活垃圾是另一项新技术。该技术可以将原生混合垃圾经过高温高压灭菌3h后，再通过滚动塞网进行分离。分离出的物质经过水洗、挤压等过程，有机可溶物（例如食品废弃物）溶解到液体中作为废水排出，纤维成分作为造纸原料销售。以美国Reno市的一个示范工程为例，该工程处理能力为20t/d，原料为原生混合垃圾，含水量大约20%～30％。经过3h的高温高压灭菌后，分离出来的60%小粒径物质经过水洗过程制成造纸原料销售，40%的大块物质运往垃圾填埋场。该技术适合处理的是含纤维素较多的原生混合垃圾。厌氧消化和高温灭菌联合技术也是目前正在研究的重点。图6厌氧处理食物废弃物和绿色废弃物示范工程4对中国生活垃圾收集及处理方式的思考据中国环境报告测算，城市生活垃圾污染占城市总污染的一半。近十几年来，城市生活垃圾的年增长率在8%～10%，北京等大城市垃圾年增长率达15%～17%。目前中国有1/3的城市被垃圾所包围，垃圾累积堆存量达60多亿t，侵占土地75万亩，严重污染了地下水。2003年，我国660个城市生活垃圾清运量达1.5亿t，官方统计的无害化处理率为54.3%，而实际不足20%。我国城市生活垃圾收集系统与国外完全不同，尽管近年来大力推行生活垃圾分类收集，但效果不明显。全国绝大部分城市处理的都是混合原生垃圾。另外，我国城市生活垃圾的性质与西方国家有很大不同。一是含水率高，一般为55%～65%，而西方国家一般为30%～35%；二是生活垃圾中厨余和餐饮等有机废物比例高达45%～55%，大城市的一些小区生活垃圾中有机物干基比例甚至能达到90%，而西方发达国家一般在20%左右。目前我国城市生活垃圾用于添埋、堆肥、焚烧的比例分别是79.2%、18.8%、2%。利用高效厌氧消化、蚯蚓消化以及其它新技术处理城市生活垃圾的比例很小。大部分填埋场存在渗沥液污染，填埋气体污染大气，和存在安全隐患等问题，目前能够对填埋气进行资源化利用的填埋场不足3%。调查还表明，无害化填埋场每吨垃圾处理成本（含投资成本）达60～80元，如果没有能源的回收利用，成本很高；焚烧法处理垃圾体积减少可达90%，周期短、占地少、有效消除病原菌，但由于目前中国城市垃圾中含水量大，往往需要添加其它辅助燃料，而且燃烧法一次性投资大，运行费用高且产生SO2、NOx、二恶英、呋喃等有害气体造成二次污染；好氧堆肥法处理城市生活垃圾体积可减少50%～70%，可产生大量肥料，但其存在能耗大，占地大，肥效低、卫生条件差等缺点，长期使用易造成土壤板结和地下水质变坏，所以，堆肥的规模不易太大。而且好氧堆肥的适宜固体含量在55%～60%之间，像含水率大的蔬菜、水果、食堂和小区厨余等城市生活垃圾未经预处理就不适合好氧堆肥。综上对美国和中国城市生活垃圾特性和处理系统的分析，对我国城市生活垃圾的处理处置提出以下建议：（1）加强对城市生活垃圾进行分类收集的力度。首先加强对公众的环境意识教育，同时政府和企业要加强简易、方便的垃圾分类收集运输装置的研究和开发。（2）制定合理的垃圾收费管理制度，使居民以市场的方式参与到垃圾处理系统中。（3）加大对各地区城市生活垃圾产量和性质的研究，以便能利用适宜的方法处理。已有几类方法从总体上看各有其功能，一般来讲不是替代关系，而是互补关系，应因地制宜地进行技术选择。例如，含水率高的有机垃圾利用高效的厌氧消化，可以产生清洁能源沼气，残余物经过好氧后处理还可以当作肥料。（4）加强对各类方法在