北京市生活垃圾处理对科技的需求分析

刘竞

北京市为实现“增能力、调结构、促减量”的垃圾处理工作目标，应尽快开展生活垃圾分类投放收运体系及信息化系统研究、生活垃圾焚烧预处理技术及系统集成优化研究、厨余垃圾微生物强化处理技术研究、生活垃圾处理设施后评估体系研究与应用，充分发挥科技支撑作用。

一、北京市生活垃圾处理基本现状和主要问题

2008年北京市生活垃圾产生量672万吨（1.84万吨/日）。目前，北京市共有生活垃圾处理设施23座，总设计日处理能力1.04万吨（卫生填埋、生化处理和焚烧所占比例分为90%、8%、2%），实际处理量为1.74万吨/日。2008年生活垃圾处理率95%，垃圾资源化率达到35%。餐厨垃圾产生量约60万吨（0.17万吨/日）。

目前，北京市垃圾面临的主要问题有：（1）垃圾产生量持续上升。从2005年起，北京市垃圾产生量每年以8%左右的速度持续上升。（2）垃圾处理能力严重不足。（3）垃圾处理结构不合理。（4）垃圾处理设施建设实施难。（5）垃圾管理体制机制不健全。

垃圾处理问题已引起北京市委、市政府和相关管理部门的高度重视。市委、市政府在2009年4月28日发布的《关于全面推进生活垃圾处理工作的意见》中，已把垃圾处理定位在“关乎民生的基础性公益事业”层面，把垃圾处理提升到首都经济社会可持续发展的高度，提出了建设生态、循环、可持续的垃圾处理系统的总目标和“增能力、调结构、促减量”的工作目标，并提出建立垃圾分类投放、分类收集、分类运输和分类处理的生活垃圾处理系统。2012年垃圾焚烧、生化处理和填埋比例为2∶3∶5，2015年为4∶3∶3，基本满足不同成分垃圾处理的需要；2012年实现城区原生垃圾零填埋，2015年实现全市原生垃圾零填埋等具体工作目标。

二、国内外垃圾处理现状和发展趋势

（一）垃圾分类研究发展现状

发达国家从20世纪60年代开始对垃圾分类收集进行研究，各国根据本国国情与生活垃圾的特性及实际处理情况对垃圾进行分类。虽然各国垃圾分类标准和方法各不相同，但共同的特点是生活垃圾源头分类与后端处理配套衔接，实现了分类投放、分类收集、分类运输和分类处理，形成了比较完整的适应垃圾回收再利用和再循环的垃圾处理体系，有效地减少了最终处置量，促进了资源的循环再利用。

我国城市生活垃圾分类起步较晚，2000年4月，建设部（现住房和城乡建设部）在全国范围内选定北京等8个城市作为垃圾分类收集的试点城市。北京市从2002年起，在部分居住小区、大厦、工业区逐步实行生活垃圾分类收集，按照“源头分类、大件粗分，厨余垃圾就地处理”的原则，将生活垃圾分为可回收物（包含纸类、玻璃、金属、塑料）、厨余垃圾和其他垃圾三大类，其他试点城市垃圾分类情况与北京大同小异。从垃圾分类效果来看，虽然投入了大量的人力、物力，但没有达到预期目的。究其原因，一是与国情不符，我国的情况是可回收物已基本进入废品回收渠道，生活垃圾中可直接回收物极少；二是处理方式单一，垃圾分类的系统建设和运行体系尚未形成，分类收集与后端处理脱节，导致垃圾分类有始无终。

从我国垃圾分类试点城市的实践来看，转变垃圾分类模式，将源头分类与后端处理相结合是垃圾分类的趋势。同时，国内在建立生活垃圾分类投放、分类收集、分类运输、分类处理体系的研究，以及在投放、收集、运输和信息化管理等环节的关键支撑技术的研究方面尚属空白，亟待填补。

（二）垃圾焚烧研究发展现状

焚烧处理是实现垃圾处理减量化快捷、有效的技术方法，成为当今处理生活垃圾的主流。近几年，一些经济发达国家逐步提高垃圾焚烧的处理比例。如日本的垃圾焚烧处理比例一直控制在90%以上；美国垃圾焚烧处理从1980年的1.8%上升为2007年的12.6%，其焚烧总量已达到3000万吨/年。焚烧在我国起步较晚，但近几年发展迅速，垃圾焚烧在无害化处理技术中所占比例从2001年的约1%提高到2007年的约10%（2007年新投入运行焚烧厂8座）。

我国垃圾焚烧处理存在的问题：一是近年来焚烧炉逐渐大型化，但一直缺乏对大型焚烧炉的工况研究；二是原生垃圾含水率高、可燃烧性差，垃圾热值总体水平偏低（一般在3500～5000kJ/kg左右），并随着季节发生明显变动。直接焚烧垃圾热值范围变化过大，不仅会造成焚烧工况不稳定、处理效率降低、出渣量增大，也影响到后端烟气的产生与控制；三是高含水率使垃圾直接筛分会造成易粘连，工艺效果差，垃圾中的塑料等难以去除，焚烧诱发二噁英等有害物质产生等问题。因此，有效降低生活垃圾的含水率、提高生活垃圾热值并保障其稳定性，以及深入开展对大型焚烧炉工况的研究，是促进我国生活垃圾焚烧处理的关键。

为提高待焚烧生活垃圾的低位热值，国内外多采用生物预处理、机械预处理等预处理技术方法。北京市现有大型生活垃圾转运站虽有筛分工艺，但经过筛分的垃圾每月热值变化幅度依然很大，不适合焚烧厂对生活垃圾热值均一化的需求。德国针对混合生活垃圾处理，先后开发出机械生物处理技术和干燥稳定化技术，即生物干燥技术，可以大幅度提高入炉垃圾的低位热值。它包括机械和生物处理两个部分，可以分别独立地用于垃圾处理，也可以与其他的垃圾处理技术如焚烧、填埋等结合，共同完成垃圾的处理。目前问题在于生物干化持续时间较长、处理过程中产生恶臭物质、产生渗滤液，需要专门设备处理。同时，生物干化还对污染物具有富集作用，处理物可能增加单位质量物料的污染物排放。因此，如何进一步缩短处理时间，提高处理效果，以及控制处理过程中与末端焚烧处理产生的污染是研究的重点。

（三） 垃圾生化处理研究发展现状

目前垃圾生化处理有源头处理和集中处理两种模式。第一种，集中处理模式。现有的集中处理模式以好氧堆肥和厌氧发酵为主。推行新的分类收集、分类运输模式后，进料端的厨余垃圾物料性质上与原来的堆肥原料将明显不同，原有堆肥工艺难以照搬套用，特别是对厨余垃圾含水率高、堆肥过程中易产生渗滤液并导致通风不畅等问题，有必要进行针对性的研究。同时在加速堆肥过程、控制污染、提高堆肥品质与安全性方面也应进行相关研究。第二种，源头处理模式。厨余垃圾源头处理一般采用微生物菌剂进行快速发酵，国内外均已研制开发出小型厨余垃圾处理机。源头处理可以从源头减少进入生活垃圾处理系统中有机物比例，减轻生活垃圾在收集、运输和处理过程中臭气和其他污染物的产生。但在目前的厨余垃圾源头处理过程中存在着菌群适应性差、设备能耗大、低温下处理效果不佳、处理过程有异味等问题。

在垃圾生化处理中，利用微生物强化与循环接种技术可以达到促进垃圾快速稳定的目的。目前，对于固体发酵物料循环接种，国内仍处于空白，通过研究采用发酵料仓中特定时空分布点堆肥物料直接回接（或者经过强化处理回接）及填料负载微生物菌种等方式，促进厨余垃圾的腐熟过程，减少氮素的损失，提高堆肥产品安全性，从而大幅提升堆肥产品实际应用价值，促进厨余垃圾的有效资源化，是开展研究寻求突破的关键。

（四）生活垃圾设施后评估研究现状

早在20世纪30年代，美国、瑞典等发达国家的财政、审计机构及援外单位已经开始了项目的后评估工作。到20世纪70年代，后评估被许多国家和国际组织所采用，并逐渐形成了一套比较完善的管理和评估体系。目前，美国、英国、德国、印度等国家，以及世界银行和联合国教科文组织等都已建立并形成比较完善的后评估制度。

我国从20世纪80年代开展后评估工作，目前主要应用于建筑、金融、信息和教育领域，在环卫行业还未引入项目后评估。

三、北京市生活垃圾处理对科技的需求分析

为了贯彻《关于全面推进生活垃圾处理工作的意见》精神，落实《关于全面推进北京市生活垃圾处理的工作方案》提出的工作任务，分年度实现“增能力、调结构、促减量”的垃圾处理工作目标，应加大科技的投入，集中力量研发垃圾收运处理及综合管理基础性、关键技术，并建设相应的示范区（工程）。

（一）开展生活垃圾分类投放收运体系及信息化系统研究与示范

选取北京市有代表性的城乡地区，调查分析生活垃圾产生量及组分构成，研究并预测生活垃圾产生量及组分变化趋势。根据生活垃圾产生源特点和后端垃圾处理工艺技术需要，研究确定不同分类模式。分析比较生活垃圾不同分类模式的特点，提出适合的生活垃圾后端处理的分类模式。

选取北京市有代表性的城乡地区，从垃圾特点、居民生活习惯、环境影响、经济投入等因素，运用数学方法分析并提出适宜的投放方式和收集容器分布，研究和优化分类后生活垃圾收集工具和转运车辆的配置及运输方案，依据优化成果，研究现行密闭式清洁站的改造方案和环境污染控制措施。

研究分类垃圾袋、垃圾桶（箱）的电子标识技术和垃圾分类收集、分类运输环节的智能识别、智能称重技术，利用3S技术，研发高度集成和系统化的垃圾分类收运信息管理平台，创建垃圾物流系统数据库，建立垃圾物流信息网络系统，实现对垃圾分类收集运输作业进行全过程的信息化跟踪、实时监控和精准管理。

研究垃圾分类投放、分类运输相关政策及收费机制、奖惩机制、宣传机制。

基于上述研究成果，选择1～2个适宜的示范区域（大约1万人口），开展工程示范。

（二）开展生活垃圾焚烧预处理技术及系统集成优化研究与示范

调研典型焚烧厂进厂原料及预处理工艺、焚烧工况、烟气排放等方面情况，明确典型焚烧工艺进料需求，提出焚烧系统优化方案，达到提高焚烧能力和控制污染的目的。针对高含水率的混合垃圾，通过实验室试验，筛选生物干化技术中微生物菌群。模拟生物干化过程，研究物料中水分的时空动态变化及对垃圾物料性状的影响，对生物干燥过程工艺参数进行优化。

针对预处理过程中释放的恶臭等污染物，分析其化学组成、性质特征、释放强度及其随处理时间的变化规律，研究开发配套除臭技术。

通过开展高含水率焚烧垃圾快速生物干燥技术的现场试验，提出高含水率生活垃圾焚烧的生物预处理工艺技术方案。

研究原生混合垃圾、分类垃圾、生物干燥垃圾的特性（热值、颗粒粒度、可燃物组分等）对焚烧炉燃烧工况的影响，指导焚烧炉进料的控制。

针对不同区域垃圾特性和焚烧需求，研究典型的预处理技术工艺组合和污染控制技术方案，形成高效、低污染的焚烧预处理系统集成。

基于上述研究成果，选择适宜的示范场地，制定有针对性的垃圾预处理方案，开展工程示范。

（三）开展厨余垃圾微生物强化处理技术研究与示范

应用分子生物学技术，研究和分析生化过程中的微生物菌群动态及其菌群关键功能变化，为接种优势菌群、加快生化过程、缩短生化周期提供依据；针对厨余垃圾特点，筛选和驯化垃圾分解菌种，研究筛选稳定高效的生化接种剂优化组合，并通过实验室模拟和现场试验对其应用效果进行评价。

针对分类收集的厨余垃圾含水率高、物料粒度及成分复杂的特点，开展现场试验研究，对好氧生化工艺中的前处理、通风速率、温度、进料方法，以及接种比例等参数进行试验优化；研究生化过程中氮元素损失与控制；研究生化法处理垃圾过程中环保技术；提出采用隧道式生化工艺和长槽式生化工艺处理厨余垃圾的改进方案。

基于上述研究成果，选择适宜的示范场地，开展厨余垃圾源头处理示范；开展有针对性的厨余垃圾集中处理中试。

（四） 开展生活垃圾处理设施后评估体系研究

通过研究生活垃圾处理设施从建设到运行的全过程，选择出对工程建设、技术水平、经济效益、环境效益、社会影响和可持续发展等方面产生影响的因素，利用层次分析筛选出重要的因素作为全过程评价因子。利用线性规划、指数平滑、层次分析等数学方法，研究北京市生活垃圾处理设施后评估数学模型，结合德尔菲法，确定北京市生活垃圾处理设施后评估指标体系。

通过开展以上四方面的研究，可以解决生活垃圾产生量持续上升、处理能力严重不足、垃圾处理结构不合理等难点问题，可直接应用于北京市新的垃圾处理系统，有效解决生活垃圾对水体、大气和土壤等所造成的环境污染问题。提高垃圾资源化利用水平，降低环境污染风险，改善人们的居住环境。通过垃圾分类收运和后端处理相结合及其关键技术的研究，可有效控制生活垃圾处理各个环节对环境的污染，直接减少垃圾填埋量，减少填埋场渗滤液和臭味的产生；降低垃圾焚烧所释放的污染物如焚烧残渣、飞灰、烟气等；减少厨余垃圾进入填埋场，防止病菌、蚊、蝇、蟑螂和老鼠的滋生，减少疫病传播，有效控制垃圾填埋场臭气污染，改善城市环境卫生状况。同时，为建设生态、循环、可持续的垃圾处理系统和实现“调结构、增能力、促减量”的垃圾处理目标提供了有力的科技支撑，对解决北京市垃圾危机，促进首都人口、资源、环境全面协调和可持续发展都有着极其重要的意义。

（责任编辑：文雪峰）