一种以"生活垃圾为能源"的生态系统的开发与应用

王楚玥 邵宗定 邱雨 方军

摘 要：本文从生态系统项目概念和背景出发，系统阐述了以垃圾为能源的项目原理、所运用科学知识以及相应解决的问题，体现了项目蕴含的生态效应和社会效应，并对项目前景和发展做出展望。

一、引言

（一）海岛生活垃圾的现状与问题所在

《2014年中国海洋环境状况公报》指出我国近海的海洋垃圾绝大部分是塑料。国家海洋局在37个区域开展了海洋垃圾监测，监测内容包括海面漂浮垃圾、海滩垃圾和海底垃圾的种类、数量和来源。海面漂浮垃圾主要为聚苯乙烯泡沫塑料碎片、塑料袋和塑料瓶等。大块和特大块漂浮垃圾平均个数为30个/平方公里；中块和小块漂浮垃圾平均个数为2206个/平方公里，平均密度为20千克/平方公里。聚苯乙烯泡沫塑料类垃圾数量最多，占46%，其次为泡沫塑料以外的塑料物体，占31%。也就是说，塑料总共占77%。91%的海面漂浮垃圾来源于陆地，9%来源于海上活动。

由于海岛是海洋的重要组成部分，构成了海洋生态系统的重要一环。海岛自然生态环境较为脆弱，生活垃圾如果不能得到妥善处理，必将对海岛周边海域环境造成严重破坏。例如长山群岛岛屿众多，整个长海县共由195个岛屿组成。各岛屿之间分散、运程远的现状，使海岛垃圾很难像陆地那样进行大规模集中处理，因此海岛的垃圾处理应该如何因地制宜值得探讨。

（二）新型垃圾处理方法研究价值

海岛与陆地环境不同，因地制宜处理垃圾，目前最切实有效的方法就是通过垃圾分类实现垃圾减量。因地制宜处理海岛垃圾最理想的状态就是实现垃圾自产自消，尽可能降低外运成本。

对海岛长期稳定发展具有重要的战略意义。进一步加大垃圾分类管控工作的推进力度，最大限度地减少垃圾处置量，实现垃圾资源利用。比如惰性垃圾可用于建筑工地回填，可燃垃圾可以热解焚烧，海岛垃圾中数量最多的贝壳类垃圾则可人工造礁，用于海洋生态环境恢复等。

二、智慧城市路灯网络系统

（一）系统开发背景

据合众国际社报道，美国城市每天丢弃的生活垃圾约50万吨，平均每人3.6磅。传统的处理办法就是把垃圾运往城郊的垃圾消纳场倾倒填埋。经研究证实，填埋垃圾中有很多化学物质会污染地下水源，造成水源公害。一种以垃圾为能源的生态系统就可以解决任何地方的集中垃圾，不仅可以解决像美国城市中的巨量垃圾，更能解决诸如中国南海岛屿上的居民生活垃圾。垃圾运输到系统中进行焚烧，不仅操作十分简单、而且资源得到再利用，符合可持续发展的客观理念。

（二）系统功能介绍（分功能模块）

1.垃圾甄别与传送

在垃圾入口处，生态系统将在登陆甲板上设置安装红外传感器等机器对垃圾进行甄别，以区别垃圾是否符合燃烧的条件。如果垃圾符合条件，将会被垃圾入口处的传送带送往下一个环节。如果不符合条件将不会送往下一段装置。

经过筛选的生活垃圾将会被传送带传送到下一阶段的关卡处。

传送带的末端是由液压杆和焚烧室门组成的关卡。液压杆在存在垃圾需要进入焚烧炉的情况下打开焚烧炉门，也会在垃圾投放完毕后关闭焚烧炉门，以构建良好的焚烧条件。

2.焚烧室

焚烧炉内配备热力发电机，热力发电机将会把垃圾焚烧时产生的热能转化为电能并存储在电池箱中。

焚烧室外层顶部装有四个大型工业风扇，它们分为两组。A组作为单向近期风扇，将新鲜空气注入焚烧室，以保证垃圾焚烧时所需的足量氧气。B组风扇设置在焚烧室的外层顶部，并作为垃圾焚烧产生的烟雾的排放装置，该组风扇将连接整体系统中的水循环系统，用流动水吸收焚烧废气中的杂质，过滤焚烧尾气，以防止污染空气。

3.废渣改造

焚烧室出口处特设废渣改造装置，将经过高温煅烧的垃圾废渣改造为电砖和填海材料，为建筑行业和填海工程事业提供原材料。

4.控制室机房

控制室内装有整个生态系统的总控制机房。

其中机房分为传送带及其焚烧室门控制系统、焚烧室控制系统、工业风扇控制系统、水泵控制系统、生活区控制系统等。所有相关系统以模块化的方式安置在控制室内，便于生态系统上工作人员管理与维修。

5.生活区

生态系统的生活区将致力于照顾生态系统日常运维的工作人员的基本生活。

6.驾驶室

驾驶室将用于人工或智能无人控制生态系统在国际间的航行。

7.电池室

电池室将安置项目组研发的新型电池，电池主要功能是存储垃圾燃烧后经由发电机产生的电能。电能将用于为海岛和是生态系统自身服务。

8.水循环与水净化

水循环系统是整体生态系统的一个分支，其主要作用是辅助垃圾焚烧。

海水和污水净化系统是整体生态系统的一个分支，其主要作用帮助岛屿居民提供淡水支援和生态系统船员的基本生活需要。

（三）生态系统特色及设计理念

1.环保创新理念世界首创

目前在全球范围内暂无科研人员或者民间发明家提出“以垃圾为能源”的生态系统概念。所以生态系统的环保理念为世界首创。

2.节能减排废物利用

生态系统几乎所有能源供给均来源于生活垃圾，原本海岛上的生活垃圾对于海岛不仅是占地方的废物还是污染环境的污染源。但是经过生态系统处理尽可以转化为电能、建筑材料等可以供人们生活实用的可利用能源。达到节能减排废物利用的生态效果。

3.技术整合功能齐全

生态系统是一些生态净化系统的载体，它为各个系统提供了运作和整合的场所，为技术整合提供物理基础。项目组设计的生态系统环环相扣，系统与系统之间相互配合，形成功能齐全的生态系统闭环。

（四）生态系统效应

1.环保效应

生态系统项目提供的服务将为区域环保事业做出卓越贡献。区域合作海岛将会在生态系统项目的帮助下发展当地环保事业，为当地生活垃圾处理提供实用化、无害化、无占地化处理解决方法，助推合作海岛区域环保行业的迅猛发展。

2.社会效应

生态系统项目代表的环保行业为项目主导行业。在所在环保行业形成规模后，随着会形成旁侧效应和前向效应，即主导的环保行业的高速增长，带动环保行业涉及的各种要素投入，从而刺激各种要素所在的相关行业的发展，并诱发新的经济活动或派生新的产业部门，甚至为下一个重要的主导产业建立起新的平台。

3.经济效应

生态系统项目的兴起将会带动生态系统相关行业的发展，例如船舶业、机械、建材、电力、通讯、等产业的发展。再以上行业的发展中，必然带动合作区域内的行业经济量与质的发展。

三、生态系统应用可行性

该装置名称为“一种以垃圾为能源的生态系统”，顾名思义，该装置的能源几乎百分百来自人类产生的各种生活垃圾。生态系统整体造型为登陆艇为原型，并结合帆船等船的生活特点，巧妙地将科技型与生活性融合在一起，达到一生态船为一生态处理系统，一海岛为一服务对象，多岛与生态船为生态体系的效果。可以使生态船独立在国际海域间续航生存，為国际间海岛国家、海岛地区、海岛地域等场景的生活垃圾进行处理、利用与再加工。

四、前景与展望

本生态系统的应用可以解决目前各个海岛大量的生活垃圾，打破了各岛屿之间分散、运程远的现状屏障，解放了大量人力物力，具有良好的经济效益与社会效益。研究在当今的海洋治理背景下，生态系统的应用以及其独有的优势分析，为往后生态系统的研究与应用提供借鉴。

参考文献：

[1]郭浩男，丁志斌.海岛生活垃圾处置方式探讨[J].山西建筑，2018，44（25）：182-184.

[2]《2014年中国海洋环境状况公报》

[3]合众国际社