（环境工程专业论文）浦东生活垃圾循环生态产业园零废物管理实践研究.pdf

上海大学矮攀垃论文 摘要 “零废穆( z e r ow a s t e ) ”是近冬来蓬际上戳霹持续发震必走导懿，一耱全薮黪凌秘黪 理理念，其核心思想则是通过使工业生产效法自然的规律，掇高资源的使用效率，促进废 物的循环乖j 用，最终察现零废物的目标。将零陂物的思想融入生活皱圾管理中，实现资源 剥禹的疑大佬，具蠢蓬要意义。 本课题从优化生活垃圾管理的角度，提出了实现生活垃圾“零废物”的理想模式，熏 点讨论了生活缝圾资源记过程中一次废物和二次废物资源循环的途径和实现生活垃圾零废 物的技术路线。并以溱东戈对象，对其瑷窍生溪垃圾警理模式遘行剿撰，找到瀵东现状瓣 薅! 想模型的差距，通过物流分析( m a t e r i a lf l o w a n a l y s i s ，m f a ) 提出了浦东新区生活垃 圾零疲秘管理瀚其律模式，并剩嗣生命周朗评价( l i f ec y c l e a n a l y s i s ，l c a ) 和环境经济 分辑等工具对对该模式的主要内容进行分毫蓐。建此基础上，提出7 滚东毅嚣生活缝圾的减 爨化措施。 裰据物流分析，提出浦东新逸生活垃圾管理优仡方案鞠下：混合垃圾b m t 预处理 艨，不辫进行堆肥，丽是将其中鸵裹热馕垃圾作为水混窑共焚烧的燃料，将剩余的二次废 物作r d f 加工后进入焚烧厂焚烧。优化方案可使垃圾的能源利用效率提高到2 2 4 ，垃 教填淫鬣减少9 3 。生命满期评价的结果表明：优纯方案的总体环境影晌潜值蓬现有方 案的6 3 ，优化方寨的所嚣投资的回报燃期不到8 年。 最艏，根据浦东新区的实际情况，提出减量化的舆体方案，包括推行环境友好型生产 消费方式、发壤全分类全分流收集模式、构建资源循环两络接口帮生活垃汲按量收费等措 施。 关键谲；零凌物、生活垃敷管理、物质流分析、生命瘸期评价、减量化 本课题得到上海市科委2 0 0 5 年世博重大科技攻关项目( 编号：0 5 d z 0 5 8 2 5 ) 的资助 上海大学硕士学位论文 a b s t r a c t z e r ow a s t ei sap h i l o s o p h ya n dad e s i g np r i n c i p l ef o rt h e2 1 s tc e n t u r y i ti n c l u d e s r e c y c l i n g b u tg o e sb e y o n dr e c y c l i n gb yt a k i n ga w h o l es y s t e m a p p r o a c ht ot h ev a s tf l o wo fr e s o u r c e sa n d w a s t et h r o u g hh u m a ns o c i e t y z e r ow a s t em a x i m i z e sr e c y c l i n g ，m i n i m i z e sw a s t e ，r e d u c e s c o n s u m p t i o na n de n s u r e st h a tp r o d u c t sa r em a d et ob er e u s e d ，r e p a i r e do rr e c y c l e db a c ki n t o n a t u r eo rt h em a r k e t p l a c e t oo p t i m i z em s w m a n a g e m e n t ，t h ei d e a lm o d eo fm s wm a n a g e m e n tf e a t u r e dz e r ow a s t e w a se s t a b l i s h e d ，w i t hd i f f e r e n tw a y sf o rp r i m a r yw a s t ea n ds e c o n d a r yw a s t er e u t i l i z a f i o na n d e n e r g yc o n v e r s i o ns t u d i e da st h ec o r e b a s e do nt h ec u r r e n ts t a t u so fm s wm a n a g e m e n ti n p u d o n g , m a t e r i a lf l o wa n a l y s i st o o lw a su s e df o rs c e n a r i oo p t i m i z a t i o n ，w h i l el i f ec y c l e a n a l y s i sa n de c o n o m i ca n a l y s i st o o l sw e r eu s e df o r t h ea s s e s s m e n to f t h es c e n a r i o a c c o r d i n gt ot h em f aa n a l y s i si nt h eo p t i m i z e ds c e n a r i o ，a f t e rb m tp r e t r e a t m e n t ，t h eh i 曲一 h e a t v a l u ew a s t ew i l lb eu s e da st h ef u e li nc e m e n tk i l n ，a n dt h er e s i d u e sw i l lb ep r o c e s s e di n t o r d fa n di n c i n e r a t e d c o m p a r e dt ot h ec u r r e n tm s wt r e a t m e n ts i t u a t i o n ，t h eo p t i m i z e ds c e n a r i o c o u l dr a i s et h ee n e r g ye f f i c i e n c yo fc o m b u s t i b l ew a s t eb y2 2 4 a n dr e d u c et h ev o l u m eo f l a n d f i l lb y9 3 l c aa n a l y s i ss h o w e dt h a t ：t h ea g g r e g a t e de n v i r o n m e n t a lp o t e n t i a lo fo p t i m i z e d s c e n a r i oi s6 3 o ft h ec u r r e n to n e ，a n dt h ei n v e s t m e n tf o rt h eo p t i m i z e ds c e n a r i oc o u l db ep a i d b a c ki nl e s st h a n8y e a r s l a s t l y , t h e w a s t es o u r c er e d u c t i o na c t i o n i n c l u d i n ge n v i r o n m e n t a lf r i e n d l yw a yo f p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o n ，s o u r c es o r t i n ga n ds e p a r a t e dc o l l e c t i o no fw a s t e ，w e bf o rr e s o u r c e r e u s ea n dr e c y c l i n ge ta 1 w a ss t u d i e da st h ec o r ef o rz e r ow a s t em a n a g e m e n t k e yw o r d s ：z e r ow a s t e ，m s wm a n a g e m e n t ，m a t e r i a lf l o wa n a l y s i s ( m f a ) ，l i f ec y c l ea n a l y s i s ( l c a ) ，r e d u c e i i 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了萌确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：期： 上海大学硕士学位论文 第一章序论 “零废物( z e r ow a s t e ) ”是近年来国际上以可持续发展为先导的，一种全新的废 物管理理念，其核心思想则是通过使工业生产效法自然的规律，提高资源的使用效 率，从源头上制止废物的产生“零废物”包括“零固体废物”，“零有害废物”， “零毒性”和“零排放”。零废物通过发现材料、能源和人力资源的低效使用环节， 并不断地改进，从而实现资源的高效利用。“零废物”理念要求产品设计者不但要考 虑到产品的性能，而且要考虑如何高效使用原材料，尽量减少废物的产生，同时使产 品更加耐用、易修复，使用之后能够被大自然吸收或经处理后能重新成为工业原料。 1 1 零废物基本概念 1 1 1 废物的定义 自然界是一个循环系统，不产生废物。工业社会和人类消费过程产生的废物源自 对资源的低效使用和在生产、消费过程中产生的没有市场价值、或由于其毒害性而降 低其潜在价值的副产品，废物的形式除了实物形态上的一般固体废物和危险废物，还 包括对空气、水体和土壤的排放以及资源和能源的浪费。 1 1 2 自然界零废物过程 按照l y n nm a 学l i i s 博士的5 类理论1 和5 条原则2 ，自然界是不产生废物的。他认为自 然界的生物可分为五类：细菌一藻类一真菌一植物一动物，太阳为整个系统提供能 量。五类生物中任一类的废物都是另一类中某种生物的营养和食物；对一种生物体有 害的物质，对其他类的生物体则是营养物质或是无害的；无论生态系统如何复杂，病 毒在经历了两个或两个以上其他两类生物界后将不再有活性或消失；越丰富越本地化 的系统，其产率越高，越有弹性：同时，来自5 大类的生物一起生存，相互作用的时 候，他们能在常温常压下合成和代谢任何物质。 图1 - l 为自然系统中物质的流动方式。在整个自然界系统，物质处于不断循环之 中，运动是物质存在的形式，物质循环则是系统的重要功能之一。从系统的角度而 上海大学硕士学位论文 言，物质循环是闭路的，植物( 生产者) 从土壤中获取营养物质，通过光合作用合成 自身细胞，动物( 消费者) 则以植物为食，获取物质；在动物和植物死亡后，动物尸 体和枯枝败叶有为细菌( 分解者) 所分解，物质则又回归到土壤中。系统中生命的生 存和繁衍，即需要营养物质，也需要能量。没有物质，生态系统就会解体，没有能 量，物质也没有能力在生态系统中进行循环，系统也不可能存在。 而物质是能量的载体，没有物质，能量不可能沿着食物链转递。系统的能量流和 物质流紧密结合，维持着生态系统的生长发育和进化，整个系统的能量来自太阳的光 照。通过物质和能量的循环，维持着整个自然界的完美运转。对于系统整体而言，不 存在废物，只有物质循环。 图1 - 1 自然界的物质循环 对于自然系统的物质循环，从层次上分，可以认为有三种：生物个体层次的物质 循环、生态系统层次物质循环和生物圈层次的物质循环。生物个体层次的物质循环是 指生物个体吸收营养物质合成自生的同时，经过代谢把废物排出体外，经过分解后回 归于环境。生态系统层次的物质循环是在某一个生态系统内进行的，在初级生产者代 谢的基础上，通过各级消费者和分解者把物质归还于环境生物圈层次的物质循环是 营养物质在各生态系统之问的输入和输出，以及他们在大气圈、水圈和土壤圈之间的 交换。 1 1 3 工业社会的物质循环过程 在工业社会，生产活动是以获取生活资料为目的的，人类通过自然界获取原料后 进行运输、加工和制造，然后再将产品运输到消费者手中，最后成为垃圾被丢弃。 与单纯的自然系统相比，工业系统中的物质和能量流动具有如下特点：( 1 ) i 业 系统与自然生态系统之间的物质和能量交换巨大由于人类进步，工业活动能够大 2 上海大学硕士学位论文 量、快速地将物质从全球系统的某一储库运动至另一储库，使物质从一种存在形式转 化为另一种形式。加快了全球各圈层之间的物质和能量交换。( 2 ) 工业系统内物质和 能量流动迅速。为了满足不断增长人口的生存和发展，工业系统日益发达，系统内物 质和能量快进快出，速率大大高于自然生态系统。( 3 ) 工业系统内物质利用效率低 下。自然系统中物质的流动是建立在各组成部分之间的网状关系，物质得到最为充分 的利用。而工业系统中各企业和部门之间的物质供应是线性开放的模式，除了共同为 争夺资源参与竞争外，各企业或工业部门之间的相互作用和联系很小。如图1 - 2 所示， 物质要素的流动形式具有线状特征，即“资源产品废物”，把这种经济模式称 为线性经济。 由于社会经济以空前的规模和速度发展，尽管生产和消费过程废弃的物质回到了 自然界，然而由于这些物质数量巨大、具有毒害性、同时不易为分解者所分解，所以 难以实现物质的循环，而以废物的形式出现，环境污染、生态破坏的问题也逐步积聚 起来。 图1 2 工业社会的物质循环 1 1 4 人类社会零废物的理想模式 来自自然界的零废物过程为我们提供了一种哲学理念，“零废物”理念认为人类经 济活动是整个生态系统循环的一个组成部分，它必须模仿生态的智慧( e c o l o g i c a l w i s d o m ) 设计工业生产，将它们改造成循环式的，使物质能够循环，而一切产生的剩余 品都应对生物无害并能为自然界吸收。 图l 一3 是人类和自然界永续共存的理想的零废物模式，图中外环环代表了自然界的 上海大学硕士学位论文 物质循环过程，绿环中的内环代表人类社会的物质循环，两环间左侧的两个箭头分别 代表人类社会从环境获得的物质和资源以及从人类社会返回到自然界的无毒、无害可 为自然界处理的物质，打了叉的箭头代表有毒有害的物质不再进入自然界 实现人类社会的零废物，就是通过对工业生产和消费中产生的废物进行资源化循 环，阻止有毒有害、或无法为自然界消化的物质进入自然界。“零废物”理念一经提 出，就在世界范围内的不同生产领域里得到尝试。各国也制定了各自的零废物目标和 实现措施。 1 2 零废物的内涵和特征 图1 - 3 理想的零废物模式 从上节的分析可以看出，零废物的思想要求所有物质应该以对人类健康和环境无 害的方式返回到自然界或市场，也就是说人类社会产生的废物只有两种出路：( 1 ) 无害 的形式回到自然：( 2 ) 重返工业循环圈。由此可以看出，零废物是一种新的哲学观，它 以废物最小化为着眼点，认为通过对工业生产过程的重新设计和改造，副产品和废弃 产品的减量、再循环和再利用等手段，可以实现工业和消费过程中“零废物”的产 生，其实质是可持续发展思想的一种具体的体现。 作为一种哲学观，“零废物”的思想具有如下特征。 1 2 1 系统特征 零废物哲学观的系统特征分为两个层次。 第一、“零废物”的思想认为，人类经济、生产活动是整个生态系统循环的一个组成 4 上海大学硕士学位论文 部分，它必须模仿生态的智慧( e c o l o g i c f lv d s d o m ) 设计工业生产，将它们改造成循环式 的，使物质能够循环，而一切产生的剩余品都应对生物无害并能为自然界吸收。这种 思想需要将工业生产系统与自然生态系统结合考虑，使工业生产系统逐步模仿自然生 态系统，并与其实现耦合，逐步达到零废物的目标。 第二、“零废物”思想认为，工业生产的所有的废物都是资源低效使用的结果，因 此，对于单一的生产过程，需要应用系统的观点，从生产过程中物质、能量的利用效 率低下的环节入手，解决瓶颈问题，从而减少废弃物的产生。 图1 _ 4 为零废物系统观的示意图。从图中可以看出，零废物的实现要落实到整个生 产和消费系统中，包括资源的获取，在管理活动和生产活动中能源、材料和人力等资 源的高效使用、产品设计的更新等，使得生产和生活过程中排放的空气、水等都以友 好的方式回到自然界中，而不产生废物。 国外在实践零废物的战略时，也都是从系统的观点出发，对生产、消费和废物处 理处置的全过程通盘考虑。 1 2 2 层次特征 捧放 空彳f 飞 固体有害 、- - - ，- - j 撇 图1 4 零废物系统观的示意 在自然生态系统的零废物过程，物质的循环分为三个层次。效仿自然生态系统，零 废物的思想认为工业生产过程中物质的循环也具有层次性。然而，由于工业生产系统 只是自然生态系统中的一个子系统，因此，工业生产过程中的物质循环只有两个层 次，即：工业个体层次的物质循环( 内循环) 和工业系统层次的物质循环( 外循环) 错匮 上海大学硕士学位论文 更高层次的物质循环则需要借助生态系统的物质循环来完成。 ( 1 ) 工业个体层次的物质循环 零废物思想认为，在个体工业生产过程中，应该提高物质和能量的利用效率，减少 废物的产生。即使废物的产生不可避免，也需要废物以环境中“分解者”可分解的方 式，对环境无害的形式排放。 ( 2 ) 工业系统层次的物质循环 在自然生态系统中，物质和能量通过食物链进行流动，食物链越复杂、各条食物链 之间的联系越多，则整个系统的物质和能量的利用效率也就越高。因此零废物的思想 认为，在工业生产系统中，物质的流动应该建立在整个工业系统过程中，按照工业食 物链的形式进行流动，尽量避免个体层次的物质循环，从而提高物质的利用效率。 1 2 3 共生特征 根据热力学理论，一切有能量和物质流动的系统都是热力学系统。工业生产系统是 一个开放热力学系统，其运行过程必然遵循热力学定律。根据热力学第二定理，人类生 产用熵理论来表述，则是以产生高熵废料为代价而分离熵，来制造高度有序的低熵产品 3 。因此，在生产过程中，系统的熵的变化如图1 5 所示，废物的产生是不可避免的4 。 图1 5 生产过程废物的必然产生 如1 - 1 2 节所述，自然界的五类生物中任一类的废物都是另一类中某种生物的营养 和食物；对一种生物体有害的物质，对其他类的生物体则是营养物质或是无害的；越 丰富越本地化的系统，其产率越高，越有弹性。 依据自然界中物质循环的原理，在工业生产中，一种生产过程所产生的废物，显 然不能在该生产过程中得到重新利用，需要在其他类型的生产中得到利用。产业共生 ( s y m b i o s i s ) 就是依据这样一种原理而建立起来的。在产业共生体中，一种生产过程 产生的废物，是其他生产过程的原料，不同生产过程彼此交换各自的废物，从而使整 6 个系统的资源利用效率达到最大。w 1 - 6 即为生产过程中共生关系实现零废物的示意 图a 零废物的思想认为，在产业共生体中，产业的种类越多，系统的柔性也就越大， 抵御外界变化的能力越强，整个系统也就越稳定。 图1 - 6 生产过程中的共生关系 1 3 零废物在国内外的发展 随着可持续发展理念的深入人心和人们对资源环境问题的重视，零废物的思想在 世界范围内已经广为传播，目前，零废物的策略已经被澳大利亚首都堪培拉、新西兰 岛的1 2 个城市、肿公司、b e l l 加拿大公司等采用。 1 3 1 国外发展 1 3 1 1 澳大利亚 第一个零废物社会( 零填埋) 的计划是澳大利亚首都堪培拉政府提出的5 。在1 9 9 6 年 堪培拉政府发布了该地区的废弃物管理策略， n ow a s t eb y2 0 1 0 aw a s t em a n a g e m e n t s t r a t e g yf o rc a n b e r r a 6 ，该策略基于广大民众的意愿，确立了2 0 1 0 年实现零废物社会 的目标，指明了废弃物管理的方向。 该管理策略中建立了可持续资源管理的框架，并列出了一系列的行动来实现其目 标。主要包括以下几个方面： ( 1 ) 培育和建立全社会的废弃物管理责任。通过发展信息系统增强广大民众对资 7 上海大学硕士学健论文 源帮废物管理豹意识。l 麓教会及时反获零褒物社会的遴震。支持釉簸励全社会主动减 少废物的产生。 ( 2 ) 避免和减少废弃物产生。建立废弃物清单，确定该地区所有产生的、可循环 昭废弃物，包括种类、数爨和来源。基于空阕消耗、需要的处理、环境后栗等评估每 静送入壤疆场豹褒耱疆嚣簧戆花费。建立谤翔後溪费者在购买产黼孵选择最套疲秘 生的产品。与该地区的主黉企业建立废物减赞协议。在产品得到批准前，引入强制的 废物稽赢制度，确定废物的组成和数量，以评估其对环境的潜在危害。使用经济枉 杆，甚懋法律促进废弃物减懿的自觉行为。 ( 3 ) 资源回收基磷没薅簿资源交换弼络建汲。建立资源回牧蒸磷设藏，茏其簧发 展资源溺收产业，并与瑗戆璇小纯教育中心整会。建立资源交换溺络优化资源配置。 ( 4 ) 建立废物处理系缆。建立废物处理系统以确保所有的废物的包装、收集、遴 输和处鬣以一种安全、负费的方式进行。建立填埋场的废物存贮、网收和转移设施。 重耨设计壤埋场实现资源焱大彀：鲍回收，并确僚所有酶操作与琢境襁容。实麓填埋牧 费篱发，承认废物懿嚣境袋零，鼓裁疲彩资源剃弼最大诬。 ( s ) 通过研究发展创新策略，克服资源可持续管理的障碍。开展资源回收最大化 发方面的研究。建立、发展和促进可持续资源回收市场。建立和墙宵企业和研究机构 的联系，发展废物管理和资源回收新技术。 巍2 0 0 0 年3 秀，堪臻羧改癃又发表7 徽瓣n e x ts t e pi nt h en ow a s t es 纽a t e g y 7 缀 告，总绻了到目前为止零废物社会的建设情况，并详细地翩定了为了实现目标的下一 步行动计划。图1 7 为该计划确定废物减量并黻终实现零废物的阶段圉标。 1 3 1 2 掰磷兰4 薪疆兰豹零痰蘩运动羚娥予1 9 9 7 年，数“z e r ow a s t en e w z e a l a n dt r u s t ”，一令蓼 盈利机构的成立为标志，舅标是建立零废物社会。9 这场运动是以当地一些小的组织试 图通越资源回收和废物最小化运动创造一些可持续的就业岗位为基础的。2 0 0 2 年，整 个新西兰歼始以零废物为目标，采取了“t o w a r d sz e r ow a s t ea n das u s t a i n a b l en e w z e a l a n d ”簸略，劳确立实现零废物弱基标时闻楚2 0 2 0 萃。 s 上海大学硕士学位论文 整l 一7 攥壤经致癃臻定戆殿耱藏量粒除爱霉檬 该战略涉及豹废物类型不仅仅是固体废物，还包括液体和气体。该战略设立了闰 家范围内的废物最小化的目标，并根据不同种必废物的数量和危密，设立了有机废 物、特种废物、建筑垃圾、觑险废物、污染土壤、有机氯、商业媲圾处理阶段目标和 最终囊豁。劳裁定7 5 太核心致策，促避薪西兰凌狻管理鳕重点麸瓣魏懿末端处置囱废 糖预防送行转交，形成一个综含的长效政策稚絮，分别是：1 ) 合联的废耪最夺纯稆管 理立法；2 ) 高的环境标准；3 ) 有效地废物处鼹价格杠杆：4 ) 保诚信息畅通；5 ) 原 材料的离散使用。为了使核心政策能够有效地实施，该战略还围绕祷规章和法律、废 物减量秘资源效率、信息秘交流、行为标准和譬则殴个方面制定了一系列斡项尽，魏 表1 1 瑟承。 1 3 1 3 奖网” 2 0 0 1 年1 1 月，加利祸尼亚废物综合管瑷委员会( t h ec ai n t e g r a t e dw a s t e m a n a g e m e n tb o a r d ，c 礴限份) 采纳了一种新的旋物管理战略，该管壤战略的基标7 串 鞠确键獭：“夔逶一个零痰携豹翔稳辐愿耍，器涎、金韭窝政麝共瓣致力手减少、孬使 用和循环所有的城市生活垃圾，使其以一种保护人类健康和环境，保护加利福尼亚荣 誉的方式熏新回到自然界或市场”。目标7 下面叉分别列出了5 个予翻标，分别为“源 争 上海大学硕士学位论文 头减量来实现最小废弃物产生”、“促进产品生产和处理的最优商业操作模式”、“鼓励 所有企业和居民的循环利用活动和新技术开发”，“促进新的或现有的技术进行废物流 研究”、“以政府行为作为表率，与其他州相关机构合作促迸零垃圾战略的实旖”，针对 不同的予目标，该战略分别提出了对策和计划，以保证最终零垃圾社会的建立。 表1 1 新西兰零废物战略的项目 项目规章和法律废物减量和资源效率信息和交流行为标准和导则 实施战略的合理法律实行能激励废物预建立决策和监控的信连续执行废物处理处 基础防、资源循环利用的息系统置的高的环境标准 工具和技术 废物最小化和管理的 减少再生物资使用的增进废物产生，废物建立危险废物管理的 目标 有效规划 障碍 管理和废物最小化各标准和技术导则 部门的沟通和交流 满足国际管理的需求 建立和实施废物管理执行包括环境成本在 和最小化的激励机制 内的费用计算和收费 政策 重新梳理现有的废物促进清洁生产，提高完成和实施废物的环 建立垃圾填埋技术标 管理规章和法律生态效率境报告制度准和导则 建立废物最小化和废 促进中央和地方政府 建立合理的环境基准废水导则和污水处理 物管理计划实践指南 的绿色购买政策数据手册 管理和升级不符合标 准的污水处理厂 实施国家危险废物管 建立和设计资助废物 建立和实施公众环境有害废物管理导则 理计划 最小化和改变消费习信息公开和教育计划 惯的经济激励措施 政府机构的废物最小控制二恶英和其他有 措施和行动 化措施机氯排放的国家标准 和导则 建立。延伸生产者责 地方政府实施透明的 任制”包括环境成本在内的 费用计算和收费政策 建立产品的。为环境 设计”的机制 研究由于废物最小化 带来的商机和就业机 会 1 3 1 4 脚公司 惠普公司在生产产品的同时一直很注重其产品的环境友好性。该公司公司制定了 两项关键策略以促进全世界的环境可持续发展：建立产品生命周期结束后的解决方 案，例如循环利用技术，促进循环物质可靠流动的基础建设；发明、传递能够减少能 源消耗的产品、服务和解决方案。这两种策略都可以减少废弃物的产生。 1 0 上海大学硕士学位论文 惠普公司通过产品设计使其在使用结束后能方便的被循环利用或重新使用。例 如，i - i pv e c t r a 和b d o 个人电脑及l a s e r j e t 、d e s k j e t 打印机中的塑料和金属部分很容易 分离惠普公司也减少了塑胶树脂在其产品中的使用量。 在产品生命周期结束后，它们被惠普公司回收。惠普在欧洲和美国的回收中心平 均每月循环利用和回收3 5 0 万磅的原材料，这些相当于其回收总重量的9 8 。 1 3 2 国内发展 在国内，尽管零废物的概念一直没有明确提出，但是一些相关的概念，例如“零 排放”，“垃圾零填埋”等概念却一直被广泛使用 “零排放”指应用清洁技术、物质循环技术和生态产业技术等已有技术i 实现对 天然资源的完全循环利用，而不给大气、水和土壤遗留任何废弃物。u 换言之，就是以 最小的投入谋求最大的产出，在一种产业中无法做到时则构筑产业问的网络，将某种 产业的废弃物和副产品作为另一产业的原材料。就其内容而言，实现零排放，一是要 控制生产过程中废物排放直至减少到零；二是将那些不得己排放出的废物资源化，最 终实现不可再生资源和能源的可持续利用。从上述定义可以看出，“零排放”与“零废 物”有很多相同之处。 ， 目前，在我国的工业领域内，很多企业已经将目标定位于“零排放”，并有部分企 业已经实现或接近这一目标。2 0 0 5 年。上海富士施乐公司宣布其实现了“废弃物零排 放”的目标，该公司将“废弃物零排放”的标准定义为：所填埋的废弃物数量少于所 有废弃物总量的o 5 。“废弃物零排放”中的废弃物包括废纸箱、塑料制品以及其它 在生产过程和日常办公中产生的一般废弃物。该公司将生产过程中排放出来的废弃物 不断进行循环使用，使现有资源得到最大限度的利用。为此，富士施乐公司从2 0 0 4 年 3 月开始实施废弃物分类，并帮助员工理解循环经济的理念，从而使德废弃物填埋量和 焚烧量从2 0 0 3 年的8 7 吨将为零”。 张燕春1 4 在2 0 0 3 年提出我国城市生活垃圾“零排放”的概念。作者通过比较美国和 中国生活垃圾的成份及中国生活垃圾成份的变化，指出我国生活垃圾的资源化潜力越 来越大，必须重视城市生活垃圾的“资源化、减量化和无害化”处理，努力做到城市 生活垃圾的“零排放”，实现可持续发展的目标同时，作者从政府、个人和企业三 方面提出了实现“零排放”的策略，指出政府要完善环保及系列法制体系，加强宣 传，教育力度，加强垃圾收费制度的全面推行；居民要自觉遵守垃圾源头分类的准 上海大学硕士学位论文 则；企业要对生活垃圾合理回收，综合处理，完善的垃圾处理后续体系，建立以二次 资源为原料的再生回收及综合处理的企业。在此基础上，作者提出了生活垃圾资源化 开发的途径，如图1 8 所示。 图l 一8 生活垃圾资源化开发途径 在我国，长期以来，生活垃圾都是以填埋处理为主，随着近年来生活垃圾“减量 化、资源化、无害化”工作的不断开展和循环经济思想的深入人心，生活垃圾的资源 化程度已经大大提高。 1 3 3 零废物发展经验总结 从零废物在国内外的发展，可以看出； ( 1 ) 在实践零废物的战略时，需要从系统的观点出发，对生产、消费和废物处理 处置的全过程通盘考虑，包括从源头避免和减少废物的产生，对生产领域的改造，提 高资源的利用率，建立资源交换网络优化资源配置，以及对废物的综合处置和资源化 利用提出明确的目标和实施规划。 ( 2 ) 由于工业生产过程中的物质循环只有两个层次，即：工业个体层次的物质循 环( 内循环) 和工业系统层次的物质循环( 外循环) 。更高层次的物质循环则需要借助 生态系统的物质循环来完成。因此零废物哲学对工业生产的指导体现在，建立产品的 “为环境设计”的机制，要求企业在生产过程中就考虑到废物的循环，采用环境友好 1 2 上海大学硕士学位论文 的生产方式。 ( 3 ) 建立产业共生模式，在产业共生的过程中，不仅包括原材料和副产品的循环 利用，还包括水和气的循环利用，通过共生，减少生产过程的熵增，进而减少废物排 放 1 4 本课题的意义和主要研究内容 1 4 1 课题意义 长期以来，我国在经济高速发展的过程中，一直伴随着资源高消耗、环境高污染 等约束性问题。因此，寻求经济增长模式的全面转变，走节约型、可持续发展道路是 我国2 l 世纪发展所面临的重大课题2 0 0 3 年3 月9 日，胡锦涛总书记在中央人口资源 环境会议上明确指出：“要加快转变经济增长的方式，将循环经济的发展理念贯穿到区 域经济发展、城乡建设和产品生产中，使资源得到最有效的利用，最大限度地减少废 弃物的产生，逐步使生态步入良性循环。” “零废物”的理论模型从自然界的物质循环过程得到启发，追求和探索一种物资 和能源循环利用的物质流动模式，为实现资源最有效的利用，最大限度地减少废弃物 的产生提供了一个很好的思路，在我国当前生产方式粗放，资源消耗惊人、生态环境 恶化的情况下，具有很重要的意义 在经济方面，废物的再利用有助于减少对其处理所带来的问题和开支；在资源利 用方面：零废物将资源留在工业圈内重复利用，实现资源的最大化，有助于保护有限 的资源；在改善生态环境和实现可持续发展方面，零废物使固体废物及废气、废水的 排放得到控制，物质循环利用或回到自然都以不污染环境为前提，减少了对环境的污 染。 因此，我们必须模仿自然界的物质循环方式，从线性模式转变为循环的模式通 过高效的利用每种物质，使之或安全地回到自然界，或继续在工业循环圈实现价值。 从国外零废物的发展的历史可以看出，生活垃圾是实现零废物目标中需要重点管 理的对象，也是国外实现零废物战略的主要抓手面对我国日益增长的生活垃圾数 量，以零废物为目标，对现有的生活垃圾管理模式进行优化升级，对于我国循环经济 的发展具有重要的意义。 上海大学硕士学位论文 1 4 2 主要研究内容 本课题从优化生活垃圾管理的角度，研究实现生活垃圾“零废物”的理想模式， 重点讨论生活垃圾资源化过程中一次废物和二次废物资源循环的途径，构建零废物生 活垃圾管理模式。 并通过对浦东新区现有生活垃圾管理模式的分析，提出将“零废物”的思想与目 前生活垃圾管理思想整合，通过物流分析( m a t e r i a lf l o w a n a l y s i s ，队) 、生命周期 评价( l i f ec y c l e a n a l y s i s ，l c a ) 和环境经济分析等工具对浦东新区生活垃圾的处理 模式进行优化，对静脉产业链进行补链，从而使浦东新区的生活垃圾管理逐步接近零 废物的目标。 优化的目标为： 近期 在生活垃圾源头分类不到位的现状下，对生活垃圾的处理方式进行优化，通过 b m t 预处理，分离垃圾中的可回收物质再利用；借助二次资源利用体系，实现二次垃 圾的能源高效转化，避免二次污染。 远期 对生活垃圾源头管理进行优化，逐步推行垃圾源头减量和特种垃圾专项收集体系， 建立资源循环网络的高效接口，配合专门化的资源化再利用工艺，实现垃圾零废物的 理想目标。 1 4 上海大学硕士学位论文 第二章基于零废物的生活垃圾管理理想模型 近年来，我国经济高速发展，人民生活水平日益提高，随之而来的城市生活垃圾 的产生量也迅速增加以上海市为例，在1 9 9 0 2 0 0 3 年期间，上海市生活垃圾产生量 从8 6 2 0 吨日提高到1 6 0 4 0 吨，日，增长了1 8 6 倍“。城市生活垃圾产生量的迅猛增加和 垃圾处理能力有限的矛盾日益突出，大量的土地被占用，水体和土壤污染日趋严重， 环境负荷日益增加，给当前生活垃圾管理带来了极大的挑战。 同时，城市生活垃圾又是目前世界上唯一在不断增长的潜在资源和财富，是人类 解决资源和能源短缺矛盾的有效途径。改变传统观点，实现垃圾处置和管理的革命， 把垃圾包袱和垃圾灾害变成垃圾财富和垃圾产业，把垃圾造成的“二次污染”变成垃 圾的“二次革命”，就能释放垃圾中蕴藏的巨大资源潜力。 对生活垃圾进行零废物管理，一方面是将“零废物”作为生活垃圾管理的目标， 实现可持续的生活垃圾管理；另一方面是根据零废物的哲学和内涵对垃圾静脉产业链 进行补链，实现资源利用最大化和废物排放最小化。 2 1 零废物理念在生活垃圾管理中的应用 2 1 1 生活垃圾管理和零废物的关系 城市生活垃圾。又称为城市固体废弃物，是指城市中的单位和居民在日常生活及为 生活服务中产生的废弃物。具体包括居民生活固体废弃物、商业服务业固体废物、机 构与事业固体废弃物、街道保洁垃圾、建筑垃圾和其他城市设施维护废物1 6 。它和废 气、废水一样，都是人类生产和生活的代谢产物。 人类发展导致了垃圾的产生，在可以预见的将来，人类生存仍将伴随垃圾的排 放。但城市生活垃圾人均产生量与人均收入存在相关性( 即经济发展意味生活垃圾的 不断增加) 1 7 使得现有的处理设施处理能力有效和垃圾产量不断增长的矛盾越来越突显 出来。 城市生活垃圾问题，已经成为当今世界最严重的危害之一侣。 现代生活垃圾管理目标是； 保护人类健康和环境 上海大学硕士学靛沧文 节约耱震、能潦、空问等自然资源 确保填埋的废物不会对环境产生不良影响 为了突现这一目标，簧采取一种新的垃圾管耀模式，这种模式不仅要在源头控制废 弃妨的声擞，使经济发展帮垃圾的产生量不荐具蠢楣关性，同时，蘩求跌秘流优化黔 囊菠，羧照琏毅是一释资源麓蜇学理念，褥蟪毅戆末端憝萋转纯必资源帮链源静孬叟 利用。 因此，零废物既是生活垃圾的管理目标，要求生活垃圾以对人类健康和环境无害的 方式返回刹自然界或市场；同时零废物作为物流设计的原则，又为实现生活垃圾的譬 瑾鏊弦髭供了资源疆繇嚣蠲豹摇导理念。 2 1 2 生活垃圾零废物的理想状态 图2 1 是根据零废物内涵构建的生活垃圾零废物的理想状态。 缀攒零废耱系统论蠹每鼹赢；获生产一溃赘一绞蹇不再是单两浚凌鹣方式，考建产 品匏生务蠲期、生产过程，麸源头阻盘废秘豹产嫩。 从生产、消费、到废齐怒一条物流的动脉链，从分类收集、处理n - 次废物资源 化利用怒一条静脉链，物质猩两条链中流动，实现循环的物流模式。 根据资源层级利用盼缀赠，首先是源头减鬟，朝回收和重复剃用；然后通过源头 势类、分类投运、努类楚嚣秘二次疫勃资源释瘸。， 嗣栉根据产业共生韵瓣点，在产品废弃建藏静脉产业以后，精先对垃圾进彳亍分 类，实现众属、玻璃等资源的回收；此外，通过分类，使混合的j 象圾变成可以利用的 资源，进行物质和能量的回收利用；对于不能纛接回收利用的垃圾，通过二次废物资 源凭实现狻凄降级使瘸，遴j 建焚烧等鏊收其中瓣热戆，觚露达到炎滋、戆潺锤巧裂嗣 靛强的，最终实现疲弃秘的资源和艉源始终程工驶圈和生活领域内循环， 藏虱自然 界的废物为零。 l 艿 上海大学硕士学位论文 图2 1 生活垃圾零废物理想模式 2 2 生活垃圾零废物的过程 图2 1 描绘了生活垃圾零废物的三个主要过程，图中的1 是废物被丢弃前的垃圾源头 减量的过程，2 是废物从城市生活垃圾处理处置系统中分流，进行循环利用的过程，3 是废物被丢弃后迸入静脉产业再循环的过程。 2 2 1 产品设计和重复利用实现垃圾减量化 垃圾减量化可以分为两个层次。 第一层次是生产者在设计、制造、销售产品时，以及消费者在购买、使用产品的过 程中，在垃圾的产生源头避免或减少垃圾的产生量和毒性，这是减量化的第一个层 次，其目的是减少垃圾的产生量。 1 7 上海大学硕士学位论文 第二层次是当产品废弃后，其中一部分经过回收再生、回收再用，或二手交易，从 城市生活垃圾处理处置系统中分流，进而减少了垃圾的排放量和生活垃圾的处置量。 减量化作为生活垃圾零废物的核心，具体的减量化措施将在第六章中论述。 2 2 2 静脉产业再循环 静脉产业再循环是实现零废物的第三层，垃圾的静脉产业再循环要根据后续的处 理和资源化利用手段对垃圾进行分类。 图2 - 2 是国内城市生活垃圾组成的分类情况，我国城市生活垃圾中的主要组分可 分为有机垃圾，无机垃圾和废品。废品包含：纸、塑料、橡胶、织物、皮革、竹木、 金属、玻璃等，废品在进入静脉链前就通过废品回收体系进行重复使用和循环利用。 因此在静脉产业链内实现零废物，主要是针对有机垃圾和无机垃圾。有机垃圾包含厨 余、果皮、植物残余等。无机废物主要指渣士砖瓦和建筑装潢垃圾傍。 有机垃圾的一次处理方式主要是生化处理和热化学处理。其中热化学处理包括焚 烧和热解，生化处理包括好氧堆肥和厌氧发酵。 城市生活垃圾 l 有机垃圾无机垃圾废品 厂lj 厂了r l j _ 厂了 厨果 建筑纸塑 玻金布竹橡胶 余皮 装潢 类料 璃属类木皮革 图2 2 国内城市生活垃圾的分类情况 在一次处理过程中，除了产生热量( 焚烧) 、燃料( 热解) 、肥料( 堆肥) 和生物 气( 发酵) 等资源化产物，也会产生如飞灰、炉渣、渗滤液( 焚烧) 、有机残渣( 堆 肥) 等废物。 ， 无机垃圾主要是渣土砖瓦和建筑装潢垃圾。混凝土、砖石、沙土、石膏、木材和 金属是建筑装潢垃圾的主要组成部分。建筑装潢垃圾经过拆分后，可以将其中的钢 筋、铁丝、电线及五金配件回收冶炼，重新制成金属材料；混凝土、砖瓦等经过破 碎、筛选，可作为原料，用于制做砌块、砖及墙板”。但在拆分的过程中，除了获得木 上海大学硕士学位论文 材、混凝土和金属等可回收材料的同时，也产生大量的颗粒很细的沙砾。 我们把一次处理过程中产生的废物称为二次废物，对应地，将进入静脉产业链的 原生垃圾称为一次废物。不同于一次废物都是固体废物，二次废物的形态有固态、液 态和气态。 实现生活垃圾零废物的过程，就是追求一次废物实现资源循环利用最大化和二次 废物最小化的过程。 2 2 2 1 一次废物资源循环途径 ( 1 ) 有机废物 有机一次废物资源化途径主要包括生物转化和热化学转化。 生活垃圾中的有机垃圾主要以生物可降解垃圾为主，如厨余垃圾、果皮垃圾以及 庭院垃圾等。有机组分具有生物转化特性和化学转化特性。生化转化是利用微生物的 作用，使垃圾中的有机质发生生物化学的降解或转化，有机垃圾的生化转化主要有好 氧堆肥和厌氧发酵2 1 。有机垃圾的好氧堆肥可以将5 0 的有机质转化成水和二氧化碳 的形式。而在厌氧发酵过程中，8 0 的有机质可以转化为生物气。 热化学转化的方法包括可燃垃圾的直接焚烧和将可燃垃圾j n - r 成r d f 作为替代燃 料。 1 ) 生化转化 a 好氧堆肥 堆肥法是使垃圾中的有机质，在微生物作用下发生生物化学反应，最后形成一种 类似于腐殖质的物质，可以作为肥料或土壤改良剂。堆肥法是一种古老的城市生活废 弃物处理技术，在城市生活废弃物的处理中所占比例很小，如荷兰1 6 ，瑞士1 0 ， 法国9 ，中国8 2 3 。好氧堆肥在消纳城市垃圾的同时还能生产出很好的土壤改良 剂，起到腐殖质源、向植物提供各种基本微量元素的作用，相应地减少了化肥使用 量。堆肥主要用于公园、运动场的建设和公路的养护，如我国台湾的垃圾公园，英国 利物浦的国际花园，阿根廷布宜诺斯艾利斯的环城绿化带都是在垃圾堆上建立而成 的。2 5 堆肥还用于园艺栽培和农田建设，森林和树木的养护；填埋场等废场地的再 开发，生物气体控制的过滤物料。 在上个世纪8 0 年代前，堆肥化被发达国家认为是解决城市垃圾、下水道污泥问题 的一条值得重视的途径，因为那时发达国家的家庭垃圾中有6 0 以上的成份都是有机 1 9 上海大学硕士学位论文 物，但随着有机物在家庭垃圾中含量的降低，目前已低于3 0 ，采用堆肥法处理生活 垃圾的比重不断下降。目前国外采用堆肥法处理城市垃圾最多的国家是荷兰和法国， 堆肥化处理的城市废物占2 0 ，其他国家如比利时占9 0 ，美国占5 ，联邦德国占 3 ，日本不到1 。 采用好氧堆肥