日本城市生活垃圾处理现状及发展趋势

日本城市生活垃圾处理现状及发展趋势2010-09-10 11:08 环卫科技网 作者：邵靖邦摘要：日本政府对资源和环境保护非常重视。近年来，日本城市生活垃圾的总产生量和人均垃圾产生量无明显变化，循环利用率和减量化率呈现出逐年增加趋势，最终处理量呈现出逐年减小趋势。焚烧是日本垃圾处理的主要方法，炉排炉和流化床是最主要的焚烧处理方式，填埋处理所占比例很小。日本仍在不断改善垃圾焚烧技术，以实现高温、高效率的燃烧，降低环境污染。 关键词：日本；生活垃圾；焚烧 日本是世界上主要的工业发达国家之一，也是亚洲的工业和经济大国。随着工业化进程的进步、经济的快速发展、人口的增长、可利用土地资源的减少、以及能源问题的尖锐化，日本不断加强和完善环境保护的立法和环保措施的实施。在环境保护领域，日本在法律法规建设、环保技术水平和环保效果等方面都走在了世界的前列，其经验对世界其它国家有重要的借鉴和指导作用。 1.政府对城市生活垃圾处理高度重视 为了减轻城市生活垃圾对环境的污染，在垃圾产生后，要迅速地进行无害化卫生处理。日本政府近年来加大了有关生活垃圾处理的立法建设，推出了更强更有效的环保政策。二战后的日本，经济发展迅速，工业发展对环境的影响日益严重，生活垃圾处理速度明显落后于经济快速增长速度，大量城市生活垃圾非法堆放，造成了很大的环境问题。由于土地资源匮乏和能源需求加大，在日本无法建设大量垃圾最终处置场，促进了政府加强资源节约和环境保护的行动。日本政府根据日本的实际情况，在近二十年来，主要推行技术改造和循环利用政策。随着气候变暖的趋势越来越明显，各国政府都加强了资源与环境领域的立法，并不断加强相互协调和合作。日本政府近年来提出要建设“物质循环社会（SMS）”，通过对垃圾的3R（Reduce，Reuse，和Recycle，即减量化、重复使用、循环利用）活动，降低对资源的消耗，减轻对环境的污染。 日本在通过3R行动推进SMS的建设过程中起到了领导作用。3R社会的基本行为内容是，通过各种方式减少生活垃圾的产生量，利用可以重复使用或循环利用的垃圾，对不可利用的垃圾进行适当的处理转换成资源或能源，以降低资源消耗并减轻环境负荷。在2004年美国Sea Island召开的G8会议上，日本提出了通过3R行动来推进全球性SMS建设的倡议，得到了G8首脑的认可。在2005年东京召开的部长级会议上，日本提出了“通过3R行动实现全球性SMS行动计划”，在计划中，日本率先开展生活垃圾零排放行动，到2012年，日本将成为全球生活垃圾零排放的合作典范。 2.生活垃圾处理的基本情况 日本城市生活垃圾产生及处理的基本情况如表1所示。2006年，日本生活垃圾总产生量为5202万吨，比上年减少61万吨；人均生活垃圾产生量为1.115kg/d，比上年减少0.016kg/d；循环利用总量为1021万吨，比上年增加18万吨；中间处理减少量为3506万吨，比上年减少34万吨；最终处理量为680万吨，比上年减少53万吨。2006年，日本生活垃圾的减量化率为97.5%，比上年增加0.4%；直接填埋处理率为2.5%，比上年减少0.4%；循环利用率为19.6%，比上年增加0.6%。在垃圾处理方式上，由于日本鼓励循环利用和资源节约，其循环利用垃圾所占比例接近垃圾总量的20%。焚烧处理是日本最主要的生活垃圾中间处理方式，处理量占垃圾总产生量的75%以上。直接填埋的生活垃圾所占比例不足垃圾总产生量的3%，而且还在逐年下降。今后发展的垃圾填埋场，基本上都将作为最终处理厂使用。 表1.日本城市生活垃圾处理的基本情况 资料来源：日本环境省的公开资料（MOE Press Release） 从日本生活垃圾产生量和处理量趋势简图（图1）上可以看出，在2001年到2006年的6年时间中，日本的生活垃圾总产生量和人均垃圾产生量均无明显变化，循环利用总量、循环利用率和减量化率呈现出逐年增加趋势，中间处理减少量、最终处理量和直接填埋处理率呈现出逐年减小趋势。 图1.日本生活垃圾产生量和处理量趋势简图 3.生活垃圾的焚烧处理 焚烧是日本最主要的生活垃圾中间处理方式。随着垃圾产生量及其成分的变化和环保要求的提高，日本政府对垃圾焚烧后污染物排放制订了严格的标准，在2002年12月，对垃圾管理法进行了修订，重新规定了二恶英及其它污染物的排放标准，还要求燃烧气体的温度要保持在800以上，进入除尘器的温度低于200。同时，政府还加强了对燃烧效率和能源利用等方面的指导。日本是目前生活垃圾焚烧技术最先进的国家，焚烧厂的数量位于世界第一位。由于日本的生活垃圾含水量很高，为达到完全燃烧状态，需要以先进的焚烧技术为基础。日本的焚烧处理技术，主要是在自主开发或吸收国外的先进技术后，在本国的基础上发展起来的。这些技术在日本成熟地应用后，又开始向其它国家输出。目前，日本主要的生活垃圾焚烧技术和设备供应商有荏原（EBARA）、日立造船（HITACHI Zosen）、神钢环境（KOBELCO Eco-Solutions）、川崎重工（KAWASAKI Heavy IndustriesI）、久保田（KUBOTA）、松下环境（MATSUSHITA Environmental）、三菱重工（MITSUBISHI Heavy Industries）、西原环境（NISHIHARA Environment）、田熊（TAKUMA）等。2001年至2006年间，在生活垃圾总产生量变化不大的情况下，由于垃圾循环利用的比例增加，日本生活垃圾焚烧处理的总规模呈略微下降趋势。2006年，垃圾焚烧的处理规模为187823吨/天，比2001年减少了约7.35%（表2）。垃圾焚烧厂数量明显减少、单位垃圾焚烧厂处理规模呈现逐渐增加的趋势。垃圾焚烧厂数量从2001年的1680座减少为2006年的1280座，其减少比例达23.81%，而单位垃圾焚烧厂的垃圾焚烧处理规模却从121吨/天增加到147吨/天。随着垃圾焚烧厂处理规模的增加，余热利用方式也发生了变化，更趋向于热利用效率更高的发电。从2001年到2006年，利用普通余热的焚烧厂数量从1090座减少到869座，垃圾焚烧发电厂的数量从236座增加为291座。 表2.日本城市生活垃圾焚烧处理变化情况 资料来源：日本环境省的公开资料（MOE Press Release） 在日本，根据生产运行模式，把生活垃圾焚烧系统分成三种类型，即间歇给料焚烧系统（图2）、半连续给料焚烧系统和连续型焚烧系统（包括连续给料焚烧和机械炉排焚烧系统），其每天的运行时间分别为8、16和24小时。在2004年全日本焚烧厂的统计中，连续型焚烧系统所占比例最大，达75.25%，半连续给料焚烧系统所占比例为20.82%，间歇给料焚烧系统比例最低，为3.93%。 图2.日本生活垃圾焚烧系统的运行方式分类及其数量分布 根据焚烧炉的型式，把生活垃圾焚烧系统分成四种类型，即机械炉排炉、流化床焚烧炉、固定床焚烧炉和旋转窑焚烧炉（图3）。在日本的垃圾焚烧厂中，机械炉排炉所占比例最高，在2004年1374个生活垃圾焚烧厂中占73.65%，其次是流化床焚烧炉，占15.72%。 图3.日本生活垃圾焚烧系统的炉型分类及其数量分布 一般，间歇给料焚烧炉主要用于小规模的垃圾焚烧厂，处理规模为50吨/天左右。连续型焚烧系统的处理规模至少为150-200吨/天。为了保证生活垃圾的连续和稳定燃烧，日本建设了很多处理规模为300吨/天或规模更大的生活垃圾焚烧厂，并配有锅炉或发电设备，以实现能源的回收利用。日本垃圾焚烧厂数量的逐年减少与2002年垃圾管理法中调整污染物控制标准有关，一些经过改造仍达不到标准的焚烧厂被迫关闭。从建设和运营的经济性考虑，建设规模大的垃圾焚烧厂是必然的发展趋势。 影响垃圾焚烧最重要的两个资源和环境问题是，污染物排放的控制（尤其是二恶英的排放控制）和焚烧产生热能的回收利用。日本成功引进吸收并应用的气化-熔融焚烧炉可以有效地解决上述问题。生活垃圾在气化炉（流化床焚烧炉或立窑式焚烧炉）中气化，产生的气体（包括碳化物）在熔融炉中燃烧并转化成烟气和炉渣。气化熔融焚烧炉中垃圾燃烧产生的高温可以明显降低二恶英的产生量，并使灰渣熔化结块，从而提高了可用性。由于加入的燃烧空气量较少，有利于热能回收利用。 截止到2004年，日本新建和改造成的气化熔融焚烧炉已经在54个垃圾处理厂使用（图4），并呈现出逐年增加的趋势。 图4.日本生活垃圾焚烧系统的燃烧方式分类及其数量分布4.生活垃圾的最终处理 城市生活垃圾经过中间处理（如焚烧处理）后，其固体产物（残余物）要进行最终处理。一般，生活垃圾焚烧产生的灰渣，送到最终处理场进行填埋处理。生活垃圾焚烧产生的飞灰，送到危废处理场专门处理。 在日本，最终处理厂是按工业垃圾的处理标准建设的，分为严格控制、普通控制和轻微控制三种类型，生活垃圾中间处理的固体产物属于普通控制范围。普通控制最终处理场的建设和运行标准与生活垃圾卫生填埋场相似。 对于没有建设焚烧厂的城市，生活垃圾采取直接填埋方式处理，即在普通控制最终处理场进行卫生填埋。日本直接填埋处理的比例非常低，2006年的填埋量仅为130万吨，占垃圾总产生量的2.5%。 根据日本的政策，直接填埋量还会继续减少。 5.二恶英的控制 为了有效控制二恶英对环境的污染，日本从2003年开始实行新的二恶英烟气排放控制标准，生活垃圾焚烧产生的烟气中的二恶英的上限浓度为0.1ng-TEQ/m3N，该标准对处理规模为4t/h及以上的垃圾焚烧炉有效，日本的大多数生活垃圾焚烧炉均包括在此范围内。为了满足这一标准，各焚烧厂采取了有效措施来控制二恶英的排放，经过改造仍不能达标的焚烧炉则停止了运行。在实行了新的排放标准后，2004年全日本生活垃圾焚烧厂二恶英的排放量仅为64ng-TEQ/m3N，（图5）比1997年下降了98.72%。 图5.日本生活垃圾焚烧厂二恶英排放量变化趋势 日本还采取一系列技术手段控制日光灯（含汞）、电池、PCB、石绵、感染物质混入城市生活垃圾，并进行单独收集，采用专用技术进行处理。为了减少城市生活垃圾的产生量、减轻环境污染，日本政府不仅加强了立法建设，还对新技术的开发应用及有效实施生活垃圾减量化的企业给予一定的政策和资金支持。 6.结论 （1）日本政府对资源与环境非常重视，促进了生活垃圾焚烧处理技术的发展。 （2）近年来，日本生活垃圾的总产生量和人均产生量变化不大，生活垃圾循环利用的比例逐年增加，生活垃圾的直接填埋率和最终处理率逐年下降。 （3）日本生活垃圾焚烧处理的发展趋势是，处理能力小、污染大的小型焚烧炉的数量逐渐减少，处理能力大、清洁生产的焚烧炉数量逐渐增加。将不断创新、完善垃圾焚烧技术，以降低污染排放、使资源最大程度的循环利用。 （4）焚烧是日本最主要的城市生活垃圾中间处