浅谈日本固体废弃物管理及处置技术简文星

1、浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术_简文星 环境科学动态2002年第4期ENVIRONMENTAL SCIENCE TRENDS No14, 2002浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术简文星(中国地质大学工程学院,湖北武汉, 430074)=摘要>本文从固体废弃物的丢弃、收集、焚烧及填埋等过程,系统介绍了日本固体废弃物的管理及处置技术。=关键词>固体废弃物;管理;处置技术中图分类号: X705 文献标识码: A 文章编号:1003-2347(2002)04-0001-05日本特别干净,不论是大都市还是山区小村,很少看到地上有垃圾,马路上有灰尘。不论是在人员流动很大的电车站,还是其他

2、公共场所,地面都是光光亮亮,干干净净。那么,作为日本这个人多地少经济又特别发达的国家是怎样做到这一点的呢?毫无疑问,一套科学的固体废弃物管理方法及处置技术至关重要。基于此,本文将对日本固体废弃物的管理及处置技术进行简单介绍。1 日本废弃物现状简介111 日本废弃物的分类日本将废弃物分为一般废弃物与产业废弃物两大类(图1)。一般废弃物主要包括家庭生活垃圾、办公室及饮食店产生的垃圾;产业废弃物包括焚烧残渣、下水道淤泥、废油、废酸、废碱、废塑料类、纸屑、木屑、纤维屑、动植物加工残渣、废橡胶、废金属、玻璃及陶瓷碎片、矿渣、瓦砾、动物的粪尿、动物的尸体、煤尘、以及处理过程中产生的废物等19种。具有爆炸性

3、、毒性、感染性以及对人的健康和环境有害的垃圾称为/特别管理一般废弃物0与/特别管理产业废弃物0。对有害的废弃物在收集与处理过程中进行严格的管理。112 日本废弃物的现状(1)一般废弃物:从1989年开始,日本每年产生一般废弃物5000万吨左右,平均每人每天1100克以上(图2)。(2)产业废弃物:从1990年开始,日本产业废弃物年发生量4亿吨左右。图1 日本废弃物分类简图1图2 一般废弃物年度分布22 日本固体废弃物的处置技术日本一般废弃物处置的流程为:收集)处理)填埋。其中处理方法可以分为直接填埋,焚烧及中间处理三种。中间处理是指粗大废弃物的破碎、压缩,废弃物的回收利用、高速堆肥等。直接填埋

4、废弃物、焚烧处理后的残渣及灰尘、中间处理后的残渣等,最后都送入垃圾填埋场进行填#2#环境科学动态 2002年第4期埋。图3简单的表示了一般废弃物处理的过程(以1996年为例)。从图3可知,一般废弃物主要由焚烧方法处理。产业废弃物的处置方法主要有直接再生利用、中间处理和直接最终处理。其处置的流程如图4所示(以1996年为例)。图3 一般废弃物处置流程图1图4 产业废弃物处置流程图1211 一般废弃物的丢弃方法一般废弃物丢弃的方法原则上是按 照规定的要求将废弃物分类包装,再把不同类别的废弃物按照规定的时间送到指定的地点去。表1详细列出了京都府宇治市废弃物的丢弃方法。按照表1的方法丢弃的垃圾有如下几

5、个优点:(1)有利于废弃物的回收利用; (2)有利于对不同的废弃物进行不同的处理; (3)按照规定的时间将废弃物送出,有利于及时处理,也容易保持废弃物堆放点的干净。212 废弃物的回收、再利用为了促进废弃物的回收利用,日本政府制定了一系列的法律,明确废品回收的责任事业单位或责任人。所以日本的垃圾回收率很高。图5所示为纸张、玻璃瓶、钢罐及铝罐的回收率。图中的回收率是指回收物品的重量与同年生产该产品的重量的比率。对于纸张来说,由于卫生纸等不可能回收,并且很多书籍保存的时间比较长,所以100%的回收是不可能的。一般而言, 65%的回收率是最大极限。从图5可知, 1991年到1998年,纸张回收率从5

6、1%逐渐上升到5515%。玻璃的回收率从5118%上升到7319%;钢罐的回收率从5011%上升到8215%;铝罐的回收率从4311%上升到7414%。塑料制品产量大,品种多。然而,塑料产品中有一次性使用品,如食品包装袋等;也有长时间耐久使用品,如家电制品及各种动力车等所使用的塑料。所以,塑料回收率很难用当年回收量与生产量来计算,一般按塑料回收量与塑料废弃物的排出总量进行比较。例如, 97年在塑料废弃物排出总量中,直接填埋占34%,焚烧处理占53%,再生利用量为12%。图5 各种废弃物回收率图2213 废弃物的焚烧技术4焚烧技术包括焚烧前处理、焚烧设备(主要为焚烧炉)、排气处理、发热处理、炉灰

7、的熔融固化处理等技术。21311 焚烧前处理焚烧前处理最基本的部分是根据废弃物的种类及燃烧性能进行分选处理。211节中记叙的一般废弃物的丢弃方法实际上是焚烧前分选处理的一部分。大型的家具及各类制品在垃圾收集中随即进行压碎。产业废弃物中适合于焚烧的有:淤泥、废油、废塑料及纸屑、木屑等。对于含水量很高的淤泥焚烧前必须进行烘干处理。最近,一种新的前处理方法在日本很受欢迎。这种前处理方法称为固体燃料化。这种前处理方法的步骤是:将垃圾粉碎至尺寸小于23 cm以下,在垃圾中加入熟石灰等添加剂,然后将混合物简文星:浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术#3#表1 日本京都俯宇治市一般废弃物的丢弃方法及时间表废弃

8、物类别废弃物内容及丢弃方法丢弃时间备注可燃烧垃圾1.厨房垃圾:主要包括剩菜剩饭、废弃的蔬菜等,必须用隔水结实的塑料袋装好; 2.纸张:包括报纸、书等,必须整理齐用绳子捆好; 3.干 电池:必须用透明的塑料袋子装好; 4.其他:包括旧衣服、包装用纸、木屑、香烟嘴及烟灰、纸尿布和吸尘器内的灰尘等。每周两次,星期一与星期四,早晨9点以前丢弃。充电电池送到原购买店去。不可燃烧垃圾1.包括金属类、陶瓷器类、塑料及尼龙薄膜、小型家具等; 2.自行车:必须贴上/垃圾0字样标签; 3.玻璃、电灯泡等易碎品:必须用结实的纸包好,并注明/易碎品0; 4.煤气炉、加热器等:必须去掉点火电池; 5.灰尘:必须用水浇湿

9、,用结实的袋子装好; 6.被子及垫被:必须用绳子捆好。每周一次,星期二早晨9点以前丢弃。压力瓶必须切掉压力嘴。玻璃瓶、塑料瓶及泡沫塑料盒1.玻璃瓶:包括装饮料、酒、各类调料等的玻璃瓶; 2.塑料瓶:包括装饮料、酱油、酒瓶等; 3.泡沫塑料盒。将各种瓶子、泡沫塑料盒洗干净,分门类别,用透明结实的袋子装好。两周一次瓶子均须拔掉盖子。金属瓶包括罐头瓶、啤酒瓶及咖啡瓶等。将瓶子洗干净,用透明结实的塑料袋装好。一月两次牛奶纸盒用水洗干净,沿盒边拆开、晒干、用绳子捆好,然后送到牛奶纸盒指定回收点。临时垃圾包括搬家及换新的大型家具、大型的床等体积较大的物件,必须向市政府垃圾管理处联系。市政府垃圾管理处再派车

10、将垃圾拉走。这一项是有偿服务。与市政府垃圾管理处联系家电回收品包括电视机、洗衣机、电冰箱及空调四种。这四种回收品的处理办法为: 1.从哪里买来的,废弃后送到哪里去; 2.购买新品的时候,与店家商量送新品回收旧品; 3.可与市政府垃圾管理处联系。以上均为有偿服务。与市政府垃圾管理处联系营业垃圾商店、饮食店等产生的营业垃圾,由这些店自己处理。不能自已处理的营业店,必须与市政府垃圾管理处联系。宠物尸体包括猫、狗等尸体,用专门的动物焚烧炉处理。这些是有偿服务,可以自己送去,或与处理处联系。不能当垃圾收集的物品橡胶轮胎、摩托车、砖土、混凝土、灭火器、产业废弃物、建筑废弃物、危险品与难处理品(农药、药品、

11、灯油、汽油、火药类和煤气瓶等)。这些物品原则上是从哪里购买的,废弃后便送到哪里,或与专门的收集店联系。加热。在加热过程中,垃圾中含有的塑料类发生软化而形成粘合剂。再将成形后的垃圾粉碎,并压缩成形状为直径小于3 cm的柱状体,充分干燥后便形成了固体燃料。这种前处理方法的优点是处理后的垃圾不腐烂,并且其强度比较大,能够充分的燃烧,对具有腐蚀性的酸性气体(SOX,NOX等)及二口恶英的生成具有很强的抑制作用。有利于将分散的垃圾运到大型的垃圾焚烧炉 (100t/d以上)去焚烧。21312 焚烧炉类型焚烧炉的类型有如下几类:普通焚烧炉、旋转炉、流动炉、多段炉、固定炉、废液炉等。其特征如下: (1)普通焚

12、烧炉:炉堂倾斜,内部呈阶梯状,燃烧物从上往下流动。其优点是收集的垃圾不必粉碎,普通焚烧炉在城市垃圾处理中广泛使用。(2)旋转焚烧炉:炉堂横卧,内部有若干倾斜的火格。燃烧物依靠炉堂的旋转从炉堂的一端移向另一端。(3)流动焚烧炉:炉堂底部气流向上,使燃烧物呈悬浮流动状态,从而使垃圾充分燃烧,但要求垃圾颗粒细小并且均匀。(4)多段焚烧炉:炉堂分为很多节并缓慢旋转,燃烧物从上部往下部移动。但由于结构很复杂,现在使用的人越来越少。(5)固定焚烧炉:一种箱形的小型焚烧炉,垃圾的焚烧不是连续的,而是分批的。(6)废液焚烧炉:处理废油、废溶剂等液体废弃物的焚烧炉。液体废弃物通过喷嘴喷射在炉堂内,然后进行高温焚

13、烧。在日本,大型的普通焚烧炉的使用始于60年代。1963年大阪市购入日本自己生产的普通焚烧炉(150t/d) 3台。这一阶段焚烧技术主要是处理NOX及节省能量。流动焚烧炉比普通焚烧炉晚了10多年。与普通焚烧炉相比,流动焚烧炉规模小,#4#环境科学动态 2002年第4期设备构造简单,启动与停止容易,垃圾的吨处理价格低,适合于中小城市使用。但是,流动焚烧炉受投入垃圾大小的限制,所以,目前城市垃圾焚烧70%75%仍在使用普通焚烧炉。旋转焚烧炉构造简单、耐高温,一般用于产业废弃物的焚烧。21313 排气处理技术排气技术主要包括气体的冷却、除尘及有害气体的处理等。过去日本焚烧炉气体的除尘主要是采用电动吸

14、尘机。但是,吸尘器入口气体的温度一般达300e左右,在这个温度下,容易合成二口恶英。所以,目前排气技术首先考虑将高温气体快速冷却到200e,防止二口恶英的合成。1997年12月1日,日本政府颁发了一条法令,垃圾焚烧炉必须具备使气体在高温下快速冷却到200e的装置。这样,电动吸尘器逐渐被过滤吸尘器取代。21314 废热利用技术废热主要用于发电。在日本,垃圾处理能力达到100 t/d的焚烧炉专门配备有排热锅炉用于发电。但是,垃圾的发热量较低,而且气体带腐蚀性,排热锅炉的温度与压力在300e, 30 ata,所以发电利用率只有10%15%。最近,由于对垃圾进行固体燃料化处理,并控制酸性气体,排热锅炉

15、采用耐腐蚀性的材料制作,其温度与压力达到400e, 40 ata,发电利用率可以达到20%25%。21315 焚烧灰尘的熔融固化技术焚烧灰尘包括焚烧炉顶部的扬尘及底部的残渣两部分。焚烧灰尘中含有铅、亚铅、镉、铬等有害的重金属,在填埋之前, 必须进行熔融固化处理。熔融固化处理炉按照热源可以分为燃料炉(重油、灯油、废油等)与电气炉两种。熔融一吨焚烧灰尘用油300400 L或者用电100200kWh。如果熔融炉与垃圾焚烧炉一起建造,垃圾焚烧所发的电力已经足够熔融炉用了。焚烧灰尘熔融有如下几个问题必须注意: (1)炉底灰的粒度一般在23 mm以上,燃烧充分,收集容易,熔融比较容易。但是,炉顶灰的粒度一

16、般在2030Lm左右,容易飞散,难于向熔融炉输送,并且飞灰中含有腐蚀性很强的氯化物,对熔融炉腐蚀性大,在熔融处理时也很容易形成二口恶英。(2)为了降低焚烧灰尘的熔融温度,必须在焚烧灰尘中加入添加剂。焚烧灰尘主要由SiO2-CaO-Al2O3组成,当CaO/SiO2< 1时,焚烧灰的熔融温度比较低,流动性能也比较好;而当CaO/SiO2>1时,则必须加入生石灰(CaO)等添加剂来降低熔融温度。(3)在焚烧灰尘的熔融过程中产生的灰尘成为熔融灰。熔融灰尘中富含碱、氯、镉、铅、亚铅等有害性、腐蚀性很强的物质,在冷却析出时必须十分注意。熔融炉渣的固化处理根据炉渣是否再生利用而不同。如果仅仅是

17、用于铺设道路或者在垃圾填埋场直接填埋,熔融炉渣用水喷射冷却即可。如果用于建筑等材料,则进行铸型冷却。21316 二口恶英的预防技术二口恶英的预防技术在前面基本上已经论述了,即高温焚烧,急速冷却。提高垃圾焚烧炉的焚烧温度及延长焚烧时间,使氯化物等合成成分充分燃烧。1997年日本政府法律规定,焚烧温度必须在800e以上,焚烧时间不得少于2秒。新设计的焚烧炉必须达到850900e。排气体冷却时,必须在1秒钟内冷却到200e以下,避开二口恶英合成的最佳温度(300e)。21317 焚烧炉技术发展方向21世纪的焚烧炉技术是废弃物处理兼顾环境影响、资源利用及最小能源消耗。目前,日本正在研究与设计新型的/气

18、体化熔融炉0。气体化熔融炉把焚烧炉与熔融炉一体化,利用焚烧热量来熔融残渣,其特点是焚烧过程中隔绝氧气,把垃圾气体化。在这种还原气化条件下,二口恶英很难形成。这种焚烧炉的温度可以达到17001800e,即使是金属都可以熔融后排出。214 废弃物的填埋技术日本是一个岛国,土地非常宝贵。所以日本的垃圾除了在陆地填埋外,有一部分被填埋在海里。在经济发达的东京湾、大坂湾大部分垃圾填埋在海里。统计资料显示,至1995年,陆地垃圾填埋场共有2361个,其中山谷垃圾填埋场1683个,平地626个;近岸浅海垃圾填埋场30个。但是陆地垃圾填埋场的容量小,海洋垃圾填埋场的容量大。所以,尽管海洋垃圾填埋场数量少,垃圾

19、填埋量却占了一定的比例。根据日本运输省海 港湾局资料及东京都资料, 1997年日本有81%的垃圾填埋在陆地, 19%的垃圾填埋在海里。其中,东京湾51%的垃圾填埋在陆地, 49%的垃圾填埋在海里。1998年,东京都1513%的垃圾填埋在陆简文星:浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术#5#地, 8417%的垃圾填埋在海里。垃圾填埋场根据所埋的垃圾种类可以分为安全型(填埋垃圾为建筑废料、废塑料和橡胶、金属、玻璃及陶瓷等碎屑)、管理型(填埋垃圾为纸屑、木屑、纤维碎屑、煤灰、污泥及矿渣等)与封闭型(填埋特定有害的产业垃圾)三种类型。为了保护人的身体健康及周围的环境,管理型与封闭型的垃圾填埋场有特别的隔水

20、设施防止渗滤液的流出、雨水及地表水的流入。管理型垃圾填埋场要求具备厚度在5 m以上,渗透系数在1 (10-5cm/s以下的地基。不具备此地基的管理型垃圾填埋场则必须创建下列条件之一: (1)建造厚度达50 cm以上,渗透系数在1 ( 10-6cm/s以下的粘土与地质膜组成的复合衬里; (2)建造厚度达5 cm以上,渗透系数在1 ( 10-7cm/s以下的沥青、混凝土与地质膜组成的复合衬里; (3)建造表面敷设不织布或其他材料的双层地质膜的复合衬里。封闭型的垃圾填埋场要求建造厚度在35 cm以上、一轴压缩强度在25 N/mm2以上而且具备防水性能的钢筋混凝土衬里。由于山谷地域是饮用水及农业用水的

21、来源,所以山谷垃圾填埋场一般以安全型垃圾填埋场为主。在山谷的管理型垃圾填埋场均建造有防止地表水流入的挡水坝、渠道等设施;防止渗滤液流出及渗滤液处理等的设施。日本京都市东山垃圾填埋场就是一个典型的山谷垃圾填埋场。东山垃圾填埋场位于京都市东的一个山谷,占地面积24顷,设计容量为415106m3。在垃圾填埋场的上、下游谷口各建造一座混凝土重力型坝。下游谷口重力型坝用于储存垃圾及防止废液的流出。坝体高68 m,坝顶长度192 m。坝底部基岩为燧石岩,岩体强度大,防水性能好。上游谷口重力坝用于防止上游溪水的流入。坝高35 m,坝顶长度80m。坝底部基岩为板岩、燧石岩等,也是极好的承载与隔水岩体。除此两重力坝外,东山垃圾填埋场具备一整套污水处理的设备,以及其他配套的设施等。近岸浅海垃圾填埋场除了具备防止废液流出外的设备外,还具备抗拒波浪、潮长潮退及海啸等护岸堤。在日本,护岸堤有四种形式:重力式护岸堤、矢板式护岸堤、格箱式护岸堤以及堆石式护岸堤。(1)重力式护岸堤包括沉箱式、L型块、格箱式混凝土块及方块等。这种类型的护岸堤其本体由钢筋混凝土组成,具有很强的防水性与抗腐蚀性。但是本体的接缝与堆石基础渗透性强, 必须进行防水处理。具体的办法是在垃圾填埋场的一侧铺设隔水衬里。一般铺设双层隔水衬里,或者铺设一层隔水衬里及打入一排钢矢板(管)。(2)矢板式护岸堤是由钢矢板(管)构成的,包括单层矢板