中国的垃圾焚烧
作者：作者：Balz Solenthaler、Rainer Bunge
内容提要
中国目前运行的城市垃圾焚烧厂（MWI）有19座，总的日处理能力大约是7,000吨（2002年12月统计情况）1. 这只占中国目前产生的所有城市生活垃圾的大约2%。这些处理系统大多数采用的是炉排技术。由于垃圾的热值较低（约5 MJ/kg），在流化床上焚烧，添加的焦炭也铺展得很开。烟气清理可以采用干式或半干式系统来进行。
这篇论文是瑞士Rapperswil大学（HSR）的一名学生的一部分研究成果，该学生专门研究了中国的垃圾焚烧状况。他在北京呆了三个月，其间，他有机会拜会了一些地方权力部门和城市垃圾焚烧厂的运营主。他还有机会参观了好几座焚烧厂，并从垃圾残留物中提取了一些样品，以供进一步分析。这一工作显示，中国的城市垃圾焚烧厂的残余物中的重金属成分要比瑞士的明显地低出许多。不过，汞是一个例外；汞在炉渣中相对较高的成分给人们留下了进一步阐述和思考的余地。鉴于所收集到的数据，我们不能排除这样的可能性，即中国的一些城市垃圾焚烧厂有可能把汞直接排放到环境中。
鸣谢
这次前往中国的工作考察是由瑞士Rapperswil大学（HSR）应用环境技术学院（umtec）发起的。现场考察工作是在中国的一家非盈利性机构——“环境无害化技术转让中心”（CESTT）的赞助下得以进行的。应用环境技术学院感谢中国的同行们以及地方权力部门和一些城市垃圾焚烧厂的厂长/运营主，感谢他们的参与，尤其是他们的非常开放的信息。另外，也要特别感谢瑞士经济事务部，是该机构为本项目提供了资金。
2003年7月最新统计情况：另外两座焚烧厂已经同时投入运营，一座在上海（处理能力：1000吨/日) 另一座在温州（处理能力：600吨/日)。
图1：参观哈尔滨城市垃圾焚烧厂
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城市垃圾的大幅度增长
垃圾在今天的中国是一个非常严峻的问题，因为垃圾被大量地、不恰当地用于填埋，这给土地和地下水造成了严重的负担。目前，比较规范的垃圾管理主要局限于城市地区。在农村地区，一般情况下没有哪个部门对生活垃圾负责，因为通常的方式都是倾倒在农用土地上[1]。所以，官方的统计数字主要反映的是城市家庭垃圾。
自20世纪70年代末期以来，中国的城市垃圾的数量出现了大幅度的上升。1979年至1995年间，垃圾每年以接近10%的速度递增。在北京、上海或沈阳等大城市，年增长率甚至达到了20% [1]。总的来看，中国的城市垃圾量在2000年达到了近1.4亿吨[2]。这是1990年垃圾量的两倍，比1979年增长了六倍。
在未来的几年里，预计垃圾量还会进一步增长。另外，中国人的生活水平将继续得以提高，因而使得人均垃圾产生量也会上升。近几年里，中国的经济一直以大约8%的速度增长，预计在今后几年里将保持同样的增长水平。经验表明，城市垃圾量与经济发展相关联，这也意味着垃圾的增长水平将进一步上升[3]。最后还有一点，中国目前正在出现城市化。今天，大约35%的中国人生活在城市里。到2020年时，预计这一比例将上升到50%。由于过去只是对城市里的垃圾问题进行过真正的研究，预计随着城市化的进程，城市生活垃圾（有记载的）数量将进一步增加。
图2：北京的垃圾仓
研究范围里的城市垃圾的低热值
中国的垃圾构成成分非常的不统一。在一些大城市，垃圾的构成成分与西欧国家的大致相同。然而，在大多数地方，垃圾的主要构成成分是厨馀垃圾和煤灰。厨馀垃圾之所以有这么高的比例，部分原因要归因于中国的饮食文化。正是这一原因，中国的厨馀垃圾的比例在今后将继续比欧洲的高。煤灰主要源自于家庭火炉。由于在家庭火炉和厨房里不断地增加了天然气的用量，用来代替过去的煤炭，在一些城市里，煤灰的比例已出现明显的下降[4]。这一趋势可能将继续下去，因为空气污染等诸多问题，在城市里将继续推行用天然气来替代煤炭。
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141210MJ/kg8206.13.95.24.24.26.55.012.4average of theexamined MWISwitzerland
MWI CMWI DMWI AMWI BMWI E图3：接受考察的中国垃圾焚烧厂和瑞士的垃圾热值比较图（为保密起见，图中进行过采样的系统分别用A－F表明)
热值是城市垃圾焚烧厂运作中最重要的参数之一。在接受考察研究的中国垃圾焚烧厂，城市生活垃圾的平均热值等于5 MJ/kg，而瑞士的平均热值等于12.5 MJ/kg（见图3）。出现低热值的原因是因为高比例的“绿色垃圾”（热值大约是2 MJ/kg)和惰性物质。在炉排焚烧炉的条件下，如果想要不通过辅助燃烧来进行焚烧，那就需要6－6.5MJ/kg的最低热值。通常，中国的城市垃圾焚烧厂不用辅助燃烧就无法运行。
焚烧城市垃圾在今天只是扮演一个次要角色
目前，中国所有城市的垃圾大多数都是填埋堆放，而且大多数都是以不恰当的方式在堆放，这给环境带来了非常严重的负担。仅有的几家安全填埋场早已不堪重负，超过了计划的运行时间却还在继续运行，部分原因是采用了不合适的废弃物压实机，还因为未曾预料到的快速增加的垃圾量。不符合规范的垃圾填埋堆放的副作用有：城市里的空地越来越缺乏、农田受到污染、生活垃圾中的填埋气体极有可能发生爆炸、运输成本越来越高。
今天，城市垃圾的焚烧在中国只是扮演一个次要的角色，因为部门主要仍然注重的是焚烧危险废弃物，如工业垃圾或医院垃圾。然而，在今后，中国将不能够再继续填埋堆放原生的城市垃
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MWI F3
圾。一些市政当局已经面临着很大的困难，在离城市比较合理的距离范围里找不到垃圾填埋的场地了。因此，越来越多的城市已经建造或正在计划建造焚烧厂，尽管需要投入的成本很高。截止到2002年12月，中国已经有19座城市垃圾焚烧厂投入了运营，总的日处理能力接近7000吨（见图4）。这些焚烧厂只是焚烧了所有城市生活垃圾中的1.8%。
图4：中国的城市生活垃圾焚烧厂处理能力状况图
采用流化床燃烧方式来焚烧城市生活垃圾
与瑞士相比，中国除了采用炉排技术外，还采用流化床燃烧方式来焚烧城市垃圾。这种处理方式要占现有处理系统的大约三分之一。就炉排技术而言，除了极少数焚烧炉的处理能力很低（<100吨/日），大多数系统的平均处理能力都达到了~500吨/日，或者更高（~1,000吨/日）。而大多数流化床焚烧炉的处理能力似乎更低一些，介于100至500 吨/日之间。
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基本情况好像是，上海等大城市主要建造的是炉排燃烧系统（见图5），而中小城市似乎更喜欢流化床燃烧方式。
采用流化床燃烧方式来焚烧城市生活垃圾，这让人感到吃惊，因为一般情况下，流化床燃烧方式的运营成本要比传统的炉排燃烧系统的成本更高。
但是，由于中国的城市生活垃圾的热值较低，通常不可避免的辅助燃烧成本也必须考虑进去。这些成本对于流化床燃烧方式来说要低得多。这是由于可以用煤炭代替燃油这一事实所致，因为铺有沙子的流化床的热能很高，可以避免热值的不稳定性。由于煤炭的成本明显地要低于燃油的成本，因此，流化床燃烧方式中的辅助燃烧要比炉排燃烧更节省成本一些。由于辅助燃烧的成本降低了，流化床燃烧
技术在中国即便用来处理城市生活垃圾，也仍然是具有竞争力的。
在中国采用的几乎所有烟气清理方法都是干式或半干式方法，然后再用纺织物过滤器对飞灰进行分离。相比之下，在瑞士，几乎毫无例外地采用电子过滤器，然后再用烟气除尘器。
因此，中国的飞灰通常含有过量的生石灰。一般情况下，除了生石灰外，还要把活性碳吹进去，以清除掉二恶英和汞。根据我们的了解，中国的城市垃圾焚烧厂都没有装备除氮装置。
城市垃圾焚烧炉废渣中没有金属回收
一般情况下，垃圾焚烧炉的废渣没有重新利用。不过，目前正在制定规划，准备今后用作建筑材料。除了杭州外，我们调查过的焚烧厂没有一家采用任何办法来重新利用城市垃圾焚烧炉废渣中的金属。在一些焚烧厂，工人们可以从垃圾或废渣中手工分拣出金属碎片，甚至可以自行拿出去销售。
根据国家环保总局的规定，飞灰应该先通过水泥压实，然后运往合适的填埋场。由于水泥的成本很高，我们有理由怀疑厂家是否真的在这么做。
图5：上海的城市垃圾焚烧厂
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中国的焚烧炉废渣中金属和重金属成分较少，但汞的含量较多
根据本项目的安排，我们参观了五家城市垃圾焚烧厂，并对他们的炉渣进行了抽样。我们还从另外两家焚烧厂获得了炉渣样品。进行过采用的焚烧处理系统在图4中标示了出来。
通过对这些城市垃圾焚烧厂的炉渣的检验，我们得出了一些结论，可以基本反映出这些焚烧厂焚烧的原生垃圾中的金属含量。
首先检验的是炉渣中金属碎片的含量。为了达到这一目的，我们把炉渣研磨成细粉，并且把尺寸大于2mm的金属碎片分拣出来。通过这种方式获知，中国焚烧炉渣中的金属平均含量明显低于瑞士炉渣的金属含量，中国的比例是3.3%，瑞士是12.6%。如果只是考虑有色金属的话，那么两国之间的差异甚至更大，在这种情况下，中国废渣中的有色金属比例只有0.24%，而相比之下，瑞士的是3%[5]。所以，从炉渣中回收有色金属碎片，似乎并不具有经济上的吸引力。
接下来，我们采用了X射线荧光来获取已研磨成粉的炉渣和飞灰中分散的重金属成分。结果显示，中国的城市垃圾焚烧炉废渣中的铜、锌、铅和镉的浓度要明显低于瑞士的。汞是中国的炉渣中唯一的含量大大高于瑞士的一种物质成分（见图6）。中国的飞灰也显示出比瑞士的飞灰要低得多的重金属成分（根据已经考察过的铜、锌、汞和铅含量的情况）（见图7）。
slag10'000ChinaHeavy metal levels [mg/kg]1'000Switzerland *100101Cu* Source: [6]ZnHgPb
图6：炉渣中的各种有害金属成分
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fly ash100'000Heavy metal levels [mg/kg]10'000ChinaSwitzerland *1'00010010Cu* Source: [6]ZnHgPb
图7：飞灰中的各种有害金属成分
中国城市垃圾焚烧炉废渣中很高的汞含量
显而易见，中国的城市垃圾焚烧炉废渣比瑞士的城市垃圾焚烧炉废渣含有更高的汞含量。这可能反映出在未经处理的垃圾中也有很高的汞含量，可能的情况是，中国的城市垃圾焚烧炉不仅焚烧城市生活垃圾，而且也焚烧一些危险废弃物。如果情况真是这样的话，那么飞灰中的低汞含量就让人感到惊奇了，因为城市生活垃圾中含有的绝大多数汞成分通常据报道在焚烧过程中进入了飞灰之中，而炉渣中只有极少量的汞成分得到过分析。
炉渣中和飞灰中汞含量的这种不寻常的关系可能反映出焚烧的温度过低。不过，炉渣的充分燃烧却说明了相反的事实。一种可能的解释是，尽管在未经处理的垃圾中有相对较高的汞含量，但是这种垃圾实际上是在“正常的”焚烧温度下进行焚烧的，在烟气清理过程中再生利用的数量不是很多，从而使飞灰中积存的汞含量显得较少。汞含量问题使得某些疑问悬而未决。当然有必要弄清楚用来清除烟气中汞成分的那些系统是否真的在正常运转，尤其是活性碳是否真的吹进了气流中。同时，人们必须记住的是，满载的活性碳有时会习惯性地再次循环，这固然会促成二恶英的成功清除，但也会造成清除系统中汞的积累，并最终泄漏到环境中去。
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重金属与国内生产总值（GDP）的关系
我们还要探讨的问题是，我们是否能够对中国城市生活垃圾中的重金属成分的未来发展情况作出预测。铜被当作一个典型的参数，用来反映国民经济的发展水平，因为城市生活垃圾中的汞含量水平反映了“电子化”的程度，因而也反映了某一地区的技术发展水平。从城市垃圾焚烧炉的废渣情况可以推断出未经处理的垃圾中的铜含量水平，把这种铜含量水平与人均GDP相比较，就会得知某一地区城市垃圾焚烧炉的相应发展水平。
600Switzerlandcopper in the waste [mg/kg]500400300China20010001'00010'000Gross domestic product per capita [US$]100'000
图8：中国和瑞士不同地区的垃圾中的铜含量情况
这反映了城市生活垃圾中铜含量水平与某一地区的经济发展水平之间有着非常重大的关系（见图8）。
因此，人们可以有信心假定，随着中国经济发展的推进，中国城市生活垃圾中的重金属成分将上升。这也是中国为什么必须快速地继续推进垃圾焚烧发展的另一个原因。
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参考文献 [1] [2] [3] [4] [5] [6]
Dipl.-Ing. Balz Solenthaler Prof. Dr. Rainer Bunge
Institut für angewandte Umwelttechnik (www.umtec.ch) Hochschule für Technik Oberseestrasse 10 CH-80 Rapperswil
Xiaoyan Li: Investitionsmöglichkeiten Deutscher Abfallentsorgungsunternehmen in China, Diplomarbeit Wirtschaftswissenschaft Universität Bremen, 2000
Shi Han, Dietmar R., Methling St. : Doing Business in the Chinese Environmental Market, Center for Environmental Sound Technology Transfer, Beijing, 2002 BUWAL: Umwelt Schweiz 2002 – Politik und Perspektiven
Zhao Youcai: Municipal Solid Waste Management, Springer, 2003, S.34ff Rainer Bunge: Metalle aus der KVA herausholen, in Umwelt Focus 1/2003 ETH Zürich: Ökoinventare von Entsorgungsprozessen, 1996
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