淺談日本固體廢棄物的管理及處置技術(shù)簡文星

1、淺談日本固體廢棄物的管理及處置技術(shù)_簡文星 環(huán)境科學(xué)動態(tài)2002年第4期ENVIRONMENTAL SCIENCE TRENDS No14, 2002淺談日本固體廢棄物的管理及處置技術(shù)簡文星(中國地質(zhì)大學(xué)工程學(xué)院,湖北武漢, 430074)=摘要>本文從固體廢棄物的丟棄、收集、焚燒及填埋等過程,系統(tǒng)介紹了日本固體廢棄物的管理及處置技術(shù)。=關(guān)鍵詞>固體廢棄物;管理;處置技術(shù)中圖分類號: X705 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:1003-2347(2002)04-0001-05日本特別干凈,不論是大都市還是山區(qū)小村,很少看到地上有垃圾,馬路上有灰塵。不論是在人員流動很大的

2、電車站,還是其他公共場所,地面都是光光亮亮,干干凈凈。那么,作為日本這個人多地少經(jīng)濟(jì)又特別發(fā)達(dá)的國家是怎樣做到這一點的呢?毫無疑問,一套科學(xué)的固體廢棄物管理方法及處置技術(shù)至關(guān)重要?；诖?本文將對日本固體廢棄物的管理及處置技術(shù)進(jìn)行簡單介紹。1 日本廢棄物現(xiàn)狀簡介111 日本廢棄物的分類日本將廢棄物分為一般廢棄物與產(chǎn)業(yè)廢棄物兩大類(圖1)。一般廢棄物主要包括家庭生活垃圾、辦公室及飲食店產(chǎn)生的垃圾;產(chǎn)業(yè)廢棄物包括焚燒殘渣、下水道淤泥、廢油、廢酸、廢堿、廢塑料類、紙屑、木屑、纖維屑、動植物加工殘渣、廢橡膠、廢金屬、玻璃及陶瓷碎片、礦渣、瓦礫、動物的糞尿、動物的尸體、煤塵、以及處理過程中產(chǎn)生的廢物等1

3、9種。具有爆炸性、毒性、感染性以及對人的健康和環(huán)境有害的垃圾稱為/特別管理一般廢棄物0與/特別管理產(chǎn)業(yè)廢棄物0。對有害的廢棄物在收集與處理過程中進(jìn)行嚴(yán)格的管理。112 日本廢棄物的現(xiàn)狀(1)一般廢棄物:從1989年開始,日本每年產(chǎn)生一般廢棄物5000萬噸左右,平均每人每天1100克以上(圖2)。(2)產(chǎn)業(yè)廢棄物:從1990年開始,日本產(chǎn)業(yè)廢棄物年發(fā)生量4億噸左右。圖1 日本廢棄物分類簡圖1圖2 一般廢棄物年度分布22 日本固體廢棄物的處置技術(shù)日本一般廢棄物處置的流程為:收集)處理)填埋。其中處理方法可以分為直接填埋,焚燒及中間處理三種。中間處理是指粗大廢棄物的破碎、壓縮,廢棄物的回收利用、高速

4、堆肥等。直接填埋廢棄物、焚燒處理后的殘渣及灰塵、中間處理后的殘渣等,最后都送入垃圾填埋場進(jìn)行填#2#環(huán)境科學(xué)動態(tài) 2002年第4期埋。圖3簡單的表示了一般廢棄物處理的過程(以1996年為例)。從圖3可知,一般廢棄物主要由焚燒方法處理。產(chǎn)業(yè)廢棄物的處置方法主要有直接再生利用、中間處理和直接最終處理。其處置的流程如圖4所示(以1996年為例)。圖3 一般廢棄物處置流程圖1圖4 產(chǎn)業(yè)廢棄物處置流程圖1211 一般廢棄物的丟棄方法一般廢棄物丟棄的方法原則上是按 照規(guī)定的要求將廢棄物分類包裝,再把不同類別的廢棄物按照規(guī)定的時間送到指定的地點去。表1詳細(xì)列出了京都府宇治市廢棄物的丟棄方法。按照表1的方法丟

5、棄的垃圾有如下幾個優(yōu)點:(1)有利于廢棄物的回收利用; (2)有利于對不同的廢棄物進(jìn)行不同的處理; (3)按照規(guī)定的時間將廢棄物送出,有利于及時處理,也容易保持廢棄物堆放點的干凈。212 廢棄物的回收、再利用為了促進(jìn)廢棄物的回收利用,日本政府制定了一系列的法律,明確廢品回收的責(zé)任事業(yè)單位或責(zé)任人。所以日本的垃圾回收率很高。圖5所示為紙張、玻璃瓶、鋼罐及鋁罐的回收率。圖中的回收率是指回收物品的重量與同年生產(chǎn)該產(chǎn)品的重量的比率。對于紙張來說,由于衛(wèi)生紙等不可能回收,并且很多書籍保存的時間比較長,所以100%的回收是不可能的。一般而言, 65%的回收率是最大極限。從圖5可知, 1991年到1998年

6、,紙張回收率從51%逐漸上升到5515%。玻璃的回收率從5118%上升到7319%;鋼罐的回收率從5011%上升到8215%;鋁罐的回收率從4311%上升到7414%。塑料制品產(chǎn)量大,品種多。然而,塑料產(chǎn)品中有一次性使用品,如食品包裝袋等;也有長時間耐久使用品,如家電制品及各種動力車等所使用的塑料。所以,塑料回收率很難用當(dāng)年回收量與生產(chǎn)量來計算,一般按塑料回收量與塑料廢棄物的排出總量進(jìn)行比較。例如, 97年在塑料廢棄物排出總量中,直接填埋占34%,焚燒處理占53%,再生利用量為12%。圖5 各種廢棄物回收率圖2213 廢棄物的焚燒技術(shù)4焚燒技術(shù)包括焚燒前處理、焚燒設(shè)備(主要為焚燒爐)、排氣處理

7、、發(fā)熱處理、爐灰的熔融固化處理等技術(shù)。21311 焚燒前處理焚燒前處理最基本的部分是根據(jù)廢棄物的種類及燃燒性能進(jìn)行分選處理。211節(jié)中記敘的一般廢棄物的丟棄方法實際上是焚燒前分選處理的一部分。大型的家具及各類制品在垃圾收集中隨即進(jìn)行壓碎。產(chǎn)業(yè)廢棄物中適合于焚燒的有:淤泥、廢油、廢塑料及紙屑、木屑等。對于含水量很高的淤泥焚燒前必須進(jìn)行烘干處理。最近,一種新的前處理方法在日本很受歡迎。這種前處理方法稱為固體燃料化。這種前處理方法的步驟是:將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劑,然后將混合物簡文星:淺談日本固體廢棄物的管理及處置技術(shù)#3#表1 日本京都俯宇治市一般廢棄物的丟棄

8、方法及時間表廢棄物類別廢棄物內(nèi)容及丟棄方法丟棄時間備注可燃燒垃圾1.廚房垃圾:主要包括剩菜剩飯、廢棄的蔬菜等,必須用隔水結(jié)實的塑料袋裝好; 2.紙張:包括報紙、書等,必須整理齊用繩子捆好; 3.干 電池:必須用透明的塑料袋子裝好; 4.其他:包括舊衣服、包裝用紙、木屑、香煙嘴及煙灰、紙尿布和吸塵器內(nèi)的灰塵等。每周兩次,星期一與星期四,早晨9點以前丟棄。充電電池送到原購買店去。不可燃燒垃圾1.包括金屬類、陶瓷器類、塑料及尼龍薄膜、小型家具等; 2.自行車:必須貼上/垃圾0字樣標(biāo)簽; 3.玻璃、電燈泡等易碎品:必須用結(jié)實的紙包好,并注明/易碎品0; 4.煤氣爐、加熱器等:必須去掉點火電池; 5.灰

9、塵:必須用水澆濕,用結(jié)實的袋子裝好; 6.被子及墊被:必須用繩子捆好。每周一次,星期二早晨9點以前丟棄。壓力瓶必須切掉壓力嘴。玻璃瓶、塑料瓶及泡沫塑料盒1.玻璃瓶:包括裝飲料、酒、各類調(diào)料等的玻璃瓶; 2.塑料瓶:包括裝飲料、醬油、酒瓶等; 3.泡沫塑料盒。將各種瓶子、泡沫塑料盒洗干凈,分門類別,用透明結(jié)實的袋子裝好。兩周一次瓶子均須拔掉蓋子。金屬瓶包括罐頭瓶、啤酒瓶及咖啡瓶等。將瓶子洗干凈,用透明結(jié)實的塑料袋裝好。一月兩次牛奶紙盒用水洗干凈,沿盒邊拆開、曬干、用繩子捆好,然后送到牛奶紙盒指定回收點。臨時垃圾包括搬家及換新的大型家具、大型的床等體積較大的物件,必須向市政府垃圾管理處聯(lián)系。市政府

10、垃圾管理處再派車將垃圾拉走。這一項是有償服務(wù)。與市政府垃圾管理處聯(lián)系家電回收品包括電視機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱及空調(diào)四種。這四種回收品的處理辦法為: 1.從哪里買來的,廢棄后送到哪里去; 2.購買新品的時候,與店家商量送新品回收舊品; 3.可與市政府垃圾管理處聯(lián)系。以上均為有償服務(wù)。與市政府垃圾管理處聯(lián)系營業(yè)垃圾商店、飲食店等產(chǎn)生的營業(yè)垃圾,由這些店自己處理。不能自已處理的營業(yè)店,必須與市政府垃圾管理處聯(lián)系。寵物尸體包括貓、狗等尸體,用專門的動物焚燒爐處理。這些是有償服務(wù),可以自己送去,或與處理處聯(lián)系。不能當(dāng)垃圾收集的物品橡膠輪胎、摩托車、磚土、混凝土、滅火器、產(chǎn)業(yè)廢棄物、建筑廢棄物、危險品與難處理

11、品(農(nóng)藥、藥品、燈油、汽油、火藥類和煤氣瓶等)。這些物品原則上是從哪里購買的,廢棄后便送到哪里,或與專門的收集店聯(lián)系。加熱。在加熱過程中,垃圾中含有的塑料類發(fā)生軟化而形成粘合劑。再將成形后的垃圾粉碎,并壓縮成形狀為直徑小于3 cm的柱狀體,充分干燥后便形成了固體燃料。這種前處理方法的優(yōu)點是處理后的垃圾不腐爛,并且其強(qiáng)度比較大,能夠充分的燃燒,對具有腐蝕性的酸性氣體(SOX,NOX等)及二口惡英的生成具有很強(qiáng)的抑制作用。有利于將分散的垃圾運(yùn)到大型的垃圾焚燒爐 (100t/d以上)去焚燒。21312 焚燒爐類型焚燒爐的類型有如下幾類:普通焚燒爐、旋轉(zhuǎn)爐、流動爐、多段爐、固定爐、廢液爐等。其特征如下

12、: (1)普通焚燒爐:爐堂傾斜,內(nèi)部呈階梯狀,燃燒物從上往下流動。其優(yōu)點是收集的垃圾不必粉碎,普通焚燒爐在城市垃圾處理中廣泛使用。(2)旋轉(zhuǎn)焚燒爐:爐堂橫臥,內(nèi)部有若干傾斜的火格。燃燒物依靠爐堂的旋轉(zhuǎn)從爐堂的一端移向另一端。(3)流動焚燒爐:爐堂底部氣流向上,使燃燒物呈懸浮流動狀態(tài),從而使垃圾充分燃燒,但要求垃圾顆粒細(xì)小并且均勻。(4)多段焚燒爐:爐堂分為很多節(jié)并緩慢旋轉(zhuǎn),燃燒物從上部往下部移動。但由于結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,現(xiàn)在使用的人越來越少。(5)固定焚燒爐:一種箱形的小型焚燒爐,垃圾的焚燒不是連續(xù)的,而是分批的。(6)廢液焚燒爐:處理廢油、廢溶劑等液體廢棄物的焚燒爐。液體廢棄物通過噴嘴噴射在爐堂內(nèi)

13、,然后進(jìn)行高溫焚燒。在日本,大型的普通焚燒爐的使用始于60年代。1963年大阪市購入日本自己生產(chǎn)的普通焚燒爐(150t/d) 3臺。這一階段焚燒技術(shù)主要是處理NOX及節(jié)省能量。流動焚燒爐比普通焚燒爐晚了10多年。與普通焚燒爐相比,流動焚燒爐規(guī)模小,#4#環(huán)境科學(xué)動態(tài) 2002年第4期設(shè)備構(gòu)造簡單,啟動與停止容易,垃圾的噸處理價格低,適合于中小城市使用。但是,流動焚燒爐受投入垃圾大小的限制,所以,目前城市垃圾焚燒70%75%仍在使用普通焚燒爐。旋轉(zhuǎn)焚燒爐構(gòu)造簡單、耐高溫,一般用于產(chǎn)業(yè)廢棄物的焚燒。21313 排氣處理技術(shù)排氣技術(shù)主要包括氣體的冷卻、除塵及有害氣體的處理等。過去日本焚燒爐氣體的除塵

14、主要是采用電動吸塵機(jī)。但是,吸塵器入口氣體的溫度一般達(dá)300e左右,在這個溫度下,容易合成二口惡英。所以,目前排氣技術(shù)首先考慮將高溫氣體快速冷卻到200e,防止二口惡英的合成。1997年12月1日,日本政府頒發(fā)了一條法令,垃圾焚燒爐必須具備使氣體在高溫下快速冷卻到200e的裝置。這樣,電動吸塵器逐漸被過濾吸塵器取代。21314 廢熱利用技術(shù)廢熱主要用于發(fā)電。在日本,垃圾處理能力達(dá)到100 t/d的焚燒爐專門配備有排熱鍋爐用于發(fā)電。但是,垃圾的發(fā)熱量較低,而且氣體帶腐蝕性,排熱鍋爐的溫度與壓力在300e, 30 ata,所以發(fā)電利用率只有10%15%。最近,由于對垃圾進(jìn)行固體燃料化處理,并控制酸

15、性氣體,排熱鍋爐采用耐腐蝕性的材料制作,其溫度與壓力達(dá)到400e, 40 ata,發(fā)電利用率可以達(dá)到20%25%。21315 焚燒灰塵的熔融固化技術(shù)焚燒灰塵包括焚燒爐頂部的揚(yáng)塵及底部的殘渣兩部分。焚燒灰塵中含有鉛、亞鉛、鎘、鉻等有害的重金屬,在填埋之前, 必須進(jìn)行熔融固化處理。熔融固化處理爐按照熱源可以分為燃料爐(重油、燈油、廢油等)與電氣爐兩種。熔融一噸焚燒灰塵用油300400 L或者用電100200kWh。如果熔融爐與垃圾焚燒爐一起建造,垃圾焚燒所發(fā)的電力已經(jīng)足夠熔融爐用了。焚燒灰塵熔融有如下幾個問題必須注意: (1)爐底灰的粒度一般在23 mm以上,燃燒充分,收集容易,熔融比較容易。但是

16、,爐頂灰的粒度一般在2030Lm左右,容易飛散,難于向熔融爐輸送,并且飛灰中含有腐蝕性很強(qiáng)的氯化物,對熔融爐腐蝕性大,在熔融處理時也很容易形成二口惡英。(2)為了降低焚燒灰塵的熔融溫度,必須在焚燒灰塵中加入添加劑。焚燒灰塵主要由SiO2-CaO-Al2O3組成,當(dāng)CaO/SiO2< 1時,焚燒灰的熔融溫度比較低,流動性能也比較好;而當(dāng)CaO/SiO2>1時,則必須加入生石灰(CaO)等添加劑來降低熔融溫度。(3)在焚燒灰塵的熔融過程中產(chǎn)生的灰塵成為熔融灰。熔融灰塵中富含堿、氯、鎘、鉛、亞鉛等有害性、腐蝕性很強(qiáng)的物質(zhì),在冷卻析出時必須十分注意。熔融爐渣的固化處理根據(jù)爐

17、渣是否再生利用而不同。如果僅僅是用于鋪設(shè)道路或者在垃圾填埋場直接填埋,熔融爐渣用水噴射冷卻即可。如果用于建筑等材料,則進(jìn)行鑄型冷卻。21316 二口惡英的預(yù)防技術(shù)二口惡英的預(yù)防技術(shù)在前面基本上已經(jīng)論述了,即高溫焚燒,急速冷卻。提高垃圾焚燒爐的焚燒溫度及延長焚燒時間,使氯化物等合成成分充分燃燒。1997年日本政府法律規(guī)定,焚燒溫度必須在800e以上,焚燒時間不得少于2秒。新設(shè)計的焚燒爐必須達(dá)到850900e。排氣體冷卻時,必須在1秒鐘內(nèi)冷卻到200e以下,避開二口惡英合成的最佳溫度(300e)。21317 焚燒爐技術(shù)發(fā)展方向21世紀(jì)的焚燒爐技術(shù)是廢棄物處理兼顧環(huán)境影響、資源利用及最小能源消耗。目

18、前,日本正在研究與設(shè)計新型的/氣體化熔融爐0。氣體化熔融爐把焚燒爐與熔融爐一體化,利用焚燒熱量來熔融殘渣,其特點是焚燒過程中隔絕氧氣,把垃圾氣體化。在這種還原氣化條件下,二口惡英很難形成。這種焚燒爐的溫度可以達(dá)到17001800e,即使是金屬都可以熔融后排出。214 廢棄物的填埋技術(shù)日本是一個島國,土地非常寶貴。所以日本的垃圾除了在陸地填埋外,有一部分被填埋在海里。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東京灣、大坂灣大部分垃圾填埋在海里。統(tǒng)計資料顯示,至1995年,陸地垃圾填埋場共有2361個,其中山谷垃圾填埋場1683個,平地626個;近岸淺海垃圾填埋場30個。但是陸地垃圾填埋場的容量小,海洋垃圾填埋場的容量大。所以

19、,盡管海洋垃圾填埋場數(shù)量少,垃圾填埋量卻占了一定的比例。根據(jù)日本運(yùn)輸省海 港灣局資料及東京都資料, 1997年日本有81%的垃圾填埋在陸地, 19%的垃圾填埋在海里。其中,東京灣51%的垃圾填埋在陸地, 49%的垃圾填埋在海里。1998年,東京都1513%的垃圾填埋在陸簡文星:淺談日本固體廢棄物的管理及處置技術(shù)#5#地, 8417%的垃圾填埋在海里。垃圾填埋場根據(jù)所埋的垃圾種類可以分為安全型(填埋垃圾為建筑廢料、廢塑料和橡膠、金屬、玻璃及陶瓷等碎屑)、管理型(填埋垃圾為紙屑、木屑、纖維碎屑、煤灰、污泥及礦渣等)與封閉型(填埋特定有害的產(chǎn)業(yè)垃圾)三種類型。為了保護(hù)人的身體健康及周圍的環(huán)境,管理型

20、與封閉型的垃圾填埋場有特別的隔水設(shè)施防止?jié)B濾液的流出、雨水及地表水的流入。管理型垃圾填埋場要求具備厚度在5 m以上,滲透系數(shù)在1 (10-5cm/s以下的地基。不具備此地基的管理型垃圾填埋場則必須創(chuàng)建下列條件之一: (1)建造厚度達(dá)50 cm以上,滲透系數(shù)在1 ( 10-6cm/s以下的粘土與地質(zhì)膜組成的復(fù)合襯里; (2)建造厚度達(dá)5 cm以上,滲透系數(shù)在1 ( 10-7cm/s以下的瀝青、混凝土與地質(zhì)膜組成的復(fù)合襯里; (3)建造表面敷設(shè)不織布或其他材料的雙層地質(zhì)膜的復(fù)合襯里。封閉型的垃圾填埋場要求建造厚度在35 cm以上、一軸壓縮強(qiáng)度在25 N/mm2以上而且具備防水性能的鋼筋混凝土襯里。

21、由于山谷地域是飲用水及農(nóng)業(yè)用水的來源,所以山谷垃圾填埋場一般以安全型垃圾填埋場為主。在山谷的管理型垃圾填埋場均建造有防止地表水流入的擋水壩、渠道等設(shè)施;防止?jié)B濾液流出及滲濾液處理等的設(shè)施。日本京都市東山垃圾填埋場就是一個典型的山谷垃圾填埋場。東山垃圾填埋場位于京都市東的一個山谷,占地面積24頃,設(shè)計容量為415106m3。在垃圾填埋場的上、下游谷口各建造一座混凝土重力型壩。下游谷口重力型壩用于儲存垃圾及防止廢液的流出。壩體高68 m,壩頂長度192 m。壩底部基巖為燧石巖,巖體強(qiáng)度大,防水性能好。上游谷口重力壩用于防止上游溪水的流入。壩高35 m,壩頂長度80m。壩底部基巖為板巖、燧石巖等,也

22、是極好的承載與隔水巖體。除此兩重力壩外,東山垃圾填埋場具備一整套污水處理的設(shè)備,以及其他配套的設(shè)施等。近岸淺海垃圾填埋場除了具備防止廢液流出外的設(shè)備外,還具備抗拒波浪、潮長潮退及海嘯等護(hù)岸堤。在日本,護(hù)岸堤有四種形式:重力式護(hù)岸堤、矢板式護(hù)岸堤、格箱式護(hù)岸堤以及堆石式護(hù)岸堤。(1)重力式護(hù)岸堤包括沉箱式、L型塊、格箱式混凝土塊及方塊等。這種類型的護(hù)岸堤其本體由鋼筋混凝土組成,具有很強(qiáng)的防水性與抗腐蝕性。但是本體的接縫與堆石基礎(chǔ)滲透性強(qiáng), 必須進(jìn)行防水處理。具體的辦法是在垃圾填埋場的一側(cè)鋪設(shè)隔水襯里。一般鋪設(shè)雙層隔水襯里,或者鋪設(shè)一層隔水襯里及打入一排鋼矢板(管)。(2)矢板式護(hù)岸堤是由鋼矢板(管)構(gòu)成的,包括單層