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中國城市生活垃圾領(lǐng)域國家適當(dāng)減緩行動項目(IWM NAMA)聯(lián)合清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,通過實例分析,開展了對廚余垃圾處理技術(shù)評價體系的研究工作。
廚余垃圾處理相關(guān)研究背景
近年來,中國大力推行垃圾分類,各地政府相繼出臺了一系列垃圾分類政策,有力促進了源頭的合理分類和資源的優(yōu)化配置,廚余垃圾的分出量和分出率均有所增加,對廚余垃圾處理技術(shù)和處理設(shè)施的需求也不斷增長,市場規(guī)模不斷擴大,出現(xiàn)了大量不同的處理技術(shù)和相關(guān)技術(shù)設(shè)備供應(yīng)商。然而,行業(yè)缺乏相關(guān)評價體系和評價方法,很難客觀評價這些不同的廚余垃圾處理技術(shù)。
基于此,中國城市生活垃圾領(lǐng)域國家適當(dāng)減緩行動項目(IWM NAMA)聯(lián)合清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,通過實例分析,開展了對廚余垃圾技術(shù)評價體系的研究工作。
我國目前代表性廚余垃圾處理技術(shù)
目前我國已基本形成以厭氧消化為主、好氧制肥為輔、飼料化和昆蟲法等為補充的廚余垃圾處理與資源化利用的技術(shù)路線。在上述處理技術(shù)中,厭氧消化是目前國內(nèi)的主流處理方法,在目前的規(guī)劃/在建項目中占比達80%;厭氧消化分為干式和濕式:餐廚垃圾具有含水、含油高的特點,更適用于濕式工藝;家庭廚余垃圾含水率低,油脂含量也較低,一般處理工藝中不設(shè)置油脂回收回收工藝,宜采用“干式厭氧”生化處理技術(shù),發(fā)酵產(chǎn)生沼氣后再利用。
除了技術(shù)選擇之外,設(shè)施的建設(shè)及運營管理水平也直接關(guān)系到設(shè)施的運行績效及環(huán)境績效。現(xiàn)有廚余垃圾處理工程仍一定程度上存在技術(shù)粗放、資源利用率低、二次污染嚴(yán)重等問題,通過科學(xué)評估方法,可以實現(xiàn)對廚余垃圾技術(shù)組合體系的可持續(xù)量化和最優(yōu)模式篩選。
廚余垃圾處理技術(shù)的綜合評價方法
為了能夠?qū)N余垃圾處理技術(shù)進行評估,基于現(xiàn)場調(diào)查和文獻調(diào)查,我們選擇了七種具有代表性的國內(nèi)技術(shù)情景S1-S7作為研究對象。同時應(yīng)用全生命周期分析方法,通過邊界范圍的確定,建立了綜合評價體系,對七種廚余垃圾處理技術(shù)的組合進行分析,并按不同的指標(biāo)進行排名。最終我們建立結(jié)構(gòu)評估模型,制定相應(yīng)的決策矩陣,作為在不同情況下選取最合適、最有效以及對環(huán)境危害最小的廚余垃圾生物處理技術(shù)的工具。
綜合評價指標(biāo)包括:
?。?)減量率、資源化率、廢液廢渣率
(2)溫室效應(yīng)及環(huán)境污染物排放潛能
?。?)環(huán)境污染貨幣化
?。?)物料守恒
?。?)經(jīng)濟效益計算
其中主要指標(biāo)的表現(xiàn)如下:
減量率主要體現(xiàn)處理技術(shù)的減量化程度。S2、S3、S4采用濕式厭氧發(fā)酵技術(shù),含水率較高,處理過程中會產(chǎn)生大量的廢液,需要進行二次處理,因此減量率較低。S6為生物轉(zhuǎn)化技術(shù),收運的廚余垃圾可直接喂食黑水虻,其減量率最高。
資源化率為資源化產(chǎn)品的產(chǎn)出量。S6處理技術(shù)資源利用率高、有機肥產(chǎn)品市場大而且具有最高的盈利能力。S4的資源產(chǎn)品主要是有機酸性土壤改良劑和有機肥料,具有很好的土壤改良和施肥效果。
溫室氣體減排潛力計算時將所有溫室氣體排放轉(zhuǎn)化為CO2當(dāng)量。S7在處理過程中能耗較高,相比而言,厭氧消化過程S2-S5對溫室效應(yīng)的減排效果較佳。
環(huán)境污染物削減潛力將所有環(huán)境影響結(jié)果歸一化,以人均當(dāng)量形式呈現(xiàn)。在廚余垃圾資源化利用過程中所造成的環(huán)境影響主要包括溫室效應(yīng)、臭氧耗竭、人體健康風(fēng)險、空氣污染、酸雨、水體富營養(yǎng)化等。S3和S4環(huán)境影響的歸一化總值為負值,即這些情景的系統(tǒng)可以減輕環(huán)境影響的負擔(dān),具有明顯的可持續(xù)性特征。
污染氣體社會成本為計算所排放污染氣體的處理成本。堆肥技術(shù)S1、S7在處理過程中會排放相對較多的污染氣體,存在對環(huán)境產(chǎn)生負面影響的風(fēng)險。
經(jīng)濟效益包括技術(shù)的成本與收益。經(jīng)處理的廚余垃圾的經(jīng)濟效益在276.4元到685.2元之間。S6由于資源化率高、產(chǎn)品市場較大、價格樂觀,其處理技術(shù)收益最高。
通過綜合考慮多項指標(biāo),可以得到各項技術(shù)的指標(biāo)表現(xiàn)雷達圖,同時也可以看出各指標(biāo)下不同處理技術(shù)的表現(xiàn)排名。
總結(jié)
評價體系以環(huán)境績效和經(jīng)濟性為核心,為決策者和行業(yè)參與者提供處理工藝評價和優(yōu)化建議如下:
?。?)關(guān)聯(lián)廚余垃圾特性與選取技術(shù)。比如含水率高的餐廚垃圾,偏向于選取濕式厭氧消化;含水率較低的廚余垃圾,傾向于干式厭氧消化;如果能夠?qū)崿F(xiàn)與農(nóng)業(yè)廢棄物或者園林廢棄物協(xié)同處理,含水率小于70%以下,可以采用堆肥的處理方式;
?。?)關(guān)聯(lián)資源化方向與選取技術(shù)。廚余垃圾處理的經(jīng)濟性主要取決于產(chǎn)品的可利用性,需綜合考慮土地等限制因素。土地資源有限,需首先以無害化為導(dǎo)向;對于土地資源相對豐富地區(qū),如北方地區(qū)鹽堿地可能較多,可以推動處理產(chǎn)品的土地利用。
(3)關(guān)注項目的建設(shè)運營管理水平。從能源資源利用效率、廠區(qū)運營管理、污染物控制等角度,會體現(xiàn)各個設(shè)施的差異性。
?。?)分散式的小型就地處理設(shè)施需結(jié)合實際情況綜合評估。對于分散式的小型就地處理設(shè)施,其單位能耗相對較高,意味著較高的經(jīng)濟投入,以及溫室氣體排放;另外由于分散式處理規(guī)模較小,其環(huán)境管理/污染物控制的挑戰(zhàn)較高,可以作為應(yīng)急處理技術(shù)選擇,需結(jié)合實際情況綜合評估;
?。?)廚余垃圾處理應(yīng)該以最終土地利用為導(dǎo)向。廚余垃圾每個技術(shù)情景中均有一定量的雜質(zhì)被分選出來并送至焚燒廠或填埋場進行最終處置;如果不能實現(xiàn)沼渣或有機肥的最終利用,也仍需要送至焚燒廠或填埋場進行最終處置,因此對于廚余垃圾處理而言,高質(zhì)量分類逐步推廣,以最終土地利用為導(dǎo)向才能具有最典型的經(jīng)濟和環(huán)境效益。
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