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处理垃圾“破圈”技术:等离子气化综合利用废弃物 志愿者来稿

发布时间:2022-10-04 11:36:52 来源:必博赌场 作者:必博赌场网站地址

  【生态文明科学传播计划】为进一步加强生态环境保护领域科普文章的创作与传播,鼓励并动员更广泛的人民群众参与进来,中国绿发会宣传部启动来稿奖励机制(详情请戳:鼓励宣传,来稿刊发将获稿酬 欢迎投稿绿会宣传部),欢迎大家通过参与该计划,用优秀作品展现生态文明时代的新公民的责任与担当。

  习在中国第十九次全国代表大会上的报告明确指出:加强固体废弃物和垃圾处理,加快生态文明体制改革、建设美丽中国。

  垃圾围城是当下这个时代的“特色”,每座城市每天都有天量的垃圾产生,散发着恶臭,或被填埋、或被焚烧、或随意丢弃漂入水体中。这些垃圾中都通常混杂着塑料包装物和食物残渣,难以自然分解。据测算,塑料袋包装的垃圾完全分解需要至少三百年。在此过程中,塑料还将分解成更细小、风险大的微塑料颗粒。在自然界中,能食用塑料的生物不多。如黄蜡虫等食用蜂蜡的昆虫。但黄粉虫也只是偶尔会以塑料袋为食,因此,指望这些昆虫解决塑料垃圾是不现实的。现在的生活垃圾不仅难以分解,而且常常混杂各种有毒有害的物质。

  以笔者所在城市武汉为例:武汉市目前共有212家医院,这些医院的医疗垃圾处理调查报告中指出,大型综合医院平均每床日产生医疗垃圾量为0.49公斤,中型综合医院平均每床日产生医疗垃圾量为1.53公斤,小型综合医院平均每床日产生医疗垃圾量为0.55公斤,企业职工医院平均每床日产生医疗垃圾量为0.46公斤,专科医院平均每床日产生医疗垃圾量为0.83公斤。武汉市医院平均每床日产生医疗垃圾量为0.6公斤。是一个不小的数字!据国家卫生部门医疗检测报告表明,一般由综合医院排出的垃圾可能受到各种病菌的污染,有的垃圾还带有大量乙肝病毒。此外,垃圾中的有机物不仅滋生蚊蝇,造成疾病的传播,并且在腐败分解时生成多种有害物质,污染大气、危害人体健康。因此医疗垃圾具有空间污染、急性传染和潜伏性污染等特征,其病毒、病菌的危害性是普通生活垃圾的几十、几百甚至上千倍,如果处理不当,将造成水体、大气、土壤的污染及对人体的直接危害,甚至成为疫病流行的源头。时至今日,医疗垃圾焚烧处理是处理此类垃圾的唯一途径。但是,着会产生强致癌物质———二恶英和粉尘!此外,武汉市目前机动车保有量已达270万辆,且年均以30万辆规模增加。废旧轮胎的数量也是笔不小的数字!淘汰的家电产品、废旧的日用百货、无法统计的天文数字的塑料袋等等。

  图片来源:Google图片搜索 海龟和蝠鲼在充满塑料垃圾的海域中艰难生存

  长江中漂浮的塑料垃圾,危及鱼类的繁衍,被江豚误食造成江豚死亡,所有的塑料垃圾最终流向大海,在太平洋形成的塑料垃圾漂流带长达数千公里,每年有大量的海鸟、海鱼、海龟、海豚、鲸鱼因为误食塑料垃圾而死亡。联合国称海洋塑料垃圾是仅次于气候变化的全球性环境危机,而这一切的污染的源头都在人类城市中产生。人类有责任处理好塑料垃圾。避免塑料垃圾进入水体最终流入海洋。

  武汉有两座垃圾填埋厂,分别是陈家冲生活垃圾填埋场和长山口生活垃圾填埋场。垃圾填埋的最大问题是不可持续性,填埋后的几十年都将不断释放甲烷。甲烷是一种温室气体,暖化效果是二氧化碳的25倍,填埋场地产生的渗滤液会污染地下水和土壤,两种污染是长期不可逆的过程。填埋场中的塑料垃圾在缺氧环境下,最终被降解需要至少300年。垃圾填埋看似很简单也很便宜,实际上是将问题转移给未来的下一代,将来处置的成本也许超出想象。垃圾填埋对国土的污染是不可逆的,国际公认填埋是垃圾处理的最后手段而非首选手段。

  现在武汉的垃圾焚烧站一共是五座,分别是青山的星火垃圾焚烧发电厂、东西湖的新沟垃圾焚烧发电厂、汉阳的锅顶山垃圾焚烧发电厂、汉口北垃圾焚烧发电厂和江夏的长山口垃圾焚烧发电厂, 垃圾焚烧易产生一级致癌物二恶英(Dioxin。)二恶英是毒性极强的化合物之一,其毒性是氰化物的130倍、砒霜的900倍,有“世纪之毒”之称。二恶英化学结构稳定,亲脂性高,无法生物降解,进入人体后,10年难排出!无论存在于空气、水还是土壤中,它都能强烈地吸附于颗粒上,借助于水生和陆生食物链不断富集而最终危害人类,累计到一定程度就会致人于死地!国外早已取消了垃圾焚烧厂:早在1985年美国就有超过137座焚烧炉兴建计划被取消;1992年,加拿大安大略省通过了焚烧炉使用的被禁令;1996年北美洲五大湖区52个焚化炉结束运作;德国、荷兰、比利时等欧洲国家也相继颁布了“焚烧炉禁建令”;我们的近邻日本1998年末永久或短暂关闭了2000多座工业废物焚化炉,到2000年7月,全日本已有 4600座垃圾焚烧设施被停止使用;即使是垃圾问题极为严重的贫穷的菲律宾,也颁布了垃圾焚烧设施建设的禁令。导致各国政府纷纷立法关闭及禁建垃圾焚烧设施的直接原因是发现在垃圾的焚烧过程中产生大量的有毒物质二恶英。

  二恶英主要是由垃圾中的塑料制品焚烧产生的,它不仅具有强致癌性,而且具有极强的生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性,这种比毒性还要大1千多倍的化合物由于化学结构稳定,亲脂性高,又不能生物降解,因而具有很高的环境滞留性。

  垃圾焚烧后,废气中的二恶英或者被人和动物直接吸入,或者通过空气飘落到了土壤和水中,二恶英含量很高的固体废物和废水可能会渗透到地下水,进入水生和陆生食物链, 最终被人们食用。

  焚烧炉技术漏洞百出1) 柴油燃油辅助燃烧系统条件苛刻, 难以满足。以下条件根本没办法保证时刻都能达到: 烟气温度不低于850℃,烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不少于2s,氧气浓度不少于6%。2) 喷入式活性碳阻击不了二噁英:(1) 据称,对废气中致癌毒素去除率达98%, 还有2%怎么办?

  (2) 通过烟气排放的二恶英及重金属数量减低,然而在灰烬中的二恶英及重金属含量却相应提高。

  3. 活性碳本身也是重大疑点:1) 活性碳本身很可能是伪劣产品。2) 发电厂很可能为了节省成本,偷工减料。3) 吸附二恶英的废活性炭可能被循环利用。

  人为操作错误以及设备故障:当设备老化故障迟早会发生的,将导致二恶英大量生成!

  典型案例: 在深圳蛇口港湾小区血癌村案件中,南山垃圾焚烧电厂厂长说,电厂的烟气处理系统在那两天的确没有正常工作,垃圾焚烧产生的有毒废气未经处理就排放到空气中。

  产生二噁英的必然性: 烟气在处理和排放过程中处于300~500℃区域是无法跳跃的。二恶英在高温过程中被破坏去除,在降温的过程中还会重新生成! 焚烧留下的“焚烧灰尘属危险废物”将作特殊处理,谁来监督这些剧毒物不会扩散? 如果填埋,也可能会通过地下水渗透, 产生二恶英污染。

  1)二噁英类排放标准低于一般国际标准10倍:中国 1.0 ng TEQ/m3;而台湾标准为 0.1 ng TEQ/m3;(也是国际通行的标准).。

  2)垃圾厂的建设标准: 400米范围外无异味。这个标准太低,相距400米还有异味,可见污染有多么严重。3)二噁英排放实际上几乎无法检测, 标准形同虚设, 无法对其监管。目前中国的垃圾焚烧发电厂总是这样回答记者:“我们达标”。实际上从来就没有测过!二恶英检测难度较大,检测费用较高,一个样品的分析测试就需花费近万元人民币;我国仅有少数几个二恶英研究实验室能够检测。北大二恶英研究实验中心博士这样形容二恶英样品前处理(提取、分离、浓缩、精制)的工作量,就如同把国际标准泳池(50米×25米×2米)装满大米,从中挑捡出一颗带色的大米。

  我国垃圾热值低,多为厨房垃圾,可燃物少,含水量高达60%。居民生活垃圾热值低、湿度大,与西方发达国家垃圾相比,不适合焚烧发电的。国外都是将垃圾分类之后,将其中能烧并且不产生毒素的垃圾类别用来焚烧发电.国内很多垃圾发电厂是打着发电的旗号,干着制造二恶因污染的勾当。这些发电厂的目的是拿政府补贴和发电卖钱。发电厂经常产生大量没有燃烧干净的生活垃圾,“好像跟刚刚从家里倒出来的垃圾一样”, 燃烧不完全, 将产生更严重的二恶因污染。

  在1985年美国就有超过137座垃圾焚烧炉兴建计划被取消;1992年,加拿大安大略省通过了焚烧炉使用的禁令;1996年北美洲五大湖区52个焚化炉结束运作;德国、荷兰、比利时等欧洲国家也相继颁布了焚烧炉禁建令;我们的近邻日本1998年末永久或短暂关闭了2000多座工业废物焚化炉,到2000年7月,全日本已有4600座垃圾焚烧设施被停止使用;1997年6月16日,韩国政府强制关闭3家国有大型垃圾焚烧处理厂; 即使是垃圾问题极为严重的贫穷的菲律宾,也颁布了垃圾焚烧设施建设的禁令。

  2001年3月,由英国埃可塞特大学的国际绿色和平组织研究实验室发表的《焚化炉与人类健康》的长篇报告,通过对二恶英与焚化炉关系的专门研究,纠正了许多传统的误解:虽然经过改良的新型焚化设施通过烟气排放的二恶英及重金属降低,然后在灰烬中的二恶英及重金属含量却相应提高,仍然造成环境污染;焚化炉不能完全消除废物中的有毒物质,而只是改变了它们的形态,部分物质的毒性甚至比原来更高;所谓焚烧可减少废物的重量和体积,不过是针对灰烬而言,如果将焚化炉有毒气体输出量加起来,总输出量将超过废物原来的重量。报告还通过对芬兰、西班牙、德国等欧盟国家在垃圾焚化设施附近的居民的监测研究,指出垃圾焚化对人类健康的严重影响包括(儿童和成人)患上癌症、呼吸道疾病、心脏病、免疫系统失调、过敏症及先天畸形等疾病。报告的结论是:足够的证据显示焚化炉对环境造成污染,对人类健康造成伤害,理应被全面取缔。2001年5月,在瑞典斯德哥尔摩各国全权代表会议上,经投票有91个国家(包括我国)赞成,《POPS公约》(后更名为斯德哥尔摩公约)获得通过。公约确定了各国必须立即加以控制和治理以二恶英为代表的12项在环境中具有高残留性、高生物浓缩性和高生物毒性的物质,即POPS物质(残留性有机污染物质)。

  《等离子固体废弃物气化技术》是应用目前国际最先进的等离子高温(温区范围:3000—5000摄氏度)技术来处理包括:工农业固体废弃物、医疗废弃物、工业危险废弃物及垃圾焚烧飞灰、污水处理厂污泥、工业废油、废弃制冷剂等。

  物质存在的四种物态: 固态、液态、气态、等离子态,宇宙中的物质有99%是等离子态,发光的恒星都是由等离子态气体组成,在等离子高温状态下,原子被电离,电子被从原子核周围剥离,形成离子状态,任何在固态液态气态的有毒危险化合物质,在等离子高温环境中都被解构成最基本的原子形态,城市垃圾被等离子体气化形成氢气和一氧化碳为主的合成气,其他无机物和重金属被高温融化形成玻璃态熔渣(Granite Glass)排出。有毒的重金属和无机物被固化在玻璃体中,不溶于水,也不会风化形成细微颗粒物排放到空气土壤中。因为不是焚烧而是气化,超高的温度和还原窑氛,因而过程中全程不产生二恶英,二恶英生成的临界温度为800摄氏度,等离子气化的温度高达3000度。垃圾焚烧炉的灰烬常常是富集了高浓度的二恶英,属于危险废弃物,通过等离子气化可以将此类危险废弃物转化为一般废弃物,乃至变为可回用的建材资源物质。

  图片来源:BING图片搜索 西安航天源动力工程有限公司 废弃物气化以后产生的熔融态岩浆以及冷却后的玻璃态熔渣 重金属和无机物被固化其中

  随着网络点餐行业的快速兴起,每天有天量的外卖消费和塑料包装产生,塑料餐盒在消费后残余大量油污和食物残渣,加之疫情的影响,回收难度加大,现在只有填埋、焚烧两个处置方案,如果采用等离子气化技术,这些高热值的塑料垃圾可以直接转变成Syngas合成气输送到燃气管网,用于发电或驱动车辆,城市垃圾将直接变为驱动城市运行的清洁能源。

  等离子气化垃圾处理的缺点社会认知度低,建成数量少,以至于是同等处理能力投资略高于焚烧炉,大约高出1.5-2倍,如果把填埋和焚烧的长期环境成本也算在内,等离子气化的处理成本远低于后者。在初期可以用该技术来处理危险废弃物:如医疗垃圾、农药残夜、有毒化工废料、废油、废旧轮胎、制冷剂等,也可以作为垃圾焚烧发电厂的尾气处理和废渣处理的补充手段,当然可以直接处理城市生活垃圾。其优势是处理过程生成的合成气和余热回收被高效利用、系统最终排放的是无毒无害的玻璃体炉渣,可以直接用于建材或者制作成其他更高价值的副产品,并形成再生能源。据英国Cadent 燃气公司估计,英国每年产生的垃圾通过气化处理能够生产1太瓦时的电能,足以满足其国内1/3-1/2的能源需求。

  理论上,任何生物质、富含有碳氢元素的物质通过等离子气化都可以被分解成氢气和一氧化碳,也就是高温制氢的原理。国外的经验表明,等离子垃圾气化消耗的电能只占所产生的电能的10%-15%。等离子气化不同于焚烧,未经分类的干湿混合的含水垃圾也适合做气化处理,气化过程需要水蒸气参与,湿垃圾存在有助于气化效率的提升,在3000度高温下,任何等含碳有机物被快速分解成CO、H2、H2S、HCL这样的简单小分子,当然,经过厨余分离、干湿分离的RDF垃圾衍生燃料,能量密度更高,垃圾处理总重量减少3/4,也可以显著提高运行效益,降低运行成本。

  我国每年废旧冰箱空调的淘汰达数千万台,其中的制冷剂HFC氯氟烃是超级温室气体,据估计一台冰箱的制冷剂泄露到大气中,致暖效力相当于排放2.5吨二氧化碳。如果在拆解时收集起来用等离子气化可以完全破坏其化学结构,还原成最基本的碳氢小分子形态,如此处置可产生非常可观的温室气体减排效果,产生的碳汇可以在国际或国内交易平台交易。这也是等离子气化危废盈利的应用场景之一。我实在想不出有什么更好的方法处理这些超级温室气体,要知道逃逸的制冷剂分子在大气中的致暖半衰期长达100年。

  2018年英國在提斯谷兴建日处理1000吨的大型等離子气化裝置,伦敦市区也建立等离子废物处理装置,上海也于2014年建成一座日处理50吨医疗危废的等离子气化炉,取得良好的示范社会效益和生态效益。我国各级城市、乡镇都要避免走发达国家的垃圾焚烧弯路,跨越式发展一步到位采用最先进、处理最彻底的等离子气化废弃物处理技术,一个平台就能处理任何级别、任何种类的废弃物,化腐朽为神奇变废为宝,彻底改善市民的生活环境。

  等离子垃圾气化装置gasplasma在伦敦市区安装运行,说明该技术基本没有污染物产生,对周围环境是安全友好的。等离子体是一种等离子化的高温气体,温度可达6000摄氏度。可以在无氧的状态下产生高温,因而避免由于氧化反应产生二噁英、VOC等化合物。等离子气化处理后的生成物为合成气和玻化渣。合成气中含有大约40% 的氢气,提纯以后输入燃气管网,可以做多种形式的再利用,例如:由于合成气不含焦油和有机挥发物,合成气可以通过内燃机和燃气轮机发电、利用vestas过程合成甲烷、提纯氢气作为新能源、总之能源回收效率比焚烧后蒸汽轮机发电效率高50%-100%。玻化渣可以作为建材直接利用或制成更高价值的阻燃保温棉。等离子气化过程不产生有毒有害物质,或者说有害物质被固化在岩浆态的玻璃熔渣之中,失去环境毒性。尾气过滤技术基本可以利用现有的干式、湿式过滤法,甚至以往填埋的垃圾都可以挖掘出来加以利用。

  图片来源 必应图片搜索 国内某单位所作 等离子技术与回转窑焚烧技术的对比

  等离子气化可以处置废弃物范围更广,可以接受几乎任何类型的废弃物,包括:有机、无机、金属、放射性废渣、废液、废气。等离子气化有占地面积小、几十吨到几百吨不同的日处理吨位选型、选址可以靠近居民聚居区等焚烧发电厂所不具有的天生优势。大型垃圾焚烧炉常常面临选址的困难以及大量的建设投资。等离子气化装置具有小型化、分布式的优点。拆解后土地没有污染物残留,还可以做其他常规市政用途。与现有大型垃圾焚烧炉组网联动,可以消除飞灰污染和炉灰的二噁英污染,甚至可以完全替代目前的垃圾焚烧发电厂。已填埋的垃圾甚至都可以挖掘出来作为等离子气化的原料产生再生能源,节约大量的土地,乃至恢复填埋区域生态。河湖水体中的塑料垃圾都可以收集上岸,集中等离子气化,从源头上消除塑料污染源,产生可再生能源。使收集垃圾变成一门有利可图的能源产业,从本质上改变垃圾无处可去,无可奈何、一埋了之、一烧了之的现状,使之华丽变身变为源源不断的可再生清洁能源。

  我国每年有大量的钢铁行业去产能的需求,这些技术落后、产品落后、市场前景不佳的钢铁企业除了倒闭歇业,是否通过设备和技术升级,转型升级为等离子气化厂呢?真是这样话不仅解决了大量的去产能钢铁企业的产业升级,而且使之转型升级成为清洁能源的生产者和处理城市废弃物的智能终端。我实在想不出有什么比这个愿景更美好的事儿了。


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