垃圾分类越好,焚烧二噁英排放越多?真的恰恰相反。

 

 【导言】最近,有一篇关于垃圾焚烧与二噁英关系的文章(主体为幻灯片课件)发表在了微信公众号上,题为“垃圾焚烧二噁英:我不做大哥好多年!”(以下简称《大哥文》,文末点击“阅读原文”可读)主旨很明确,就是劝导读者勿再过于担忧垃圾焚烧的二噁英污染问题,勿再用二噁英议题来限制垃圾焚烧行业的发展。

该文观点鲜明,而且给出了科技文献作为佐证,是一份值得各方严肃参考的学术材料。然而,经过小编认真学习,发现有些科研信息的呈现需要澄清或补足,由此带来的观点上的差异也值得商榷。

本文为系列讨论文章的第一篇,谈谈垃圾分类对焚烧厂二噁英减排是否有帮助。 

图源:大哥文

我国研究:垃圾分类明显有助于焚烧二噁英减排

《大哥文》里最后一张幻灯片的标题是“垃圾分类与焚烧二噁英排放并无直接关系”。小编不清楚此处是如何定义“直接关系”这一术语的,但从其“(二噁英排放)更多取决于垃圾焚烧设施规模与烟气净化水平”的解释来看,这个“无直接关系”似乎暗含着垃圾分类是影响焚烧厂二噁英排放的次要因素的意思。如果是这样,小编先举出一反例。

2008年,浙江大学和杭州绿能环保发电有限公司的几位研究人员就垃圾分类和焚烧厂污染物排放的关系,在国际学术期刊《有害物质》(Journal of HazardousMaterials)发表了一篇论文

作者首先根据已有的研究,介绍了影响焚烧厂二噁英类生成及重金属迁移的主要因素:

(1)废弃物燃料的组分(特别是氯、水、金属的成分),

(2)燃烧过程的设计和控制(温度、空气供给方法、停留时间),

(3)空气污染控制设备的类型。

由此看来,垃圾焚烧二噁英排放的影响因素应是多重的,且并非如《大哥文》说的那样,垃圾分类可以看做是次要的,因为垃圾分类的直接结果就是改变废弃物燃料的组分。

作者接着说,有别于大多数西方国家,中国生活垃圾含水率较高,净热值较低。有报道称,大多数中国城市的生活垃圾热值仅为 4200 kJ/kg(千焦/千克),勉强达到可以焚烧处理的最低标准。如果经过了分类和预处理,进入焚烧厂的生活垃圾的特性很可能发生改变。而且,事实上,垃圾成分的任何一种变化,都会对燃烧效果构成影响。但是,垃圾经过源头分类后的燃烧,是否会起到减少有害污染物,如二噁英类及重金属排放的作用,还没有得到清晰的研究。

由此看来,作者很肯定垃圾组分会影响燃烧效果,只不过对于二噁英及重金属排放的具体影响程度,他们觉得有必要进行研究。

作者将实证研究地选在了杭州城区西部的文新街道,因为2006年以来,一项国家级的垃圾源头分类示范项目曾在此展开。焚烧设施就是杭州绿能生活垃圾焚烧厂(绿能环保发电有限公司)。

研究过程中,作者将从同一街道收集的垃圾分成对照组和实验组。对照组即混合垃圾,采自没有开展分类的社区,且在运至焚烧厂前,不会经过压缩脱水处理,这也代表了焚烧厂平常的运行情景。实验组是经分类垃圾,包括人工筛选后的干垃圾和压缩脱水后的餐厨垃圾。经分类垃圾和混合垃圾在进入焚烧厂后,都会在垃圾储坑内存放 36 小时,然后再送入焚烧炉焚烧。

根据作者的监测,经分类的垃圾热值明显提高,低位热值达到 5043 kJ/kg,高于混合垃圾的 4626 kJ/kg,也高于文献所报道过的其他中国生活垃圾的热值。此结果说明,脱水过程在提高经分类垃圾热值上起到了重要作用。正因燃料的热值发生了变化,作者监测到两类实验垃圾在稳定工况下,燃烧温度也有不同。焚烧炉可记录到的最高炉温发生在经分类垃圾的燃烧过程中,平均值也达到 1035.92 摄氏度,高于混合垃圾焚烧 32.71 摄氏度。同样,经过对炉温、气压、蒸汽流等参数的计算,单位时间内,经分类垃圾焚烧的净能量产出要高于混合垃圾焚烧,其增量相当于每小时多发 65.90 千瓦时的电能。

图:经分类垃圾和混合垃圾焚烧二恶英控制效果对比

上表总结了两类实验垃圾焚烧后二噁英和呋喃生成和排放特征的对比。经分类垃圾焚烧烟气在进入净化设施前测得的 PCDD/Fs 总量约为 73.80 ng/Nm3(纳克/标准立方米),明显低于混合垃圾焚烧的水平(132.99 ng/Nm3)。经分类垃圾焚烧烟气的二噁英国际毒性当量(I-TEQ)为 9.28 ngI-TEQ/Nm3,仅为混合垃圾焚烧水平的 69.4%。

作者还重点关注了垃圾含氯量和焚烧二噁英排放的关系。根据他们的文献考察,迄今为止,有不少研究探讨了废弃物中总氯含量对二噁英生成的作用。一些研究发现了正相关关系,一些则无,但最近的研究则倾向于认为含氯量与二噁英生成有相关性,且当废弃物含氯量超过 1% 时,相关性明显,而低于 1% 时,相关性不明显。但作者发现,在他们的实证研究中,焚烧氯含量在 0.4% 以下的经分类垃圾,二噁英产生量较焚烧混合垃圾明显下降,说明此氯含量水平与二噁英产生仍存在正相关性。

至于烟气净化设施对二噁英空气排放的减排效果以及与垃圾分类的关系,作者是这样论述的:经过空气污染控制设施后,焚烧厂烟囱排放出来的烟气 PCDD/Fs 浓度大幅下降,经分类垃圾和混合垃圾燃烧后烟气排放浓度分别为 1.18ng/Nm3 和 1.27 ng/Nm3,转换为国际毒性当量后,分别为 0.12 ng I-TEQ/Nm和 0.10 ng I-TEQ/Nm3,显著低于当时的国家标准限值 1.0 ng I-TEQ/Nm3。在排放浓度相近的情况下,由于经分类垃圾焚烧烟气在净化前的二噁英浓度显著低于混合垃圾焚烧烟气,所以净化过程所需的活性炭的量也减少了 20%。

同等运行水平和烟气净化条件下,分类有助于二噁英减排的结论还体现在了飞灰中二噁英的含量上。作者称,烟气中大量的污染物,如二噁英类和重金属会转移至由布袋捕获的飞灰中,经检测,经分类垃圾焚烧产生的飞灰二噁英毒性当量浓度为 0.27 ng I-TEQ/g,显著低于混合垃圾焚烧的水平 0.36 ng I-TEQ/g。[1]

据小编所知,关于垃圾分类与焚烧二噁英排放关系的科学研究的确非常有限,虽然上述研究并不能得出行业整体性结论,但仍是弥足珍贵的。它至少清楚地向读者提示:即便在垃圾分类、分流不充分,厨余垃圾仅仅得到脱水处理的情况下,入炉燃料因一定的热值提高及含氯成分减少,就足以显著降低焚烧二噁英排放风险。

国际公约:垃圾分类是焚烧二噁英减排的最佳技术和实践

也许正是早就看清楚了垃圾组分与焚烧二噁英排放水平的紧密关联,我国正式缔结并遵守的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》,在为其为防止和减少包括二噁英在内的几种无意产生的持久性有机污染物(POPs)的《最佳可行技术指南和最佳环境实践导则》(亦称《BAT 指南和 BEP 导则》)中,也强调了控制废弃物焚烧燃料成分的重要性。该文件建议采取如下“替代措施”以有效减少生活垃圾处理过程二噁英等 POPs 的排放:

1. 零废物管理策略,通过立法和经济手段来消除废物产生;

2. 废物减量化,源头分离和回收来减少需进行最终处理的废物体积;

3. 堆肥,通过生物分解来减少废物体积;

4. 机械生物处理,通过机械和生物处理方法来减少废物体积,产生残留物需要进行进一步的处理;

5. 高温熔化,使用热处理方法来减少废物体积,产生残留物需要进行进一步的处理。

6. 特殊建造的填埋场,容纳并隔离废物(有效收集和燃烧产生的甲烷可以回收能量,若不能实现能量回收时要将甲烷气燃烧掉)[2]

以上 6 条“替代措施”,前4条都和垃圾分类有关。第1条说的“零废物管理策略”,英文是 zero waste management strategy,中文又称零废弃管理战略,目标是要消除不得不去填埋、焚烧、倾倒的垃圾。垃圾分类在零废弃管理战略中起着非常关键的作用,因为它通过在源头避免不同废弃物之间的交叉污染,可以显著提升有循环再生(recycling)潜力废弃物的实际循环利用率,甚至还能使一些仍有较高价值的废旧物品直接进入二手流动领域,得到重复使用(reuse)。而循环利用率和重复使用率一旦提高,就会降低混合垃圾末端处置的量,所以必然带来同等运行水平下垃圾焚烧二噁英等 POPs 排放的减少。

第 2 条所说的“源头分离”,即“垃圾的源头分类”,而“回收”,就是垃圾源头分类的结果。如上文所说,回收利用增加,“需进行最终处理的废物体积”减少,有利于二噁英等 POPs 的减排。

第 3 条所说的“堆肥”,同样要以垃圾分类为前提。只有通过源头分类,适合堆肥、不适合焚烧的可降解有机质才能得到有效分离。其结果一方面是占城市生活垃圾约一半(我国的情况)的可降解有机质得到最大限度的循环利用,另一方面可以通过减少交叉污染提高其他废弃物的可回收性,最终对焚烧二噁英减排做出双重贡献。

第 4 条所说的“机械生物处理”是相对于源头分类退而求其次的办法,即对已经产生的混合垃圾用机械分选的方法进行分离,其中适合生化处理的部分进行生化处理,不适合生化处理的或进行回收利用(但品质肯定不如源头分类的高)或进行焚烧、填埋处置。这一条的意义在于,即便是混合垃圾,如果进行一定的分选、预处理,也能有助于后期二噁英或其他POPs 的减排。

图源:大哥文

综合国内实证研究、联合国环境公约二噁英减排的技术指导,小编不仅觉得《大哥文》将垃圾分类视作影响焚烧厂二噁英减排的次要因素很不妥,而且认为各方在大力推行垃圾分类的时候,应该理直气壮、旗帜鲜明地肯定它对焚烧二噁英减排的重要意义,这样更能提升社会各界参与垃圾分类的积极性。正是基于以上观点,小编在完全赞成《大哥文》主张的“杜绝露天焚烧和取缔形形色色的简易焚烧”的同时,认为必须要把推动垃圾减量和分类、实践零废弃管理战略定格为“二噁英减排的正确选择”。

日本:垃圾焚烧二噁英排放高可能就是因为分类不够好

本文最后讨论一下《大哥文》为说明垃圾分类与焚烧二噁英排放无直接关系而提出的一条明确理由,即“日本垃圾分类效果优于德国,远优于美国,但垃圾焚烧二噁英排放因子却远高于德国和美国”(编者注:图表中给出的数据其实是日本、欧盟和美国,并没有德国的数据)。小编这里想说的仍是:前提错误,推论就有可能错。根据小编获得的信息,日本垃圾分类效果优于美国,应当站得住脚,但如果说优于德国,已有的统计数据却不能支持。

我国公众一般认为日本垃圾分类种类多而且精细,应当领先于世界上的其他地方。小编却认为,日本的垃圾分类整体而言是“抓小放大”,因为全国只有 18.7% 的生活垃圾得到循环利用,精细分类的效果实际只局限在不足两成的范围内,剩余部分则是以混合垃圾的形式被焚烧或填埋掉了,前者占比 80.2%,后者占比 1.1%。[3]造成这种局面的重要原因之一是,日本各地的垃圾分类方案基本将占垃圾总量 3 成以上的厨余垃圾视作可燃物进行焚烧,循环利用率不足 7%[4]

图:日本垃圾处理比例

反观德国,近年来生活垃圾的循环利用率一直保持在 65% 左右(堆肥部分达到 15% 以上),混合垃圾的焚烧仅为 35%,填埋为 1%。[5]也就是说,德国的垃圾分类虽然看上去没有日本做得那么精细,但由于抓住了“干湿分开”这个主要矛盾,减少了混合垃圾中的厨余部分,实际效果更好。

说到这,小编不敢妄言日本垃圾焚烧的二噁英排放因子高于德国就是因为它垃圾分类效果不好所致,或许还有监管运营方面的问题。但从前文探讨过的垃圾分类与焚烧二噁英排放的紧密关系,我们也不应排除相关因素的考虑。

文献参考:

[1] De-Zhi Shi, Wei-Xiang Wu, Sheng-YongLu, Tong Chen, Hui-Liang Huang, Ying-Xu Chen, Jian-Hua Yan, “Effect of MSWsource-classified collection on the emission of PCDDs/Fs and heavy metals fromincineration in China”, Journal ofHazardous Materials, 153 (2008), pp. 685–694.

[2] 《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》:《针对斯德哥尔摩公约第五条和附件C的最佳可行技术》,2006年。

[3] Statistics Bureau, Ministry of InternalAffairs and Communications (Japan), StatisticalHandbook of Japan, 2018, 2018.

[4] Akikuni Ushikubo, “Recycling of FoodWaste in Japan”(presentation), 2013.

[5] Eurostat, “Environment in the EU Eachperson in the EU generated 475 kg of municipal waste in 2014: 44% was recycledor composted” (press release), 2016.

拓展阅读:是真的!垃圾分类能减轻焚烧危害

转载声明:本文原载于公众号宣战二恶英,本公号经授权转载。

资料分类: