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徐海云:填埋仍占一席之地,需保障垃圾填埋场合理剩余容量

2025-02-11 14:10
CE碳科技
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对我国生活垃圾填埋处理发展状况进行分析,结果表明:2010-2022年,我国卫生填埋场的数量和生活垃圾填理量均呈现下降趋势。在填埋处理发展过程中,填埋场渗滤液处理属于薄弱环节之一,需重点关注。

与此同时,生活垃圾填埋场排放的甲烷是全球重要的温室气体排放源,需要积极开展填埋气体回收利用。

近些年,虽然原生生活垃圾填埋处理逐步被生活垃圾焚烧发电替代,但生活垃圾填埋场仍然是生活垃圾处理必不可少的基础设施,需要保障填埋场合理剩余容量,以避免建设应急填理场,提高生活垃圾处理的韧性。

来源丨环境卫生工程

作者:中城环境徐海云

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徐海云

现任中城环境总工程师,教授级高级工程师。长期从事生活垃圾处理设计、咨询、规划、标准及科研工作。先后主持或参加生活垃圾处理“八五”、“十五”科技攻关项目、“十一五”以及“十二五”科技支撑项目。负责或参加多项生活垃圾处理工程、生活垃圾处理有关标准编制及多项生活垃圾处理国际合作研究项目。

生活垃圾处理可划分为3种方式,即回收利用、焚烧处理与填埋处理。

先进国家垃圾管理战略即垃圾处理方式的选择原则如下:首先是尽可能避免产生垃圾,产生垃圾后尽可能进行回收利用,其中包括尽可能对可生物降解的有机物进行堆肥处理;其次是尽可能对可燃物进行焚烧处理并进行余热利用;最后是对不能进行其他处理的垃圾进行填埋处理。

这里尽可能的含义是以经济条件许可为前提。回收利用后的剩余垃圾处理主要有卫生填埋、焚烧两种处理方式,为了对剩余垃圾进行最大化资源利用和能源利用以及减少建筑垃圾填埋带来的温室气体排放,宜优先发展带有余热利用的垃圾焚烧处理技术,积极推进原生生活垃圾“零填埋”。我国生活垃圾管理的原则是减量化、资源化、无害化,这与先进国家垃圾管理战略的原则一致。

01我国生活垃圾填埋处理发展情况

1.1卫生填埋场的数量变化

根据2023年住建部城乡建设统计年鉴公布的统计结果,截至2022年底,我国内地运行的生活垃圾填埋场有1401座,其中695个设市城市运行的生活垃圾卫生填理场444座,1481个县城运行的生活垃圾卫生填埋场957座。

2010-2022年生活垃圾卫生填埋场数量变化如图1所示,2019年运行的生活垃圾填埋场数量最多,达到1885座,其中679个设市城市运行的生活垃圾卫生填埋场652座,1516个县城运行的生活垃圾填埋场1233座;2022年运行的卫生填埋场数量与2019年相比显著下降,降幅达到25.7%,其中城市运行的卫生填埋场数量下降31.9%,县城运行的卫生填埋场数量下降 22.4%。

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图1 2010-2022年生活垃圾卫生填埋场数量变化

1.2 生活垃圾填埋量变化

根据我国内地2010-2022年生活垃圾填埋量变化(图2)可以看出,2011年我国内地生活垃圾填埋量为1.98420x108t,达到高峰值,2022年我国内地生活垃圾填埋量为5.94200x107t,与2011年相比下降70%2017年生活垃圾卫生填埋量为1.71605x108t,达到高峰值,其中城市生活垃圾卫生填埋量1.20730x107t,县城生活垃圾卫生填埋量5.08750x107t;2022年我国内地生活垃圾卫生填埋量5.86550x107t,其中城市生活垃圾卫生填埋量3.04320x107t,县城生活垃圾卫生填埋量2.82230x107;2022年生活垃圾卫生填埋量与2017年相比下降65.8%,其中城市生活垃圾卫生填埋量下降74.8%,县城生活垃圾卫生填埋量下降 44.5%。

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图2 2010-2022年生活垃圾填埋量变化

1.3 生活垃圾填埋处理结构变化

目前,我国内地运行的生活垃圾填埋场大多达到卫生填埋场建设要求。2010年城市生活垃圾卫生填埋场在全部城市填埋场的占比为72.1%,县城生活垃圾卫生填埋场占全部县城填埋场的比例为24.9%;2018年分别提高至98.0%和91.5%;2022年城市、县城生活垃圾卫生填埋场占其全部填埋场的比例均为98.0%以上(图3)。

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图3 2010-2022年生活垃圾卫生填埋场比例变化

随着生活垃圾焚烧发电处理的快速发展,我国内地生活垃圾填埋处理量占比(不包括废品回收部分的剩余垃圾处理量)快速下降。2010年城市生活垃圾填埋处理量占比为84.2%,县城生活垃圾填埋处理量占比为97.6%,城乡生活垃圾填埋处理量占比为88%:2022年分别下降至12.6%、42.9%、19.1%,如图4所示。

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图4 2010-2022 年生活垃圾卫生填埋处理量占比变化

1.4 填埋场渗滤液处理

GB16889-2008生活垃圾填埋场污染控制标准(新标准CB16889-2024将于2024年9月1日实施)有关渗滤液处理排放的要求较高。从技术上分析,填埋场垃圾渗滤液处理要达到GB16889-2008中2级以上标准,就需要采用膜处理技术,一方面处理成本较高,另一方面膜处理后产生的浓缩液会进一步推高处理成本此外,高大量渗滤液产生的条件下,即便处理技术工艺能够达标,渗滤液处理成本也可能难以负担。因此垃圾填埋场渗滤液处理是许多填埋场建设和管理较薄弱环节之一,并成为近些年中央环保督察重点关注的内容。

2022年2月,生态环境部对第二次修订后的CB16889生活垃圾填埋场污染控制标准公开征求意见。征求意见稿中对于垃圾填埋场渗滤液排放到污水厂放宽了要求,第9.2.2条规定了生活垃圾填埋场的渗滤液排入城镇污水处理厂的要求,第9.2.3条规定了生活垃圾填埋场的渗滤液排入工业污水处理厂的要求。

1.5 填埋气体回收利用

1998年10月,我国第1个填埋气体发电厂在杭州天子岭填埋场建成发电。此项目最早由北美一家公司投资运营,后被法国威立雅公司收购。截至2023年底,我国先后建成填埋气体回收与利用项目200多个。我国内地填埋气体回收利用龙头企业为河南百川畅银环保能源股份有限公司(深圳上市公司、股票代码300614)、中国水业集团有限公司香港上市公司,股票代码1129

从这两家公司的年报可以看出,填埋气体利用量在2020年以后开始下降,间接表明我国内地填埋气体产生量和利用量在2020年左右达到峰值。2021年7月,河南百川畅银环保能源股份有限公司收购威立雅环境服务中国有限公司下属3家填埋气体利用公司(北京威立雅、西安威立雅南京威立雅),至此,作为最早在我国开展填埋气体利用的外国公司完全退出我国内地填埋气体利用市场。

甲烷提纯制生物天然气近些年不断得到发展。深圳、广州、太原、鞍山等城市均建成了利用填埋气体制取生物天然气的工程。

02生活垃圾填埋处理与温室气体排放

2.1温室气体排放清单

根据JPCC国家温室气体清单指南编制要求,废弃物处理作为重要温室气体排放源排在第5项(表1),废弃物处理产生的温室气体统计估算主要包括4项(表2),即填埋处理、生物处理(包括堆肥处理和厌氧消化处理)、焚烧处理以及露天焚烧处理、废水处理需要特别说明的是,含有余热利用的垃圾焚烧发电温室气体排放统计在能源领域,对于没有余热利用的小型焚烧以及露天焚烧排放的二氧化碳统计在废弃物领域。

表1 IPCC 国家温室气体清单指南主要领域

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表2 IPCC 国家温室气体清单指南废弃物处理涉及范围  

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2.2垃圾填埋处理与甲烷排放

生活垃圾填埋场排放的甲烷是全球重要的温室气体排放源。根据美国荣鼎咨询公司发布的研究报告,2022年全球温室气体排放量为5.06x1010t,比2021年增加1.1%。从2021年全球温室气体分行业数据看,垃圾填埋及废弃物领域温室气体排放占比为4%(表3)由此可见,垃圾填埋及废弃物领域在温室气体排放方面占据“重要地位”。是一个大行业。比较来看,全球船运温室气体排放占比2%,航空温室气体排放占比1%;全球钢铁生产温室气体排放占比5%,水泥生产温室气体排放占比 5%。

表3 2021 年全球温室气体排放来源

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根据IPCC国家温室气体清单分类,垃圾填埋场排放的甲烷一般占废弃物领域温室气体主要部分,约为70%~80%。例如,欧洲29个国家废弃物领域温室气体排放中,1990年垃圾填埋场甲烷排放占比77%,2020年该占比为71%(表4);美国1990年垃圾填埋场甲烷排放在废弃物领域温室气体排放中占比为82.4%,2020年该占比为70.2%表5)。

生活垃圾如果以填埋处理为主,垃圾填埋场排放的甲烷在全部温室气体中占比通常较高,生活垃圾如果以焚烧为主,垃圾填埋场排放的甲烷在全部温室气体中占比往往较低。例如,欧盟2023年提交的温室气体排放清单中,2020年,西班牙、法国、意大利、英国垃圾填埋场甲烷排放占各自国家温室气体总排放量10%以上,奥地利、比利时、丹麦、瑞典、卢森堡垃圾填埋场甲烷排放占各自国家温室气体总排放量1%以下(表6)

表4 1990和2020年欧洲 29 个国家废弃物温室气体排放量

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表5 美国 1990 年和 2020 年废弃物领域温室气体排放量

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表6 2020 年欧洲 29 个国家垃圾填埋场甲烷排放占比情况

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2.3 我国温室气体排放清单与填埋场甲烷排放

根据中华人民共和国气候变化初始国家息通报2004年、中华人民共和国气候变化第一次两年更新报告2016年12月、中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告2018年12月)、中华人民共和国气候变化第三次国家信息通报2018年12月、中华人民共和国气候变化第四次国家信息通报2023年12月,我国废弃物领域温室气体排放量在温室气体排放总量中占比约为1.5%1994年为4%,明显低于其他国家以及全球平均水平。

在废弃物领域,填埋场甲烷排放量在废弃物领域温室气体排放量中占比为26.3%~61.5%,也明显低于其他国家以及全球平均水平,主要是因为我国生活垃圾填埋场甲烷排放被低估。例如,上述排放清单中仅估算了城市生活垃圾填埋场甲烷排放,没有估算城市以外的乡镇垃圾填埋场甲烷排放。1994-2018年我国温室气体排放清单废弃物部分如表7所示。

表7 1994-2018 年中国温室气体排放清单(废弃物部分)

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03生活垃圾填埋处理发展展望

3.1填埋场在生活垃圾处理领域仍占一席之地

虽然原生生活垃圾填埋处理逐步被生活垃圾焚烧发电替代,但从日本、德国、瑞典等国家的经验看,生活垃圾填埋场仍然是生活垃圾处理必不可少的基础设施。

德国将垃圾填埋场分为5级(表8)。其中0级填埋场主要填埋地表开挖的渣土,这些渣土属于有机质含量很低的惰性垃圾;1级主要为建筑渣土填埋场,这些建筑垃圾中只能含有少量有机质;Ⅱ级主要为生活垃圾填埋场;ⅡI级填埋场为危险废物填埋场;IV级填埋场又称地下填埋场,主要利用地下盐矿填埋危险废物。

表8 德国垃圾填埋场分类

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根据德国环境部统计,2022年德国运行的各类填埋场有1001座,填埋各类垃圾量达到3.9302x107t,其中生活垃圾填埋场146座,生活垃圾填埋量6.8661x106

 据德国有关方面的统计,德国从2005年6月1日起要求原生生活垃圾”零填埋“,2006年以后德国公布生活垃圾填埋比例接近0。例如,2020年德国公布生活垃圾综合利用率98%,填埋量为1.1000x105t;实际上2022年德国生活垃圾填埋场填埋量达到6.8661x106t,有超过60倍的差距主要原因是统计口径不同。

表9 2022 德国垃圾填埋场数量、剩余容量、累计进场量等

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德国在计算生活垃圾填埋比例时,只计算直接进入垃圾填埋场的垃圾量,而不包括机械生物处理以及垃圾焚烧处理产生的需要填埋的垃圾量。同样,德国公布的建筑垃圾回收利用率达到90%,只有不到10%的建筑垃圾需要填埋处理,同样由于统计口径问题,实际上建筑垃圾填埋量远大于计算回收利用率时的填埋量。

德国2004-2022年垃圾填埋场数量以及垃圾填埋量变化如表10所示,由表10可看出尽管填理场数量由2006年1740座下降到2022年1001座,但各类垃圾填埋总量基本没有变化。

表 10 2004-2022年德国填埋场数量以及填埋量变化

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根据瑞典环境部统计,2022年瑞典生活垃圾填埋比例不到1%,65座运行的填埋场中生活垃圾填埋量只有3.410x104t,2022年实际填埋量2.8414x106t(表11),有超过80倍的差距,主要原因是统计口径不同。瑞典在计算生活垃圾填埋比例时,只统计直接进入填埋场的生活垃圾量,而不包括间接进入垃圾填埋场的生活垃圾、工业垃圾以及垃圾焚烧处理灰渣等。

表11 2017-2022 年瑞典垃圾填埋场进场量统计

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日本在20世纪80年代就基本实现了原生生活垃圾“零填埋”处理,但同时仍然使用大量填埋场。根据日本环境部统计,2021年使用的填埋场为1572座。

3.2 动态管理垃圾填埋场剩余容积、剩余寿命

保障填埋场合理剩余容量可以避免规划建设应急填埋场,提高生活垃圾处理的韧性。根据日本环境部统计,1995-2022年日本生活垃圾填埋场数量虽然从2361座减少至1557座,填埋场剩余容积从 1.420x108m3降为9.670x107m3,但填埋剩余容积的使用年限却从85a提高到23.4a,如表12所示。

近10年日本填埋场剩余容积的使用年限保持在20a左右,人均填埋场剩余容积保持在约0.8m/人(表13)。德国也将剩余垃圾填埋场容量纳入统计管理,如2022年填埋场总剩余容量为4.43903x108m3,其中用于生活垃圾填埋的剩余容量为8.1283x107m3,平均剩余使用年限约为12a(表9)。

表12 1995-2022 年日本垃圾填埋场数量、剩余容量

预计剩余容积使用年限

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表 13 2013-2022 年日本垃圾填埋场数量、占地面积、剩余容积及人均剩余容积等统计数据

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3.3 旧垃圾填埋场生态治理

研究表明,垃圾填埋场向大气中释放的甲烷比以前估算的要更多。根据来自世界四大城市(印度的德里和孟买、巴基斯坦的拉合尔和阿根廷的布宜诺斯艾利斯)的卫星数据,发现2018年和2019年垃圾填埋场甲烷排放量比之前的估计高出1.4~2.6倍。

这项研究发表在2022年8月《科学进步》杂志上。该研究的主要作者是荷兰空间研究所的大气科学家乔安妮·马萨克斯(Joannes Maasakers),这也是首次使用高分辨率卫星图像观察垃圾填埋场并计算其甲烷排放量。垃圾填埋场是全球第三大甲烷排放源,仅次于石油和天然气领域、农业领域。虽然甲烷仅占温室气体排放量的11%,在空气中寿命持续约12a,但它在大气中吸收热量的能力是二氧化碳的80倍。

科学家估计,目前气候变暖至少有 25%是由人类活动产生的甲烷造成的。根据美国哥伦比亚大学教授Themelis N」的研究,美国环保局对美国垃圾填埋场甲烷排放量的估算也存在低估问题。哥伦比亚大学对美国运营垃圾填埋场的研究表明,在扣除填埋场甲烷回收量后,美国运营垃圾填埋场 2018年排放了1.190x107t甲烷。从100a周期来看,城市生活垃圾填埋场的排放量(以CO2计)相当于 2.7x108t,比美国环保署的估计高出85%。

我国生活垃圾处理正在发生转变,由现代化焚烧处理替代传统的卫生填埋处理,大量填埋场将不再填埋原生生活垃圾,对这些填埋场进行异位生态治理,既可以彻底消除填埋场甲烷排放,也可以对旧垃圾进行资源化利用,实现填埋场生态修复和有机更新。

04结束语

综观生活垃圾管理的发展历程,从垃圾收集过程看,是由不完全收运发展到完全收运最后到分类收运;从垃圾处理过程看,是由分散堆放发展到卫生填埋再发展为填埋减量最终发展到控制填埋物。我国各地经济社会发展差异大,对填埋处理的需求也不同,2022年11月国家发改委发布的《关于加强县级地区生活垃圾焚烧处理设施建设的指导意见》指出要坚持问题导向和目标导向,按照“宜烧则烧,宜埋则埋”要求,不具备建设焚烧处理设施条件的县级地区,可通过填埋等手段实现生活垃圾无害化处理。

此外,无论是生活垃圾、建筑垃圾、工业垃圾还是危险废物,我国的填埋容量都远远不够。很多人认为通过回收利用、焚烧处理就可以不建或少建垃圾填埋场是不可取的。日本、德国等发达国家垃圾管理实践均表明,保持足够的垃圾填埋场容量,并动态管理垃圾填埋场剩余容量、剩余寿命,是提高垃圾管理韧性的必然要求。

       原文标题 : 专家特稿 | 徐海云:填埋仍占一席之地,需保障垃圾填埋场合理剩余容量

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