北京市垃圾粪便处理设施节能减排问题探析

刘 敏，邵 军，刘 旭

（1.北京市垃圾渣土管理处，北京 100067；2.中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038）

截至2013年底，北京市共有33座垃圾处理设施和16座粪便处理设施，其中：垃圾转运站9座，垃圾卫生填埋场16座，堆肥及综合处理厂4座，垃圾焚烧厂4座，粪便消纳站16座，这些设施分布在除东西城之外的14个区县内。生活垃圾处理设施（不包括垃圾转运站）设计处理能力为21 971 t/d，粪便处理设施设计处理能力为6 100 t/d。北京市市政市容管理委员会（以下简称“市市政市容委”）作为北京市垃圾粪便处理设施运行监管部门、市垃圾渣土管理处作为具体执行部门对全市垃圾粪便处理设施运行情况进行检查考核，2014年增加了对设施节能减排方面的考核，引导鼓励处理设施重视和加强能源环境管理工作，通过建立节能减排制度、完善节约资源和降低能耗措施及对垃圾渗沥液、雨水、填埋气、焚烧余热、堆肥产品等进行资源化利用，使垃圾朝着能源化处理和综合利用的方向发展。

垃圾粪便处理设施的节能减排管理是一项多方位、多层次的综合管理工作，涵盖负荷经济调度、设备环保经济运行、节能技术改造、余热回收利用和节能技术推广运用等方面。目前，北京市设施的监管方和运行方都在积极开展节能减排方面的探索研究、管理探讨和运行实践，以全面贯彻落实科学发展观，合理利用能源，减少能源消耗，降低生产成本，提高经济效益，加快资源节约和环境友好型设施建设步伐，实现既定的节能降耗和污染减排目标，推进首都经济环境均衡发展。

1 设施节能减排工作现状

如表1所示，不同类型垃圾处理设施处理单位垃圾的综合能耗排序为：堆肥厂＞综合厂＞填埋场＞焚烧厂。堆肥厂处理单位垃圾的综合能耗最高，处理吨垃圾的综合能耗为1.66 kg标煤，焚烧厂处理单位垃圾综合能耗最低且能产生额外能源。焚烧、填埋方式综合能耗为负值是因为焚烧厂焚烧余热可进行发电或供热，填埋场产生的填埋气可进行发电、供热，余热与填埋气发电为再生能源。垃圾处理过程中的能源消耗主要是油、电和水消耗。从垃圾处理设施处理吨垃圾的综合能耗角度考虑，垃圾进行焚烧、堆肥、填埋的3种处理方式中，焚烧厂的能耗指标最低，且存在很大产能潜力。垃圾焚烧不仅具有节约矿物燃料和能源使用的优势，还能够减少温室气体排放、减少垃圾填埋量、保护环境，因而对城市的可持续发展具有重要意义。垃圾填埋场则占用大量土地，也浪费了可回收利用的宝贵资源［1］。据研究，垃圾焚烧对温室气体减排的影响重大，大约减少CO2当量排放3.47～3.52t/MWh，每吨CO2当量减排所节约的费用为8.80～10.99美元［2］。基于焚烧相对于填埋和堆肥方式更加环保低碳和节能减排等优势，伴随城市垃圾产生量增大及用电需求不断增加，促进了焚烧技术发展来解决垃圾问题。

表1 垃圾处理设施电、油、水指标和综合能耗折标煤值

2013年，北京市共处理垃圾6.669 6×106t，其中卫生填埋量4.983 5×106t，堆肥量8.687×105t，焚烧量8.174×105t，填埋、堆肥、焚烧、所占比例分别为75%、13%、12%。可见，2013年全市垃圾主要采用填埋的方式进行处理，采用堆肥、综合处理及焚烧等资源化处理方式处理的垃圾量占总处理量的25%。2009年4月，北京市出台的《关于全面推进生活垃圾处理工作的意见》中明确指出，到2015年，垃圾焚烧、生化处理和填埋的比例达到4∶3∶3，基本实现北京市生活垃圾分类处理和原生垃圾零填埋。因此，发展垃圾综合处理、增加焚烧处理比例成为北京市今后垃圾处理的发展趋势。随着朝阳高安屯垃圾焚烧厂二期、阿苏卫垃圾焚烧厂、海淀区大工村垃圾焚烧厂、南宫垃圾焚烧厂、顺义区垃圾焚烧厂二期、怀柔区生活垃圾焚烧厂、通州区西田阳垃圾焚烧厂等设施的建设完成及鲁家山垃圾焚烧厂和平谷区生活垃圾综合处理厂满负荷运行，北京市生活垃圾资源化处理能力将大幅提高，这将极大地推动设施节能减排工作进展。并且，近年来随着北京市垃圾粪便处理设施内部节能减排工作的有序推进，如生活垃圾填埋场加强填埋气收集处理和综合利用、垃圾堆肥厂强化堆肥产品利用、垃圾焚烧厂提高焚烧余热回收利用、粪便消纳站加强污水深度处理和利用脱水污泥制造堆肥产品等，垃圾和粪便的资源化利用率稳步提升。2013年全市垃圾处理设施生化处理产品6.954 3×104t，垃圾资源化回收量3.040 4×104t，总发电量为3.195 0×108kWh，合计7.970 32×105t垃圾实现资源回收利用（按5 000 kJ/kg的热量换算，发电考虑33%热电转换效率），资源综合利用率达到12.12%。2013年北京市垃圾处理设施的水气处理利用情况为：处理渗沥液9.827 6×105t；处理填埋气9.658 8×107m3，主要以发电、点燃、生物反应器3种方式为主。

2 设施节能减排典型经验与做法

马家楼垃圾转运站利用渗沥液厌氧环节产生的沼气引入专用脱水器脱水，再引入脱硫器脱除其中的含硫有毒气体后，引入到食堂燃气灶及锅炉房燃烧机，作为燃料使用，既解决了职工洗浴、食堂就餐问题，节省了部分燃油消耗费用，又减少温室气体排放，降低了对环境的危害，节能降耗、变废为宝，有着良好的经济效益和环保效益。利用渗沥液处理后的中水，进行站内场区地面及车辆冲刷。据统计，每年可节约自来水9 000余t，节约水费20余万元。通过废旧塑料分选设备有效地回收垃圾中的废旧塑料，经过打包机进行打包后，运送到塑料加工厂，实现白色污染废弃物资源化利用。

安定垃圾卫生填埋场采用填埋气发电、产热、制冷技术，即将经过收集的填埋气首先经过脱硫、脱水等工艺净化后，引入到填埋气发电机组燃烧发电，一部分用于厂区自给，满足场区日常生产、办公和生活用电，其他供填埋场渗沥液处理系统使用；燃烧产生的高温烟气作为溴化锂机组的能量来源，为办公区和生活区夏季制冷、冬季供暖；多余的填埋气还可以引入到液化压装系统，经过脱硫、脱氧等处理后，压缩成为压装天然气及液化天然气，服务环卫清洁车辆，服务生活能源需求，实现能源循环梯级利用，提高了填埋气能量利用效率，能量利用效率可由普通发电40%提高到80%～90%。渗沥液经生化及膜过滤处理后达到二级排放水标准和农田灌溉水质标准，用来绿化、养鱼、道路冲刷、降尘、洗车等，水资源回用节约了水资源消耗。

南宫垃圾堆肥厂采用余热循环技术，即通过对隧道通风系统进行改造，将隧道发酵产生的热气通过风管引入到刚填满仓的隧道，对高温气体的余热进行利用；通过引入热风，加速了微生物对有机物的降解，缩短了进料预处理阶段的时间，隧道发酵升温由原来的2～3 d缩短至1 d，从而使隧道堆肥发酵周期缩短为6 d，这减少了原有设计中发酵隧道高温余热直接排放造成的很大热量损失，也降低了垃圾发酵过程通风以及加温引起的电消耗。通过对风管进行改造，将附着在风管上的冷凝水进行收集汇总，引至清水池进行再利用。完善雨水收集系统，在厂区西北、西南和东南3处均建有雨水收集池，雨水可以通过水泵进行相互调配，既起到防汛防火效果，也达到水资源循环利用目的。加装太阳能热水器，基本解决了厂区员工洗浴用水，节约了大量燃油。

高安屯垃圾焚烧厂实现垃圾余热发电，每年焚烧处理生活垃圾5.33×105t，每年发电量为2.2×108kWh，产生的电能其中15%用于厂区所有生产设备和生活设施的运作，85%通过华北电网外送，服务居民。其余热发电每年节约标煤7×104t，每年平均减排温室气体的CO2当量2×105t左右。采用中水作为冷却循环水，每年节约1.6×106t城市供水，有效节约了水资源。另外，焚烧厂每年产生的1.4×104t飞灰，按国家关于危险废物的政策法规要求进行处理和处置，并对飞灰通过烧制陶粒并制作建筑材料而实现综合利用。

3 加强节能减排工作的建议

3.1 运行方应建立制度，完善机制，落实措施

3.1.1 完善节能减排管理体系，建立岗位负责制

建立全方位、全员、全天候管理体系，设立节能减排领导小组，负责能源环境管理工作；设立专门部门全面负责节能减排工作的落实；以专业进行划分，实行全员参与，组成层级结构，开展节能减排工作。定期对全厂单位产品消耗的燃料量和用量及各焚烧线能耗进行考核，并把考核指标分解落实到各部门，建立完善用电、用水、用油、非生产用能管理制度，建立用能责任制度并扎实推行。

3.1.2 设立和落实节能减排目标

垃圾处理过程中资源与能源消耗与回收（节约）涵盖水资源、电能、油、气、热消耗、除臭剂用量、回收物、发电等方面，污染物排放（减排）涵盖渗沥液排放、污水排放，填埋气、尾气、恶臭气排放，飞灰排放、渣土排放等方面。应通过积极利用太阳能等能源，强化管理、优化用能结构、提高能源综合利用效率，确保完成节能目标；在垃圾无害化处理同时，还应做好污水处理、中水利用、机动车尾气排放达标等方面减排工作，完成减排目标。以高安屯垃圾焚烧厂为例，2013年节能的主要控制目标设定为：2013年全厂用电率控制在16%，比上年下降1%，中水用水量每千瓦时节省0.5 kg，辅助燃料柴油（仅检修和启停炉时使用）控制在200t以内，通过各项措施落实，以上目标顺利实现。

3.1.3 制定年度节能技改计划

设施应积极加强节能技改管理，制定中长期技改规划、认真落实，在生产、经营管理工作中积极采用、推广现代化的节能减排新技术、新产品、新设备，淘汰耗能高、污染大的工艺和设备，不得新增能耗高的设备设施和装置，不断实现工艺、技术和节能减排创新，减少温室气体排放量。

3.1.4 开展节能减排方面培训

加强宣传和教育工作，提高员工节能减排意识，尤其加强技术监督人员的培训，培训内容包括全面节能减排管理、能量平衡分析、效率监控方法和节能减排技术等方面；定期安排能源环境管理人员参加政府职能部门举办的相关培训，及时掌握国内同行业、节能先进企业的先进技术、方法，促进节能减排技改工作不断发展。

3.1.5 不断完善资源化利用和节能减排措施

1）水资源。北京市垃圾卫生填埋场吨垃圾渗沥液产生量均值为18%，中水产生量均值为50%，目前全市填埋场中水利用率均值仅为25.4%，阿苏卫填埋场中水利用率为最高80.7%，大多数填埋场的中水利用率普遍较低。基于此现状，填埋场应进一步提高中水利用率，将渗沥液处理后产生的中水用于填埋与办公生活中。堆肥厂渗沥液处理后所得中水可用于取代冲洗设备用水，还可用于恶臭控制及部分堆肥工艺用水。焚烧厂将渗沥液处理后中水回用于焚烧工艺中，能节约市政供水资源。据估计，高安屯焚烧厂渗沥液处理设施运行后，年均中水产量可达103 972 t/a，可节约大量水资源。转运站可利用渗沥液处理后的中水进行厂区绿化、冲洗等。另外，设施应对雨水进行收集再利用，用于绿化、道路冲刷、降尘、景观等。

2）气、热能源。鼓励利用高浓度填埋气进行发电，填埋气发电可用于填埋、渗沥液处理、恶臭控制、办公生活等的网电以及非网电，节约外部输入能量。目前北京市有7座处理能力较大的垃圾卫生填埋场（北神树、安定、永合庄、高安屯、六里屯、阿苏卫、焦家坡），处理能力在980～2 000 t/d，以上填埋场均设有填埋气收集系统，收集填埋气量在2 000～80 000 m3/d，对填埋气主要进行点燃或发电处理。可考虑对以上大型设施进行填埋气处理系统改造，利用廉价易得的填埋气资源作为电热冷三联供燃料，降低发电、产热、制冷成本，产生的电能、热能、冷气可供部分小区居民使用，实现填埋气资源化，缓解电能供应紧张问题。另外，垃圾处理设施将产生的渗沥液进行厌氧处理，收集的沼气可用于厂区的食堂、澡堂等。目前，北京市除南宫堆肥厂外多数垃圾综合处理厂、粪便消纳站等均还未实现垃圾处理过程中的余热充分利用，垃圾发酵等过程产生的热能分散无序，未能安装热能集中收集设施。有数据显示，可回收利用的能量占余热总量的六成左右。建议在改造或扩建的垃圾处理设施中配备余热利用系统，充分利用已建成系统的热能，在减少热能流失的同时达到能量的循环利用。焚烧厂余热发电可用于焚烧、尾气处理，节省外来电能的输入消耗。顺义垃圾综合处理厂现阶段将余热用于车间供暖、浴室、堆肥发酵车间等，并没有用于余热发电，其烟气发电潜力为1.538 5×108kWh/a，完全可以满足整个工艺的需要（用于焚烧工艺用电和渗沥液处理工艺用电），这能够节约大量电能输入，同时还可以向工艺外部输出电能。

3）渣资源。焚烧后的炉渣可作为铺路或填海的材料，也可以做成水泥、混凝土等的建筑材料，用于城市建设，实现焚烧残渣的资源化，还可做成垃圾填埋的覆盖物。高安屯焚烧厂大约每年产生1.2×105t炉渣，占垃圾总质量的20%，建议将这些炉渣制作成砖等，用于城市道路和防护堤坝上，实现废物的再利用。

4）其他。设施应通过建构筑物保温、设备及管道保温、减少循环冷却水挥发消耗、蒸汽高效利用、合理用电等措施，降低能耗，提高资源化利用水平。另外，设施应加强清洁能源（如太阳能）使用，随着清洁能源比例的增大，二氧化碳的排放量将减少且减排节省的费用将大大增加。粪便消纳站有些建在垃圾处理设施里面，可以共用污水处理设施、恶臭控制设施以及堆肥设施，从而节约资源投入和能源消耗。

3.1.6 规范能源统计制度，实施能源利用状况分析制度

建立能源统计制度，定期对能源购进、能源消耗（煤、电、水、油、气）数据进行统计，确保原始数据的真实、可靠、准确；建立健全各种能源消耗台帐，做好能耗测试数据、能耗计算和考核结果等各种单据、资料的整理、分析、归档，并对相关文件进行受控管理；多部门合作定期对进出厂的产品销售、原料的采购数量进行核对，确保统计数据一致、真实准确；定期开展产品、原料、耗电盘库工作，盘库数据和统计台账数据核对要一致，并计算原料、电的消耗和各产品收率；定期开展经济运行及节能降耗分析：在能源消耗数据分析基础上，对能源使用全过程进行简要分析，排查存在的问题和薄弱环节，并提出针对性措施。另外，设施应按要求配备能源计量器具并建立能源计量管理制度，各类能量计量装置应按规程、标准及规定进行定期检定（校准）及调换，确保能源计量的准确性。

3.2 监管方应完善节能减排管理体系

一是为减少垃圾产出，鼓励对当前丢弃物品的再利用、再回收。对于不能再回收利用的废弃物垃圾，提高焚烧和综合处理率，改变部分垃圾处理的方式；二是量化不同类型设施节能减排考核指标，精细设定能耗与污染物排放量方面约束性指标，加大对设施节能减排考核力度，推动节能减排目标责任落实，进一步促进设施提升资源化利用水平，向着构建资源节约和环境友好型设施努力；三是探索生活垃圾卫生填埋场温室气体排放统计指标体系［3］，有效加强对填埋气体的有效收集，提高收集率，保证填埋气体发电等综合利用的经济收益稳步增长，引导各生活垃圾卫生填埋场填埋气体建设由无害化向资源化转变。

目前，北京市市政市容管理委员会正在制定《垃圾生化处理产品能源消耗限额》 《垃圾焚烧产品能源消耗限额》等地方标准及编制北京市垃圾粪便处理设施定额，一是指导、规范现有以及新（改、扩）建设施的用能行为，进一步加强能源利用的科学管理，提高能源利用效率，使政府监管设施能耗工作有法可依、有章可循，进一步推进北京市乃至全国环卫行业垃圾资源化处理的标准化、规范化、科学化的能耗管理工作；二是通过制定标准约束新建设施的能耗，提高其技术水平，设定垃圾焚烧和生化处理能源消耗的准入门槛，也可通过推进设施节能技术改造，降低现有垃圾处理设施的能耗水平；三是通过节能标准的制定和实施，充分发挥节能标准在推动技术进步，规范能源利用方式等方面的作用，开展能效达标活动，将全市垃圾资源化处理设施能耗水平提高到一个新的水平。监管方将逐步推动“促进循环型社会建设，通过源头减少垃圾产生和增加垃圾回收，全面广泛综合系统地利用废物”长远目标的实现。

［1］Chugh S，Chynoweth D P，Clarke W，et al.Degradation of unsorted municipal solid waste by a leach-bed process［J］.Bioresour Technol，1999，69（2）：103-115.

［2］Wang L，Hu G，Gong X，et al.Emission reductions potential for energy from municipal solid waste incineration in Chongqing［J］.Renewab Energ，2009，34（9）：2074-2079.

［3］刘晓宇，张全红.北京市生活垃圾填埋气体收集处理现状与对策［J］.环境卫生工程，2011，19（6）：26-28。