基于3R原则的日本城市废弃物处理再资源化技术考察

叶军

（天津理工大学 国际工商学院，天津 300191）

1 引言

日本作为世界上资源利用率极高的国家之一，自1945年以来，在废弃物处理与保护环境方面大体经历了四个发展阶段：1945-1960年，中心城区无序的垃圾管理导致各种传染病等公共卫生事件时有发生，废弃物管制的重点是提高公共环境卫生。1960-1990年，恰恰是日本经济高速增长、实现工业化和向后工业化转型的阶段，废弃物管制重点是治理有害产业废弃物排放、焚烧等带来的环境公害问题，优化生活环境。1990-2000年，废弃物管制重点是创新有害产业废弃物处理方法，通过减容减量的中间处理（脱水、干燥、粉碎等）、有害产业废弃物的无害化处理（废酸与废碱中和法、高温燃烧融化法）、产业废弃物的循环再利用等，大力推进废弃物的再资源化。21世纪以来，日本明确提出抑制废弃物的排放、资源循环再利用和资源的再生利用（简称3R原则），全面推进循环型社会建设。应该说，日本在长达半个多世纪的废弃物管制过程中，经历了单一废弃物处理向废弃物管理与3R推进并重管理的过程。其中，废弃物回收转运、焚烧的中间处理技术，以及产业废弃物无害化填埋处理技术的应用与推行，非常值得我国借鉴与学习。

2 高效的城市垃圾回收转运技术

日本城市垃圾回收处理广泛采用“跨区域管理”模式。即在每一个中心城市设有垃圾处理厂，负责对周边各个中转站压缩处理后运送过来的垃圾进行处理（或是运输到填埋处理场，或者运输到垃圾焚烧发电厂进行再资源化处理）。应该说，中转站技术在垃圾回收运输中的突出作用就是提高垃圾收集运输作业效率。因为，在城市垃圾废弃物处理的所有环节中，收集运输成本所占的比重最高。采用中转站技术恰恰很好地运用了物流系统管理中的“集中化”原理，有效地降低了作业成本。如图1所示，如果是每一个垃圾点将垃圾直接运输到处理设施的话，其总运输费是每一个垃圾点长途运输到处理厂的加总。如果采用中转站这一方式的话，运输总成本等于在中转站所辐射的范围内，每一个垃圾点短途运送到中转站的运输费总和，加上中转站自身日常运转管理费，再加上从中转站到处理设施的二次运输费。通过缩短运输线路，优化整个物流系统，实现了从一般管理到集中控制的本质飞跃。

图1 两种垃圾转运方式的运输成本比较示意图

3 PET瓶的再生资源化技术与循环再利用制品技术

日本对于即将或者已经成为废弃物的处理原则，是按照抑制发生-循环再利用-资源再生利用-热能回收再利用-安全填埋的顺序完成。遵循强化源头治理理念，日本自20世纪90年以来积极贯彻3R政策，各个利益相关者遵循法律法规中规定的排放与处理基准进行废弃物管理，国民环境意识提升，最终填埋量大幅度消减。但是根据2015年公布的调查数据显示，在废弃物排放总量中，包装废弃物占到相当大的比重。为此政府在2015年结合废弃物减量排放绩效指标，将抑制过剩包装物进入流通环节乃至家庭作为管理重点，其中PET瓶的再资源化，成为提升资源循环资利用、抑制废弃物排放的突破口。

因此，政府主管部门一方面探讨重复使用容器、容器标准化和容器通用化的可能性，并将上述调查研究后形成的可行性报告，提供给地方公共团体促进地方企业采纳，并且继续推进废弃容器循环使用的研究与示范案例复制推广的措施；另一方面从技术支撑层面，大力推广PET瓶的再资源化与循环利用技术。具体包括：

（1）组建专业化的分类回收系统。这项工作是由市町村区域内居民自发形成的公益性组织-集团回收即由地方性的公益性组织，把日常生活中排放的可回收再利用的废弃物，如报纸、空瓶等进行回收，再统一交给专业回收拆解企业，自觉开展资源回收公益活动的群众性组织来完成，首先剔除瓶中的各种杂物，然后将瓶盖和瓶上的标识撕下，再把瓶子压扁后集中运送交给回收企业。由于集团回收形式大大降低了政府公共管理成本，故许多城市纷纷给予一定财政援助鼓励与扶植。PET瓶进入回收企业后处理的基本流程为：PET瓶堆场-简单地拆解—将颜色材质不同的PET瓶分别堆放—粗粉碎机粉碎—细粉碎机粉碎—瓶盖、标签拆分—排水处理装置（清洗、脱水和PET压成薄片）。

（2）多种再商品化生产技术的推广。在PET瓶再利用的各种用途中，具有创新性的是将PET树脂含量高的单独挑选出来，采用先进的技术制造出地毯、衬衫、文具和新的PET瓶（洗涤剂瓶、化妆品瓶）等。或者将有价值的、透明的PET塑料瓶筛选出来，作为树脂原料采用。也可以将塑料残渣充当化学试剂再使用，在污水处理中，能够很好地起到净化水质的作用。

（3）生产高品质再生制品技术的应用。一方面探索从PET瓶中提炼再生树脂，生产不褪色的地毯等纺织品；另一方面是将回收洗净的PET瓶，用高温溶解后提炼出的再生树脂（成分占50%）与化学成分（占50%），混合制造生产出新型PET瓶投放到饮料市场。应该说，这类产品比从原油提炼材质生产出的制品节约资源90%，CO2的排放量消减60%。

另外，充分发挥行业协会的作用，将行业性组织—3R团体联合会的自主行动计划实施结果，定期在中央环境审议会和产业结构审议会联合会议上汇报。并且，为了实现从厂商绿色产品设计，到消费者选择环保产品消费，再到包装环保设计的一揽子计划顺利推行，要求容器包装规格必须严格执行日本国内工业标准调查会制定的标准。应该说，多项改革措施的出台与实践形成合力，大大降低了容器包装废弃物的排放量。

4 高效的城市发电技术与安全的城市垃圾焚烧技术

众所周知，日本不仅颁布了《资源有效利用法》（2001年），从法律层面正式规定和推动资源的循环再利用，而且在实践中也为了提升城市垃圾与产业废弃物循环再利用水平采取了很多措施。在诸多措施中，积极推广与采用废弃物的中间处理技术最具特色。

（1）防止公害的城市垃圾高效发电技术的应用。日本从1960年开始推行城市的垃圾焚烧处理，目前已成为世界上为数不多的具备先进焚烧设施的国家，全国设施总量高达211个。其垃圾焚烧炉按照焚烧方式主要包括：机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉，还有把城市垃圾焚烧成碳灰再利用的煤气化炉（也称垃圾焚烧气化炉）。日本在20世纪60-70年代初期实施垃圾焚烧处理发电时，面对的多是低卡路里垃圾。但是近年来随着社会经济发展，城市垃圾呈现种类多样化、大型化和高卡路里态势。为了适应这一变化，通过多年来持续技术研发与改造，目前国内70%以上的焚烧设备都是采用世界上最先进的机械炉排焚烧炉。当然在推广这一技术的过程中，为了有效控制一氧化氮排放量，针对不同热值垃圾分配不同风量的燃烧空气系统技术也被广为应用。应该说，目前日本不仅具有世界上最为先进、安全且高性能的尖端环保技术，而且能够最大限度防止公害且具备高效发电能力的垃圾焚烧炉，在城市垃圾再资源化发电中广为采用。

（2）安全的城市垃圾焚烧处理技术普及。日本在制定城市发展规划时，一般是依据商圈和住宅布局配置垃圾焚烧炉。在焚烧炉的各项应用技术中，都市垃圾焚烧技术是最值得信赖的。这类焚烧炉在兴建之初，也曾出现许多“邻避冲突”事件。为此，政府采取听证会、科普宣传和一定经济补偿等措施和驻地周边民众进行协商，商讨在干净整洁的城市或居民住宅区内兴建垃圾焚烧设施，最终获得民众的认可。例如日本东京就是一个商圈与住宅空间布局交错的城市。2001年8月在城市住宅高密度的城街中心，涩谷车站附近兴建了一座垃圾焚烧处理厂，处理能力达到200t/d，同时还配置了能够有效防止有害气体（如NOx、Sox和二恶英等）排放的公害防治高新技术设备。应该说位于涩谷地段的这座垃圾焚烧处理厂，在东京都内属于规模比较小的，焚烧炉采用的是“旋回流化床垃圾焚烧炉”，整个操作是依托中控室的电脑智能操作完成。这一先进技术的推广与应用不仅实现了对烟尘和余热的充分利用，降低了对大气环境的污染，同时还利用气涡轮发电机组进行发电，最大发电功率达到4 200kw。并将多余电能转卖给东京电力股份有限公司，取得政府、投资方、民众各方利益相关者共赢的效果。

5 积极采用新型环保技术，解决二恶英带来的环境污染

众所周知，城市垃圾在焚烧过程中会产生SOx、HCI、NOx、粉尘以及二恶英类有害气体，并形成环境公害。究其原因主要是由于垃圾未获得充分燃烧，所以最根本的应对措施就是让垃圾在焚烧炉内获得充分燃烧，从炉内就抑制二恶英类物质的生成。日本探索官民协同推进路径，通过各项应对技术以及设施运行管理措施的出台与实施，很好地遏制了大气污染问题。具体包括：

（1）实施产官学一体化的市场调查研究与技术开发。自1983年不断见诸于新闻报道的二恶英类化合物事件以来，政府组织专门机构开展二恶英类在环境中的演变动态和对健康影响的评估，以及对生物生长带来影响的市场调查与研究。同时大力研制与开发废弃物安全焚烧技术、污染土壤净化技术、二恶英类化合物无害化分解技术和简单测定技术等。

（2）强制实施有害气体排放管制。自1997年以来，召开了一系列消减垃圾焚烧过程中副属物二恶英类的学术研讨会，并汇总“防止垃圾处理副属物二恶英类发生指南”、《大气污染防治法》和《废弃物处理法》（修订版）等立法与规定，对焚烧炉中排放出的粉煤灰中夹带的二恶英类化合物实施强制性管控。在1993年3月召开的应对二恶英类对策部长会议中，制定了“防范二恶英类物质对策基本纲要”，该纲要出台了一系列大幅消减二恶英类排放量的措施。1999年为了防止二恶英类以及其他有害气体对环境污染，又制定了《二恶英类管制特别措施法》。该法律制定了二恶英排放管控标准，同时针对污染土壤问题也制定了相应对策。

（3）采取气体冷却法抑制二恶英再合成。主要是通过袋装过滤器将冷却后的气体过滤，从而将包括粉尘在内的二恶英类有害物质彻底根除。同时，开发吸附排放气体二恶英的活性炭和能够进行分解的催化剂。将这些成熟技术与管理标准，有计划有步骤地在新修建和原有焚烧处理厂技术改造中推进。

（4）对全国城市大中小各类焚烧炉开展技术改造升级工作。通过推广抑制二恶英等有害气体排放技术、消减酸性气体和粉煤灰再利用等技术，不仅大大提高了机械炉排焚烧炉整体功能，而且从应对控制温室效应、谋求高效的废弃物余热发电技术视角出发，更新改造后的新型垃圾焚烧炉具备垃圾燃烧更为充分、垃圾填充量的可控性和定量化、能够对机械炉排焚烧炉有效冷却、焚烧炉壁的耐火性能提高、粉煤灰资源化再处理和焚烧炉运行管理控制的智能化等优点。日本通过多管齐下的措施，全国的二恶英排放量从1997年的约8 000g.TEQ,降低到2011年的80g.TEQ，2011年与1997年相比减少了约99%。

6 安全完备的产业废弃物无害化处理技术

废弃物安全处理属于产业链末端的管理。管理的对象主要是产业废弃物中无法回收再利用必须实施安全填埋处理的废弃物。日本产业废弃物处理方法多样化，特别是针对有害产业废弃物处理不仅有减容减量的中间处理（脱水、干燥、粉碎等）、有害产业废弃物的无害化处理（废酸与废碱中和法、高温燃烧融化法）、产业废弃物的循环再利用（按照相关标准分类筛选法）等，但最具特色的是推行有害产业废弃物的无害化安全处理模式。

日本为了能够对性能、形状各异的有害废弃物实施安全填埋处理，规定企业必须采取稳定型填埋场、管理型填埋场和隔离型填埋场等三种填埋处理方式。其中，隔离型填埋场管理的主要是特定固体有害废弃物，即将经过熔析精炼后产生的对人类健康有害重金属进行安全填埋处理。这种填埋场的最大特点就是确保有害物质不会泄露，同时雨水也不能渗入或外溢；管理型填埋场主要是针对特定固定有害废弃物以外的有可能对公共水域或者地下水造成污染，并引发恶臭、蚊虫、地下瓦斯爆炸等问题发生，且对生活环境造成恶劣影响的废弃物实施填埋处理。这种填埋场特点在于，填埋过程中设置了隔水层装置，能够将渗漏出来的液体进行完全回收；稳定型填埋场主要是处理产业废弃物中的金属废料、废塑料、玻璃、废陶瓷和橡胶废料这五类危害性较低废弃物。该类型填埋场的主要特点在于，这五类产业废弃物危害性较低，所以在填埋过程中不设置隔水层装置，不进行浸出液收集与处理。

综上所述，日本从技术层面，一方面最大限度地抑制废弃物的产生，另一方面对于已经产生的废弃物，通过多样化的中间处理技术，实现再循环使用与再生利用。期望依托先进的废弃物处理与再资源化技术，稳步向循环型社会这一目标推进。