客观日本

资源循环技术特辑(4)

2012年01月17日 科技交流

日本对于普通废弃物的处理、循环动向

 1. 前言

 

2000年,随着循环型社会形成推进基本法的制定,容器包装循环法、家电循环法等个别循环法应运而生。基本法首先谋求的是再使用、再利用(Recycle)、热回收等循环利用,并规定对没有进行循环利用的现象予以适当的处置。最近,该法被纳为实现循环型社会与低碳社会综合形成的施政策略。

2006年普通废弃物的年度总排放量为5200万吨,人均每天的排放量为1115g。焚烧比例高达78%,对于资源化率、填埋量,则设定数值目标并致力予以实现。在此,将就如此社会状况下的普通废弃物的处理、循环动向展开描述。

 2. 处理与循环的动向

 

1) 垃圾性质

随着容器包装循环法的施行,对纸、塑料容器开展分类回收的自治体逐渐增加,从而对垃圾性质产生影响。如果此趋势继续呈上升势头,厨房垃圾的比例增加,那么发热量将大幅度降低,可能有必要研讨厨房垃圾的另行处理。不过,如将20世纪80年代与现时相比,发现垃圾性质的特征性变化的例子包括,氯乙烯比例下降,Cd、Hg等重金属含量下降等。法规并未对此予以限制。估计是代替产品的开发和普及等现象所致。

2) 焚烧、熔融

至现时为止,焚烧炉仍以炉排式的居多。尽管流化床式焚烧炉有所减少,但取而代之的熔融炉却不断增加。削减伴随焚烧而产生的二恶英类的措施包括,促进燃烧室的高温化、燃烧气体的搅拌等,与以往相比,推进了完全燃烧化,实现削减二恶英类,以及减少未燃尽气体。配合燃烧室的高温化,进行了炉排的水冷化、在蒸发管壁设置面板等,目前运作尚算顺利。通过熔融处理生成的炉渣生产量达到85万吨(2008年预计)。尽管日本设有炉渣相关的日本工业规格,但扩大炉渣用途仍是一个课题。在焚烧灰的资源化方面,除了熔融炉渣之外,还有水泥原料化、环保水泥纶等,与此相关的少数实际机械正在运作当中。

在焚烧处理中,如需高效去除HCl,大多数情况下均采用洗烟处理,但最近通过用于喷入炉内的消石灰的微粉化及Na类喷入用材料,可采用廉价的干式去除法去除20~30ppm。此外,大多采用脱硝触媒方式切实去除NO x,不过为了削减装置入口排气再加热时所需的能源,相关方正进行有关触媒使用温度低温化的研究。

3) 发电、热利用

2006年附带发电的焚烧设施共有291所,总发电能力为158万kW。作为温室气体应对的最终手段,日本环境省将2012年的总发电能力目标设为250万KW。与此同时,为促进高效发电,将补助金从平常的1/3调至1/2,规定了按处理量分类的发电效率(例如601~800t/日的为21%、1801 t/日以上的为25%)

直至20世纪90年代初为止,压力为3MPa、温度为300℃的过热蒸汽是主流,最近为提高发电能力,广泛采用4MPa、400℃的过热蒸汽,而且还出现了谋求高温高压化的例子。有几个实例显示在400℃的条件下,使用SUS310级的过热器材,可使用5年以上。也有实例显示,将RDF用作焚烧物,采用SUS310级的过热器材,并使用430℃下运作的循环式流化床炉,结果过热器材受到严重的腐蚀。在锅炉的高温高压化过程中,有必要考虑熔融盐腐蚀等各种问题。尽管通过发电进行的废热利用正在推进当中,但正如欧洲的事例中可见,对周边地区的热利用基本未得到较大的进展。从温室气体应对措施还引伸出促进温水、蒸汽等利用的课题。此外,作为焚烧设施的低温废热利用技术,相关方运用蓄热材料的液态、固态间的变化,通过在20km范围内的集装箱车进行供热的方式开展研究,并希望推向实用化。

4) 材料问题

随着利用温度的高温化,炉排式焚烧炉中的炉排、蒸发管、过热器管、外热式热分解燃气炉的空气预热器,以及熔融炉中的耐火物质的损伤成为严重的问题。由此,只要材料问题的比例比以往增高,解决瓶颈的材料问题,则可能实现降低成本、提高效率或新的处理方法)。关于熔融炉中的耐火物质、高温空气预热器,相关方正集中精力进行研发,但仍未开发出可应对的材料。

5) 塑料

根据容器包装循环法,由自治体回收的塑料,除了调色板、板材等的材料循环之外,还逐渐实用于用作高炉还原剂、焦炉化学原料化、合成气化等的化学循环。此时,作为前处理,将去除氯乙烯。

日本一直以来均推荐由普通废弃物制造垃圾衍生燃料(RDF),通过连续式焚烧炉发电,但三重县的RDF发电设施的RDF贮藏仓库发生了爆炸。因此,目前正彻底开展RDF的保管管理。尽管以此次事故为契机,RDF设施的新建设未得到推进,但制造以产业废弃用纸、塑料为主要成分的固态燃料(RPF)的设施却有所增多。

6) 安全应对措施

废弃物处理作业时的事故发生率比其他作业高得多。至今为止曾出现过火灾、爆炸等事故,上述的RDF仓库引发7人死伤的爆炸事故,为人们敲响了警钟,在处理废弃物的过程中存在着危险性,必须予以充分管理。

7) 碳化、生物质气化、亚临界水处理

作为新的处理方式,包括有生物质气化、碳化、亚临界水利用等。碳化炉如采用外热式辊道窑方式,可以处理量为40t/天・炉的水平进行运作。来自废弃物的碳化物,灰分较多、Cl含量高,在用于燃料等时,有时必须通过清洗降低氯和灰分。在这种情况下,作为生成物的碳化物的用途成为课题。虽然厨房垃圾、纸等干式生物质气化已逐渐从实证阶段转入实用化阶段,但是残留度的利用/处理,以及如何有效对可从垃圾中进行生物质气化的物质进行分类等问题成为课题。在亚临界水领域中处理垃圾的方式采用10吨以上/天・炉的运作率,并逐渐转入实用化。

8) 填埋

在日本,虽然也有大城市采取管理型海面填埋的做法,但更多情况下采用管理型山间准好氧填埋。以焚烧灰等为对象的封闭系统型处置场已得到研发,并有几个已经在运作当中。在渗出水的处理中,继续研究至今未解决的难溶有机物、氨过早分解等旧课题。同时针对覆土中的氧化菌对削减甲烷的效果等进行研究。虽然东京已有运用甲烷气体发电的设施,但现今以焚烧灰填埋为主流,今后估计这种方式难以有增加的势头。

9) 家电循环

现已施行家电循环法,目前已回收第6项,并重新商品化。尽管当中已经分别规定循环率,但为了进一步提高循环率,进行了分类技术的研发。废家电等的基板、手机等中使用了珍贵稀有金属、贵金属等。最近由于资源枯竭等原因导致上述产品的价格高涨。因此,一直在说的城市矿山利用成为紧急课题,同时相关方着手研发从废弃家电回收稀有金属、贵金属的技术。

 3. 结束语

 

在面向形成循环型社会、低碳社会的制度下,制铁、非铁金属的精炼、水泥等日本根干产业运用自身的设施,积极开展资源循环。通过设施的若干改造等可实现资源循环,而副产物也具有可使用既有途径的优点。虽然承担起资源循环任务的自治体和新企业等的存在也很重要,但本人认为今后更重要的是加强包括根干产业在内的现有产业对资源的关注。

以往的经验告诉我们,要充分运用和发挥引进的焚烧、填埋等海外技术,需要花费大量的人力和时间。日本的这种过往经验,相信可为发展中国家起到参考的作用。但是日本的废弃物处理技术从焚烧至填埋,乃至循环,涵盖范围广泛,除了部分循环之外,已达到了世界性的水平。相信今后的课题将在于如何活用循环资源的技术能力,为世界做出广泛的贡献。

 

占部  武生

简介

龙谷大学理工学部环境解决方案工程学科教授、博士(工程学)。1968年,毕业于横滨国立大学工学部金属工程学科。1988年起任东京都清扫研究所主任研究员,2002年起任东京都环境科学研究所 应用研究部长,2004年起任现职。专业是废弃物工程学。荣获金属学会技术开发奖、日本机械学会环境工程学部门技术业绩奖、环境大臣奖(废弃物与净化槽研究开发部门)、废弃物学会功绩奖。

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