塑料垃圾能源化综合处理
塑料垃圾能源化综合处理
摘 要：文章分析了美国和我国塑料垃圾的产生和处理现状，提出进行能源化综合处理是有明显优势且可行的解决办法。
关键词：塑料垃圾；能源化；综合处理；经济效益分析
在城市生活垃圾中有大量塑料垃圾，形态无规则，肮脏混杂，无法分类。针对这类的塑料垃圾再生的技术，国际上还没有产生，只能在政府的填埋／焚烧设施中对其进行终端处理。本文所指的塑料垃圾即属这类垃圾。
一、美国塑料垃圾处理情况
1995年美国塑料垃圾总收集量1900万吨，占全部垃圾的9．1％。被填埋和焚烧的塑料量为1800万吨，在全部被填埋与焚烧的垃圾中占11．8％。塑料在美国是仅次于纸张和庭院垃圾的第三大垃圾种类。1995年美国全国总清运垃圾量2．01亿吨，其中塑料垃圾1900万吨，占9．1％；1995年美国全国城市垃圾终端处理量1．519亿吨，其中塑料垃圾1800万吨，占11．8％。
塑料垃圾对城市污染严重，塑料垃圾轻，难压缩，容易膨胀，不透气，加剧厌氧菌类繁殖，从而导制地下水污染、沼气爆炸和大量占用土地等问题。发达国家已经普遍禁止填埋塑料垃圾，塑料垃圾不能填埋导致焚烧的垃圾收费直线上升。然而，焚烧含有塑料的垃圾问题同样受到严重关注。由于限制和控制塑料垃圾的焚烧数量与种类，RDF和PEF等技术的开发都紧紧围绕利用垃圾中热值最高的塑料垃圾展开。
塑料垃圾的平均热值在所有的垃圾种类中最高，在美国达到6400大卡／公斤。在所有城市生活垃圾中最具有能源和经济价值。焚烧发电技术依赖塑料垃圾，以求增加热值，换得电能。美国能源部统计，垃圾含塑料量5％时，垃圾焚烧热值的20％来自塑料。但垃圾发电项目利用垃圾能源转化到电力的能源总利用率一般只能达到10％~20％。
2000年在美国，7％~10％的塑料通过机械再生利用为地毯、纺织品和公园用品等，90％的塑料垃圾只能进入填埋或焚烧，是美国多年来城市生活垃圾综合处理再生利用最低的垃圾品种。1996年美国环保总署公布的各类垃圾处理技术再生利用率水平情况预测中，仍然对塑料垃圾无可奈何。
焚烧技术需要塑料垃圾补充热值，同时又需要控制塑料数量与种类。所以在这种意义上，RDF和RDP技术的发展，都是能源化技术，同时又是防止焚烧塑料垃圾产生污染的技术。全量焚烧技术(WTE)正在受到严格控制，垃圾发电越来越难以承受巨大亏损而走下坡路。美国环保总署公布的1960~2000年各类垃圾处理技术组成分布说明，在垃圾分类极大发展的美国，焚烧技术始终被美国政府控制在15％左右，没有大幅度发展。
由此可见，城市生活垃圾终端处理设施中的塑料垃圾采用何种技术进行处理，是城市生活垃圾终端处理技术选择的一个难题。
二、我国塑料垃圾问题日益严重
我国塑料垃圾问题已经成为政府和公众关心的焦点。塑料垃圾的飞速增加导致我国大城市垃圾中塑料含量已经达到发达国家水平。我国的城市生活垃圾总清运量1． 4亿吨／年。668个城市平均生活垃圾的塑料含量大约为5％~10％。一些大城市的塑料含量更是惊人(见表1)。
垃圾能源是不可再生能源重要组成部分，塑料垃圾是垃圾能源主要种类。一吨塑料大致耗费3吨石油才能合成。全国每年填埋焚烧的垃圾中，即使塑料占5％，也高达700万吨／年，相当于每年耗费2000万吨石油。由于塑料垃圾的高能源特性，根据我国的城市垃圾填埋为主的条件，因地制宜地开发专门针对塑料垃圾能源化技术，完善城市生活垃圾综合处理技术，赶上国际城市生活垃圾处理技术水平，建设市场化、产品化、效益化的垃圾综合处理技术项目势在必行。
三、塑料垃圾能源化综合处理
城市生活垃圾综合处理项目的技术方案包括填埋、焚烧、发电、制肥、建材、塑料制粒和分选等。这些项目合在一起，是为了互相补充技术缺陷和增加再生利用产品。塑料垃圾能够有牵一发而动全局的意义，就在于它集能源、价值、环保问题于一身，一旦它的能源化目标实现，诸多的城市垃圾处理项目将获得崭新的环保、能源和经济效益。许多项目的设计与方案选择，将在垃圾物流基础上考虑物料平衡，进而考虑能源平衡；重新考虑成本和投资核算；重新选择技术拼盘；重新研究市场价格；重新衡量土地规划；重新考虑垃圾资源保护规则等等。当看到大量散发恶臭的肮脏塑料垃圾能够变成金色环保燃油具有高额市场价值的时候，政府的领导、企业的管理者、技术设计部门、基础资本市场的投资人不可能不为之动心。
比较上述各类主流技术存在的问题就不难看出，塑料垃圾能否规模化处理，成为城市生活垃圾真正实现综合治理和再生利用的主要难点。一旦解决了该问题，综合处理概念将得到重大的飞跃性发展。
1．垃圾体积减量，能提高现有各种垃圾处理项目的建设综合再生利用效率
构成我国城市垃圾主要成分的是(湿基)有机物腐殖质、土份与塑料。它们占城市垃圾重量的60％以上和体积的60％以上。塑料垃圾重量、体积仅次于腐殖质，是城市生活垃圾中第二大类，占城市生活垃圾体积的20％40％。垃圾的减量对填埋场意味着能相应延长1／5~1／3的寿命，意味着相应的填埋场投资造价和运行费用节余。对于制肥、焚烧、建材甚至塑料制粒项目，这种减量的意义同样显而易见。
2．垃圾无害化消纳技术，能提高现有各种垃圾处理项目的环保水准
塑料垃圾在城市转运或者填埋与制肥项目中被彻底筛选出来进入能源化工艺，不但彻底治理环境，同时为填埋垃圾创造了良性垃圾状态。没有塑料的城市填埋垃圾，其地下水污染和沼气爆炸隐患将可能得到根治。同样，没有塑料的制肥项目将大大优化工艺产品质量和流程难度。即使对于焚烧而言，没有塑料的焚烧，同样会极大提高环保条件，降低二恶英等污染可能性。
3．新能源资源，给各种垃圾处理项目和当地市场带来新经济动力
塑料垃圾是宝贵的能源资源。一个综合处理垃圾的企业，往往集填埋、制肥、建材与焚烧为一体。企业内部的能源耗费巨大，相互之间没有能源纽带联结。不同技术，能耗形成不同。建材使用的锅炉，制肥需要的热源，焚烧投入的能源燃料，分选需要的烘干，填埋企业的生活供暖等都需要非电能方式能源燃油燃气。在塑料垃圾含量满足条件时，这些燃油燃气都可以通过项目自身的塑料垃圾转换得到，使这些项目成为0能耗项目。按照我们示范厂10吨／日的实践经验，其电耗为6．5万大卡/小时，而燃油燃气产出179万大卡/小时。即使考虑燃烧效率因素，这些热能量也足以满足一个综合处理项目的能源需要。
垃圾能源来自垃圾。而垃圾不能大规模集中存放或运输，在绝大多数中小城市，垃圾的产生规模相对有限，因此垃圾发电总体上不可取、也不可行。如果这些中小城市因此而放弃塑料垃圾的能源再生利用，不但国家宏观能源浪费严重，而且当地重要能源资源补充来源也被丢失。一个日产垃圾1，000吨的中等城市，如果塑料含量为10％，每天的塑料垃圾量为100吨，每年36，500吨。按照70％能源转换率，当地政府主管部门应该每年拥有25，500吨能源燃油燃气做为资源供应社会，在填埋寿命期15年内，总共拥有40万吨。比较煤炭热值5，000大卡／公斤，大致相当于5万吨煤炭／年，或者75万吨／15年。综合起来，塑料垃圾能源化技术对于各种现有的城市生活垃圾综合处理设施的互补、集成和综合优化功能如下图表示。
四、我国塑料垃圾处理的经济效益分析
我国现有垃圾处理项目从投资到运行，都要依靠政府投资和补贴(垃圾收费)。城市垃圾处理行业难以招商引资开展资本运行的难点在于，垃圾处理没有市场化产品。而政府能否给以补贴与收费保障，又是资本是否愿意进入城市垃圾处理领域的关键。大规模的焚烧发电更不是中小城市和城镇所能负担。我国大量的填埋场依靠国债建设后，又沦为停业、歇业状态，无法运行。加强垃圾分类教育、强化垃圾收费制度，都会给这些企业注入生机，给环保事业带来动力。但是垃圾收费和垃圾分类都将是漫长的机制建设过程，不能直接带来垃圾终端处理企业的当前效益。就政府投资而言，垃圾企业的投资资金紧张，原因在于没有财政扩张。而没有效益的项目想要转轨吸引资本市场，不实现垃圾收费的加速提升，同样不会得到充实的资本来源。
塑料垃圾能源化综合处理技术恰好给实现这种投资运行模式提供了经济基础。它在给企业带来效益的同时，也在改善垃圾处理企业衔接资本市场条件，二者相互促进。经过长时间运行塑料垃圾能源化项目示范厂，我们对于塑料垃圾与填埋项目结合的基本经济条件进行了比较。按照现行的大城市补贴或者收费标准，垃圾收费或补贴为人民币50元／吨时，吨填埋成本大约为40元，利润大约10元／吨。这样，一个1000吨／日的垃圾项目，在初始投资不变条件下，如果塑料含量为 10％，塑料体积比例为40％，实施塑料垃圾能源化项目后，全部塑料垃圾被单独处理，填埋场寿命延长(内部垃圾减量)1／3。
单独处理塑料垃圾的能源化项目能够年产(70％能源产品率)25，500吨燃油燃气，其中燃油部分占50％，全部供市场销售，销售价格为人民币2000元／吨，产品总成本为人民币1200元／吨，燃气(无成本)占20％，全部用于项目内部热源。这样，我们就能够大致分析和比较单独填埋和实行综合治理的经济效益分析，见表2。
一个不需要能源投入、只有能源产出的垃圾综合处理项目，将为政府打开资本市场大门奠定坚实的市场化条件和基础。