关门、下楼、扔垃圾，然后它们的重生旅程开始了

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2015-12-09 12:25:15 | 来源：玩转帮会 | 投稿：佚名 | 编辑：小柯

原标题：关门、下楼、扔垃圾，然后它们的重生旅程开始了

多图预警。没有注明具体出处的图片均来源于网络或答主拍摄。

之前各位回答者林林总总的阐述了垃圾的收集、转运以及垃圾的处理与处置的方法。作为一个环境工程专业学生，我想再稍微系统一点的说明一下，继续抛砖引玉。

1. 城市垃圾简介

1.1. 垃圾是什么

首先，城市垃圾属于固体废物的一种，让我们先来看看有关垃圾的定义：

“人类一切活动（包括生产与生活）过程产生的、对原过程已不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态物质，统称为固体废物。各类生产活动中产生的固体废物俗称废渣；生活过程中产生的固体废物则成为垃圾。”

——《环境工程学》

“ ‘Waste’ means any substance or object which the holder discards or intends or is required to discard.”

——European Commission Waste Framework Directive of (2008)

1.2. 垃圾从哪来

我们每天产生的垃圾 / 废物来源大概是：

– 日常生活垃圾（市政垃圾，Municipal Solid Waste）

– 工业及商业活动产生的废物与垃圾（含危险废弃物）

– 园林、农业及食物残余

1.3. 垃圾到哪去

对上面这些垃圾 / 废物需要进行收集、转运、处理乃至最终处置。

最终处置一般是填埋和照片化利用，而垃圾处理方法大概有以下四类：

– 生物法：堆肥、厌氧消化等

– 热处理法：焚烧、流化床等

– 高级热处理法：气化法、热解法等

– 机械处理法：机械生物处理法（MBT）、机械加热处理法（MHT）等

2. 我国城市垃圾管理现状

2.1. 我国垃圾的产生

Figure 1- 中国垃圾产生及清运相关统计数据（OECD，2013）（中国国家统计局，2013）

从Figure 1可见，在 2006 年，中国城市人口为 5,7706 万人，中国市政垃圾产生量是 2,1210 万吨(China Statistical Yearbook, 2001-2007), 人均垃圾产生量为 0.7kg/day，清运量是 1,4841 万吨（中国国家统计局， 2013）。中国的城市垃圾成分和一些其他国家的垃圾成分可见 Table 1，各个国家的消费习惯和垃圾处置的理念有差异，垃圾的成分也有差异，下表中主要列出了有机物、纸类制品、塑料、玻璃制品、金属、纺织物、木头、灰渣以及建筑材料等个成分的比例。

Table 1- 中国和一些其他国家的垃圾构成(Zhang et al., 2010)

2.2. 我国垃圾的收集和转运

Figure 2- 典型中国城市使用的分类垃圾箱

Figure 2所示的分类垃圾箱是答主在一处公园里拍摄的，其属于我国目前城市中普遍设置的垃圾箱，它将垃圾分成了可回收和不可回收类进行分别收集。但其实日常生活中分类的效果并不理想。

Figure 3- 分类垃圾箱的可回收和不可回收箱所收集的垃圾（左为可回收，右为不可回收）

Figure 3 所示是上图 Figure 2 中的分类垃圾箱两侧所收集的垃圾，可见其中所收集的垃圾并没有什么区别，两侧都含有果皮、包装等，基本没有达到分类收集的目的。故我国目前沿用的主要还是传统的垃圾不分类统一混合收集，通常社区内的垃圾会由社区或者物业进行统一转运至社区级中转站（Figure 4）

Figure 4- 社区级垃圾中转设施

然后由政府主导的机构（环卫部门）以及指定企业进行转运，Figure 6就是一次垃圾转运过程，由三轮车分别收集的的垃圾一起被装载到垃圾压缩车中，这些被预压缩的垃圾将由垃圾压缩车运送到垃圾填埋场进行填埋作业。由图中可见，不管是社区中转站还是垃圾压缩车都没有对垃圾进行分仓装载，所以，纵然有些社区使用了Figure 5图中所示的垃圾分类，可是由于下游收集转运乃至处理过程不完善，还是达不到垃圾分类处置的目的。

Figure 5- 某社区中的我国标准四类垃圾分类收集垃圾箱

这种传统的方式已经满足不了我国飞速发展的状况，以答主所在地辽宁沈阳为例，沈阳市 9 个区每天产生 7192 吨垃圾，全部由两座设计负荷总和为 3500 吨的垃圾填埋场进行处置，已经远远超出了设计处理能力（沈阳老虎冲生活垃圾焚烧发电厂明年开建）。

Figure 6- 垃圾的转运

此外，还有一种垃圾收集方式在中国境内占据了很大的比例，那就是拾荒者和废品收购站。这是一种我国比较独特的产业，这个群体和产业的存在在一定程度上解决了很大一部分我国垃圾分类回收来进行照片化的问题。很多人在有大宗的有回收价值的垃圾 / 旧物时都会选择出售给废品回收人员，再由他们进行分类然后运送至下游产业，让这些物资重新进入市场流通。

Figure 7- 典型的废品收购站

2.3. 我国垃圾的处理和处置

Figure 8- 国家统计局 2013 年生活垃圾相关数据（中国国家统计局，2013）

由上图 Figure 8 国家统计局给出的相关数据可见，垃圾填埋（占总无害化处理垃圾的 68.2%）和垃圾焚烧（占总无害化处理垃圾的 30.1%）以及堆肥是我国目前主要依赖的垃圾处理方法。

填埋（Landfill）的基本就是利用现有的或者新挖掘的坑洼作为基础，通过多种防渗技术来做基础防止未来填埋物产生的渗滤液对土壤以及地下水造成污染，并且在达到填埋设计容量上限时将填埋堆用适当的材料进行封闭，有的填埋场还会对渗滤液以及产生的沼气进行收集，以便后续进行处理和利用（沼气发电）。

Figure 9中列出的两张图片是典型垃圾填埋场的剖面结构示意图，可见其并不是简单的挖个坑把垃圾填进去就结束了，而涉及到很复杂的工艺。首先为了保护地下水不受垃圾渗滤液（Leachate）的污染，需要做多级防渗（见Figure 10），而且还要对产生的渗滤液进行收集进而处理至一定的排放标准，视情况排入到自然水体或者市政管网；填埋结束还要以粘土等材料进行封顶（Capping）；而有些垃圾填埋场还会收集有机物发酵产生的沼气加以利用，如发电产热等，这就需要建设管网对这些沼气进行收集。

Figure 9- 垃圾填埋场结构示意图

Figure 10- 垃圾填埋场底层防渗工程示意图

除了填埋，我国主要使用的另一种处置方法就是焚烧（Incineration）。垃圾焚烧是通过焚烧垃圾中的有机物质来达到垃圾减量化、无害化的一种方式。焚烧的产物是灰渣、废气和热量。热量可以进行发电。垃圾焚烧的优点在于它可以将垃圾质量减少 80-85%，将垃圾的体积降低 95-96%；并且可以通过杀死病菌降低卫生风险；还可以产生能源。垃圾焚烧作为目前主流的垃圾处理处置技术，在土地面积受限的国家中应用的更加广泛，如日本、丹麦瑞典等国。如 Figure 8 所示，截止 2013 年，我国已有 166 座垃圾焚烧厂投产，处理能力达到 15 万吨 / 日。

Figure 11- 垃圾焚烧流程示意图

然而垃圾焚烧本身也比较昂贵，对照片也是一种消耗，如果燃烧过程（温度低于 800℃）或者尾气控制不好，还会存在排放二恶英和呋喃等污染物的风险。对于垃圾焚烧，不同的国家结合自身情况有着不同的政策，而且对于垃圾焚烧，民众的认可度也不近相同。

堆肥（Composting）主要是针对有机物质，利用好氧微生物的活动来对这些有机垃圾如植物以及食物残余进行灭活处理，将有机物转化成二氧化碳、水、氮氧化物等（Figure 12）。就答主个人观点来看，堆肥相较予厌氧消化实质上浪费了一部分可以利用的能量。

Figure 12- 机械化堆肥

对于医疗、化工产业等的危险废物，很多城市有专门的处理场所进行处理、处置。

3. 国外城市垃圾管理概况

垃圾的管理一直并且将继续是十分重要的事务，经过多年的探索，一些发达国家已经探索出了很多先进的垃圾管理理念和技术。他们同样致力垃圾的减量化、照片化、无害化处理。

3.1. 先进的垃圾管理指导方针

Figure 13摘自Directive 2008/98/EC on waste (Waste Framework Directive)，这就是传说中的 Waste Hierarchy（垃圾金字塔），也是目前全世界比较认可与推崇的垃圾管理理念。

Figure 13-Waste Hierarchy （European Commission, 2008)

下图Figure 14截取自英国环境食品以及农业部发布的垃圾金字塔使用指导，该图对 waste hierarchy 进行了比较细致的解读。

首先就是要从生产过程中阻止垃圾的产生（Prevention)，在设计和生产过程中就要尽量使用更少的材料，并且要让产品使用更长的时间或者可以重复使用；还要减少危险材料的使用，比如减少不必要的包装；

然后是物料不经过再生产直接重复使用(Re-use)；

再是经过再生产过程的循环利用（Recycling），将垃圾转化为新的物料或产品，比如饮料易拉罐、玻璃瓶；

之后是回收（Recovery）如厌氧消化和焚烧来转化为能量、或者气化和热解来将垃圾用作燃料以及回收各种材料或者回填等；

最后一步才是最终处置（Disposal），比如填埋或者单纯的不发电焚烧。

Figure 14-Waste Hierarchy Explanation (Defra, 2011)Guidance on applying the Waste Hierarchy

在降低垃圾产生量（减量化）的同时，对于不可避免而产生的垃圾 / 废物应该选择合适的收集、处理、处置方法，以达到无害化、照片化的目的。

Figure 15-垃圾处置路线图

简而言之，基本就是能循环利用的循环利用，有机的垃圾要么转化为能量，要么转化为土壤，实在没办法的就焚烧成灰渣填埋或者用作建材或者直接填埋。

3.2. 垃圾收集与转运

垃圾的收集其实是一个很系统的工程，从垃圾产生的源头一直到最终处置，每一步都设计好，才能体现出分类的作用，否则有任何一个环节缺失将会导致整个系统失效。也就是说，从大扔垃圾的时候，就要开始分类处置，然后一直到收集、转运、处理和处置的过程都要一直分类，针对不同种类的垃圾采用最合适的方法。

众所周知，日本在垃圾处理方面一直做得非常细致，可参见这篇文章 “细致到“严苛”的日本垃圾分类”。这是十分值得我们借鉴的，他们在对民众的教育上做的十分细致到位，这也是必须的，垃圾分类必须具体到人才能完成。

Figure 16- 日本新居浜市政府官方网站上的垃圾分类信息（穆昱，2014）

Figure 17- 日本和欧洲国家的分类垃圾箱

欧美国家在这这方面也做的比较不错，Figure 18 中的垃圾收集车不同于上面 Figure 6 中的混合垃圾压缩车，针对不同种类的垃圾有不同的分仓分别进行收集。

Figure 18- 英国的分类垃圾收集车

3.3. 垃圾的处理与处置

垃圾填埋作为一种历史悠久的传统垃圾处置方法同样广泛的被世界各国采用。然而，伴随着人类对环境、照片的需求的不断提高，为了规避垃圾填埋造成的渗滤液等污染，一些发达国家和地区已经在逐渐摆脱对垃圾填埋场的重度依赖，通过改变理念与运用新技术，对垃圾进行减量化、无害化以及照片化管理。

纵向比较，如Figure 19所示，从 1995 年到 2005 年，不同方法占欧盟 27 国人均垃圾处理与处置量的比例在改变，很明显，底部紫色所表示的填埋占总比越来越少。

Figure 19-Municipal waste treatment EU27 kg per capita 1995-2012 (European Commission, 2012)

1999 年颁布的 EU Landfill Directive（Council Directive 1999/31/EC of 26 April 1999 on the landfill of waste）开始对欧盟国家使用垃圾填埋场作为处置手段进行了限制。该指令意在提高填埋标准，减少渗滤液以及排气对地表与地下水照片以及大气破坏，并降低对垃圾填埋的依赖程度。

就英国来说，由于历史上英格兰地区有众多的黏土矿坑，所以对垃圾填埋的依赖度比较高；但是自从 20 世纪 70 年代开始，英国就对垃圾填埋产生的沼气进行了收集利用。从Table 2中可见填埋场沼气发电量 2013 年达到了五十亿度电。垃圾填埋场通常会有 100-200 年的产沼气期，但是产气量与产气的成分却是随着时间变化的,一般会在 2-5 年后达到可以进行收集发电的产气量。纵然英国有着比较先进的填埋场管理系统，这仍旧避免不了填埋被更先进的垃圾处理处置方法替代的命运。

Table 2-Electricity generated from renewable sources, UK, 2009 – 2013, Gigawatt hours (Defra, 2015)

下面 Table 3 是 2012 年欧盟国家的垃圾处理与处置统计数据，主要列出了各个国家的总垃圾处理量、填埋或堆放量、焚烧发电量、回收回用量等。同样，填埋、焚烧和堆肥也占据了欧洲各国垃圾处理处置的很大比例。但是，欧洲国家的法律法规比较完善，对于填埋、焚烧以及堆肥有着严格的限制，以防对环境造成二次污染。比如对垃圾填埋场周围的地下水会进行监测，如果不使用填埋气（Landfill Gas）进行发电，需要将沼气通过火炬（Flare）进行点燃，因为甲烷的温室效应是二氧化碳的二十几倍；还有环境署（Environment Agency）会对垃圾焚烧厂的排气实时监测，一旦超标，坚决罚款，决不收然。Figure 20 中是一座新设计的设在英国的垃圾焚烧厂，是不是现代感十足。

Figure 20- 一座新设计的设在英国的垃圾焚烧厂

横向比较来看，各个国家在选择垃圾处理的技术路线是不一样的，这都需要根据自身国情来选择合适自己的技术路线。比如在冰岛，67.41% 垃圾都被用来焚烧 / 发电，而在英国只有 0.85%；比利时有 73.16% 的垃圾都被非回填回收，而在冰岛，这个比例仅仅是 1%。

Table 3-Waste treatement operations (European Commission, 2012)

4. 先进的垃圾处理技术介绍

此外，欧美等国家对于垃圾的处理技术也在不断研究。近年来，MBT、厌氧消化等工厂越来越多。很多新颖的垃圾处理处置技术被广泛关注。

4.1. 厌氧消化（Anaerobic Digestion， AD）
厌氧消化其实是一项很传统的工艺，它利用微生物在厌氧条件下进行发酵，将有机物转化为二氧化碳、甲烷、和水等代谢产物（Figure 21），这使得 AD 成为处理垃圾中有机部分以及污水处理厂剩余污泥的好方法，它既可以将垃圾减量，还可以产生能源，对于将进料控制好（不含重金属等污染物）的处理厂出产的沼渣（Digestate）还可以作为有机肥使用。

Figure 21- 厌氧消化工艺原理图（Villa， 2013）

其实我国早在上世纪 70 年代，为了解决生活燃料严重短缺的问题，曾在农村大力推广沼气，1976 年统计推广 256.7 万户，可是由于种种原因，主要是技术条件以及管理不善，这些沼气池大多都废弃了（屠云璋，2003）。同期在欧洲地区，同样因为燃料短缺，开始重新对厌氧消化技术进行了研究，并且持续至今。

1990 年之后，伴随着技术逐渐成熟，许多中大型的厌氧消化处理厂开始兴建，到 2003 年，德国已经有 3000 家厌氧消化厂，英国在 2013 年已经有 120 家在运行的 AD 厂，并且还有上百家正在计划建设中。

下面 Figure 22 中就是英国新建的一个厌氧消化处理厂，该厂耗资一千万英镑，主要用来处理餐厨垃圾，年处理量三万吨，发电装机量 1 兆瓦，预计年发电 9500MWh (Somerset Waste Partnership, 2015)。

Figure 22-Walpole Anaerobic Digestion plant at Walpole,UK(Somerset Waste Partnership, 2015)

相比较于原来的粗放型的发酵，现在的 AD 厂都有着精密的控制技术来提高产气量，尤其是甲烷在沼气（Biogas）中的含量。通常甲烷占沼气总体积的 50-70%，现在有着众多的方法和设备来提高单位质量垃圾的产甲烷量，从来料预处理到将沼渣制成有机肥，一整条完整的产业链已经在形成。

我国在 2009 年已经有 34000 家小规模 AD 厂，22900 家中型（发酵罐大于 50 立方米）AD 厂和 3717 家大型（发酵罐大于 300 立方米）AD 厂，然而，这些厂的运行效果大都距离欧美发达国家还有很大差距（Brauner，2011）。

AD 是一种有着巨大发展潜力的技术，它不仅可以处理垃圾中多种有机物以及秸秆等农业余料，而且可以生产有机肥料，最最重要的是，它可以提供沼气这种相对清洁的可再生能源，根据 Brauner(2011) 的测算，未来中国的沼气（Biogas）可以提供全中国近四分之一能源需求，这对于目前处于能源结构转型的中国来说影响是巨大的。

4.2. Mechanical Biological Treatment（机械生物处理，MBT）

MBT 其实是结合了垃圾分筛和生物预处理的一种工艺，经过不同的筛选工艺，可以对混合收集的垃圾进行分离，将可循环与与再生的物品和材料进行循环利用，还可以对有机物质进行生物预处理，为后续处理过程（AD 或者堆肥等）做准备。

Figure 23- 典型 MBT 工厂工艺流程

Figure 24 是 MBT 工厂内来料进入 MBT 工厂的首先遇到的步骤，利用各种设备进行破袋、破碎，减小体积，并且将被塑料包装包裹的物品释放出来。

Figure 24-MBT 的第一道工艺——破碎

然后会使用各种分筛工艺对不同物质进行分离，如 Figure 25 中利用不同物料的物理特性进行分离，此外还有其他利用物料密度差异的吹选分离乃至人工筛选等。将这些可以回收的金属、玻璃、塑料盒纸张等分离完毕后，就会将它们进行循环利用，其余的有机物质则会进入到生物预处理过程。

Figure 25-MBT 的第二道工艺——物理分离

MBT 的生物处理可以有几种选择，好养过程可以选择堆肥和生物干化(Biodrying)，厌氧则可以选择厌氧消化。

对于不同的 MBT 工厂，由于工艺选择的不同，MBT 的最终产物也有差异。除了可循环材料以及不可循环垃圾等，有的工艺会产生固体再生燃料（Solid Recovered Fuel， SRF），有的则会产生垃圾衍生燃料（Refuse Derived Fuel, RDF)，RDF 的组分主要是纸制品混合物、塑料等。

4.3. 热解法、气化法

除了焚烧、厌氧消化和堆肥，对于垃圾中的有机物质还可以使用热解法（Pyrolysis）和气化法（Gasification）。热解是有机物质在高温无氧（400-800℃）条件下产生焦炭、油和可燃气体的过程。

气化法不同于热解法在于气化法是有氧气在高温高压（1000+℃，30bar）条件下参与反应，与垃圾中的有机碳生成可燃气体、焦油和灰渣的过程。Figure 26 和 Figure 27 气化法的流程图和气化炉的结构示意图。

Figure 26- 气化法流程图

Figure 27- 气化炉结构示意图

气化法和热解法可以将多种有机质、以及生物质转化为有机的燃料，但是其造价比较高。

4.4 等离子法（Plasma Processing of Wastes）

以下中文等离子态概念引用自百度百科。

当电离过程频繁发生，使电子和离子的浓度达到一定的数值时，物质的状态也就起了根本的变化，它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态，我们称物质的这种状态为物质的第四态，又起名叫等离子态。

热等离子（Thermal Plasma）可以释放出大量的热量和紫外线，被广泛用于钢铁生产行业，它可以使所有的有机物、晶体、非晶体、无机物裂解或重组，然后重新编程惰性的块渣（inert rock）。

利用等离子的这种特性，可以使用其对垃圾和废弃物进行处理。使用等离子技术有一下特点及优点：

– 可控：

可以方便的进行输出功率调节

能量输入与处理过程的化学反应相独立

– 产品：

因相态变化完全销毁垃圾 / 废弃物

没有可渗漏的非晶体固体产生

尾气产量低

– 高温：

可以融化金属、玻璃以及陶瓷等

高效分解有机物，二噁英以及呋喃

– 适应性强：

单一工厂可处理多种垃圾 / 废弃物

无需预处理过程处理各种渣和飞灰

Figure 28- 等离子炬结构示意图

可以说，等离子技术是垃圾 / 废弃物处理的终极武器，无论是非危险废弃物的市政垃圾还是垃圾焚烧厂的灰渣、废气处理设备的剩余产物、乃至核废料都可以通过等离子技术进行减量化、无害化处理。

5. 结论

以上大致介绍了我国目前城市垃圾管理的状况和国外先进国家的管理状况，可见我国与这些发达国家还是有比较大的差距，迅速的城市化、经济增长和巨大的人口基数都导致了垃圾产量的急剧增加，仅仅在城市就已经如此，何况我国广大的农村地区，很多农村目前还处于垃圾处理基本靠风吹的原始状态。

下面引用 Zhang et al.,(2010) 关于我国垃圾管理的一些结论（答主自行翻译，请无视渣翻译水平，着重领会精神）作为结尾。

– 鉴于非官方的垃圾管理、回收系统（拾荒者、废品收购站等）仍然扮演着重要的角色，政府部门应该考虑对他们进行组织和管理以便进行照片优化配置。

– 系统化的分类是垃圾综合管理成功的至关重要的环节，要尽可能从源头分类，并且将有机垃圾分开进行收集。

– 最小化垃圾产量同时最大化垃圾循环利用量仍然是一个重大挑战。加快垃圾循环和垃圾再生行业的发展并且制定行业标准迫在眉睫，还应推广方便快捷的垃圾循环设施、用颜色进行垃圾容器分类等有利于垃圾循环产业发展的措施。

– 垃圾填埋仍然是目前中国垃圾处置的主要方法，目前亟需提高防渗、垃圾渗滤液收集系统的标准，并且提高垃圾渗滤液处理的水平。

– 通过多种财政机制同样可以提高中国垃圾管理水平。外资和国际性的服务可以被更多的引入。这其中包括了服务外包，比如 BOT 模式目前就已经被一些城市在垃圾填埋场建设运营中进行了使用。

– 目前对于垃圾产生量没有任何的限制，而这种任意处置垃圾的方便性也间接导致了垃圾产量的增加。未来可以对垃圾的处理处置进行收费管理，既可以用价格杠杆来调节垃圾产量还可以为新增的垃圾处理处置设施筹集资金。这样对于给现有的设施提供资金支持并且为大众产生足够多的经济上的刺激来敦促大家改善在垃圾管理上的理念和行为。

References

中华人民共和国国家统计局(2012)，available at: http://data.stats.gov.cn/search/keywordlist2(accessed 28 March, 2015)

穆昱，细致到“严苛”的日本垃圾分类，available at: http://discovery.163.com/14/0223/21/9LQ3UVE500014N6R.html(accessed 28 March, 2015)

屠云璋，中国沼气发展现状，2003

Defra(2011),Guidance on applying the Waste Hierarchy

Brauner, C(2011), China biogas potential and its estimated contribution to climate change mitigation, Master Thesis, Cranfield Universtiy

Somerset Waste Partnership(2015)available at:http://www.somersetwaste.gov.uk/about/ad/(accessed 30 March, 2015)

Zhang, D.Q., Tan, S.K. and Gersberg, R.M., 2010. Municipal solid waste management in China: Status, problems and challenges. Journal of environmental management, 91(8), pp. 1623-1633.

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