出品：科普中国

作者：陈琳(中国科学院工程热物理研究所)、陈劲涛（北京航空航天大学）

监制：中国科普博览

垃圾是什么？当你身边的物品失去了使用价值、无法利用时，它便成为了我们常说的“垃圾”。我们无时无刻不在制造垃圾。尤其是随着国民经济的快速发展，城镇化、工业化进程的逐步加快，人民生活水平稳步提高的同时，高分子合成材料的大量应用使得城市中产生的生活垃圾数量不断上升，而由城市生活垃圾所带来的生态环境污染问题也日益严重。

模糊而又清晰的垃圾事件

你或许清晰地记得，2019年7月，上海首先迈入“垃圾分类强制时代”。最初，干垃圾、湿垃圾、可回收垃圾、有害垃圾4种垃圾，可谓傻傻分不清楚。不过，聪明的市民总结出了一套垃圾分类法则：垃圾分类，以猪作为参照物。

具体怎样把猪当作垃圾分类的参照物呢？湿垃圾-猪能吃的；干垃圾-猪不能吃的；可回收垃圾-卖了能买猪的；有害垃圾-猪吃了会死的。这样的分类方法，让大家更容易记住怎么才能合理地进行垃圾分类。

北京柳荫街社区内垃圾分类点

（图片来源：新华网）

模糊而又清晰的垃圾事件不断地提醒我们，垃圾处理对城市生活来说，是一件极其重要的事情。

城市垃圾处理流程

事实上，不仅是北京、上海，我国约有1/3的城市都被大量的垃圾包围。城市生活垃圾的不当处理，会带来土壤污染、大气污染、水体污染、危害人体健康等负面影响。因此，城市生活垃圾的无害化处理一直是科学家的研究重点。

我国现阶段处理生活垃圾的手段主要是堆肥、焚烧发电和填埋。其中，焚烧发电因具备占地面积少、无害化程度高等优势，被认为未来主要的处理方式，它也是目前无害化处理的最佳方式。

但是，并不是所有的垃圾一股脑丢到焚烧炉里面就搞定了，垃圾不是你想烧，想烧就能烧！

城市垃圾处理流程

（图片来源：作者自制）

城市垃圾焚烧过程

一般而言，不同生活垃圾焚烧厂、不同企业、不同研究机构开发的生活垃圾焚烧工艺流程不尽相同，但是总体可如下图所示。

垃圾焚烧发电流程图

（图片来源：晋江新闻网）

首先是垃圾接收、分类和输送。

按照要求，垃圾会在垃圾池内停留特定的时间，通过发酵脱水能够显著提升垃圾的热值，以此达到垃圾炉的焚烧热值要求；脱水所产生的液体由渗滤液处理系统进行处理；满足热值的垃圾通过各种类型的焚烧炉进行焚烧；紧接着，利用余热回收系统，对焚烧炉的高温烟气进行水冷和热量吸收；产生的蒸气会通过汽轮发电机及热力系统产生电能，供千家万户使用；剩余的烟气及飞灰等则需要通过烟气净化系统和灰渣处理系统进行环保处理。

我们需要注意的是，在垃圾焚烧的过程中，也会产生许多的污染物，先后分别为渗沥液、炉渣、飞灰、烟气等，产生污染物的过程中还伴随着二噁英以及恶臭的排放。如果未采用科学的手段处理，造成污染物超标排放，就与我们所提出的无害化处理理念相悖了。

垃圾焚烧污染物排放标准

环境保护部国家质量监督检验检疫总局于2014年发布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB-18485-2014），包含了生活垃圾焚烧炉排放烟气中污染物限值，其中对大量污染物的含量进行了严格的检测控制。

该标准中，针对地方标准公告明确提出：“对本标准已作规定的污染物控制项目，可以制定严于本标准的地方污染物排放标准”。也就是说，提高生活垃圾焚烧污染控制标准将是大势所趋。对比目前上海、深圳、海南、福建等地的标准以及欧盟的标准可以看出，地方对垃圾焚烧污染物排放的标准要求更加严格。

垃圾焚烧污染物排放标准

（图片来源：《生活垃圾焚烧污染控制标准》环境保护部（GB-18485-2014））

（图片来源：汇总：欧盟及我国垃圾焚烧相关标准限值）

主要污染物的防控技术

在垃圾燃烧过程中，污染物排放标准主要关注的污染物有：细颗粒和重金属污染物、二噁英、一氧化碳(CO)、氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）、氯化氢（HCl）等。笔者在此对燃烧过程中产生的重金属污染物和二噁英的防控技术进行介绍。

国内外对垃圾焚烧重金属污染的控制研究大致可分焚烧前控制、焚烧过程中控制以及焚烧后控制三方面。

焚烧前控制：将垃圾分类分拣，将重金属浓度含量较高的废旧电池及电器、杂质等从原生垃圾中分拣出，可以大大减少垃圾焚烧产物中汞、铅和镉的含量。

焚烧过程中控制：主要是采用控制空气燃烧法（CAO），即将垃圾在600－650℃左右的燃室热解、气化和固定碳燃烧。这样重金属不会升华，而是保留在灰中，从而在燃烧过程中降低重金属的排放。

焚烧后控制：通常去除重金属污染的方法有：（1）降温冷凝捕集；（2）吸附捕集；（3）催化捕集；（4）湿式洗涤塔去除其中水溶性的重金属化合物。

重金属的迁移过程

（图片来源：北极星垃圾发电网）

一般认为，有氯和金属存在条件下的有机物燃烧均会产生二噁英。而城市生活垃圾焚烧产生的二噁英量则是最高的。对于燃烧产生的二噁英污染的控制研究同样可分为燃烧前控制、燃烧过程中控制以及燃烧后控制三方面。

燃烧前控制：通过分类去除垃圾中氯元素的两类来源，一类是有机氯化物如聚氯乙烯塑料（PVC）、氯苯和氯酚等，主要分布在废塑料、废纸、废木料以及草木中；另一类是无机的氯化物如氯化钠、氯化镁等，主要分布在厨余、灰土等无机组分中。

燃烧中控制：改进燃烧技术，采用“3T”（湍流turbulence、温度temperature、时间time）技术，一般温度超过850℃，停留时间长于2秒，采用二次风，使燃烧物与空气充分搅拌混合，造成富氧燃烧状态，减少二噁英前驱物的生成。

燃烧后控制：废气处理及灰渣熔融处理技术。对于废气，采用降低排烟温度，使气相中的二噁英转移到灰相中，然后使用布袋除尘器将二噁英除去。对于灰渣中的二噁英，送入温度为1200℃以上的熔化炉内熔化，灰渣中的二噁英类物质在高温下可以被迅速分解和燃烧。

磨刀不误砍柴工，焚烧先从分类起

从上述几种污染物的防控技术可知，垃圾分类就可以在源头解决大部分因为焚烧而产生的污染问题。

事实上，全球公认的垃圾处理优先次序原则如下图所示，依次为产生预防、重复使用、循环再生、回收利用和末端处置。

垃圾处理方法

（图片来源：截图自制，参考来源：环卫科技网）

焚烧处于回收利用和末端处置之间，而垃圾分类处于产生预防和重复使用之间，是为下端的不同处理方式做准备的。在垃圾分类后，焚烧垃圾会更加高效清洁。首先，需要焚烧的垃圾量少了，排放的污染物自然就少了；其次，剩余的垃圾匀质化程度提高，含水率大大降低，重金属和氯的含量减少，主要的污染物自然就会减少。

结语

由于种种因素的限制，目前垃圾焚烧仍然是我国最有效的垃圾无害化处理方式。尽管垃圾焚烧可能会让社会产生“焚烧依赖”，但探索“垃圾减量”和“垃圾分类处理”等更加环保的生活方式才是我们最终的目标。从抓狂到习惯，从迷茫到熟悉，总需要我们大家一起迈出第一步。

推行垃圾分类，关键是要加强科学管理、形成长效机制、推动习惯养成。垃圾虽小，却牵着民生，连着文明，这不仅仅是科学家的事，是需要人人动手、家家参与的事。总之，首先做到完美的垃圾分类，才能达到“垃圾就是我想烧，想烧就能烧”！

编辑：郭雅欣

参考资料：

[1] 生活垃圾焚烧污染控制标准 环境保护部 GB-18485-2014.

[2] 高宁博,李爱民,陈茗.城市垃圾焚烧过程中主要污染物的生成和控制[J].电站系统工程,2006(01):38-40.

[3] 李诗媛,别如山.城市生活垃圾焚烧过程中二次污染物的生成与控制[J].环境污染治理技术与设备,2003(03):63-67.

来源: 中国科普博览

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