垃圾焚烧发电厂共处置多源废物的做法是否可持续? 一项比较生命周期评估
原文信息
原文标题：
Is multi-source solid waste co-disposal practices in waste-to-energy plants sustainable? A comparative life cycle assessment
作者：
Jiayue Zhang, Fan Fei, Zixuan Jiang, Kosajan Vorada, Zheng Hao Leong, Zongguo Wen*, Hongbo Zhang, Shufei Han
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2024.108069
发表期刊：
Resources, Conservation & Recycling
发表时间：2024.12
关键词：固体废物管理；废物转化为能源；共处置；生命周期评估；生命周期成本
文章导读
利用垃圾焚烧厂的剩余处理能力协同处置多种可燃性固体废弃物是一种被广泛采用的产业共生模式。然而，对于这种模式的可持续性和适用性，尤其是在与单独处置模式对比时，是否会产生额外的污染和资源浪费，目前仍缺乏系统性和全面性的研究。本研究基于实际运行数据及协同处置前后的技术改造情况，深入分析了厨余垃圾、市政污泥、医疗废物和一般工业固废四种典型废弃物在协同处置技术系统中的物质与能量代谢路径。同时，从能源效率、环境影响和经济绩效等多个维度，对多源固废协同处置模式进行了全面评估。研究还通过与10种传统单独处置技术的量化对比，系统揭示了协同处置技术的优势与不足。本研究为决策者选择最优的多源固废处置技术提供了科学依据，并为进一步优化协同处置模式的可持续性和实际应用提出了重要见解。
关键结论
研究结果表明，所有协同处置技术均实现了95%以上的减量效率，仅飞灰需要填埋处理，能源回收效率在27.6%至63.3%之间。餐厨垃圾协同处置在所有环境指标中均表现出积极的环境效益，而污泥则在各指标中均表现出负面影响。医疗垃圾和工业垃圾协同处置减少了其他环境影响，但每吨分别产生231.3和201.1千克化石二氧化碳排放。在经济方面，所有协同处置项目均显示出显著的经济效益，内部收益率从16.8%到2000%以上不等，并预计可将废弃物处理费用降低23.7%至90.5%。尽管具有这些优势，但协同处置技术在能源和环境指标上并不全优于其他处理技术。例如，餐厨垃圾和污泥的协同处置能源效率低于厌氧消化技术，而工业垃圾协同处置的碳排放强度高于填埋处理。因此，本研究建议将协同处置技术作为传统处理技术的补充方法，而非主要解决方案。同时，研究强调需要制定更明确的行业标准和国家指导方针，结合区域发展策略，优化操作和监管框架，以提升协同处置技术的可持续性和适用性。
研究图表
1.共处置系统中的废物和能量代谢过程：
四种固废协同处置均实现了超过95%的减量率，底灰被用于金属回收和骨料生产，减少了填埋需求，而飞灰因毒性和重金属稳定化的复杂性仍是减量的挑战。能源代谢方面，厨余垃圾和市政污泥因热值低且预处理耗能大，净能量回收分别为-56.4 MJ/t和-105.0 MJ/t；相比之下，医疗垃圾和工业固废因热值高且无需预处理，分别实现了2365.2 MJ/t和6350.5 MJ/t的净能量回收。尽管增加蒸汽消耗会减少直接发电量，但有助于更彻底的废弃物处理和能源回收，从而提升能源回收效率。市政污泥协同处置的能源回收率达63.3%，而工业固废因需求简单和蒸汽依赖较低，能源回收率仅为27.6%。
Fig. 2 Waste and energy metabolism processes in co-disposing systems
2.四种共处置技术中六个环境影响指标的比较：
在6项环境影响指标结果中，负值表示环境效益，正值表示环境负担。总体来看，两种低热值废弃物的环境影响呈现相反趋势：市政污泥在所有指标中均表现出环境负担，而厨余垃圾在所有指标中均表现出环境效益。相比之下，两种高热值废弃物的影响较为一致，除全球变暖潜力（GWP）外，其余指标均表现出环境效益，这主要归因于通过发电替代实现的减排效果。
Fig. 3 Comparison of the six environmental impact indicators among four co-disposal technologies (S1: Food waste; S2: Municipal sludge; S3: Medical waste; S4: Industrial waste)
3.四种共处置技术的六个环境影响指标的规范化和敏感性分析：
归一化的环境影响评价结果从小到大依次是：工业固废、医疗垃圾、厨余垃圾和市政污泥。敏感性分析结果表明，沼气产生、预处理蒸汽与电力消耗、热值和化石碳含量、螯合剂使用和NOx排放对环境影响显著。这些敏感因子与能量回收效率和污染物排放密切相关。
Fig. S5 Normalization and sensitivity analysis of six environmental impact indicators for four co-disposal technologies
4.给定内部收益率下的优化废物处理费：
协同处置模式经济效益显著，废弃物处置费占收入的50%以上。通过优化处置费用，可在保持目标IRR（8%-14%）的同时降低费用，其中厨余垃圾、市政污泥和医疗废物处理费平均降低23.7%、69.8%和90.5%。为实现10% IRR并减少市政支出，建议将上述三种固废的处理费分别调整为427元/吨、170元/吨和124元/吨。
Fig. S7 Optimized waste disposal fee for given internal rates of return
研究比较了协同处置技术与传统单独处置技术在环境、能源和经济方面的表现，结果显示协同处置在经济性上更具优势，但在能源回收效率和部分环境指标（如GWP）上存在局限。不同废弃物类型的最佳处置路径需根据具体条件选择，例如厨余垃圾适合在焚烧厂处理比例低于10%的情况下协同处置，市政污泥更适合厌氧消化，医疗废物和一般工业固废和需严格控制协同处置比例以优化炉膛运行和污染排放。
Fig. 4 The environmental impact indicators’ comparison results between co-disposal and individual disposal technologies
第一作者简介
张佳乐
清华大学环境学院博士生，研究方向为固废处置系统模拟与优化、固废管理政策与减污降碳协同效益。
通讯作者简介
温宗国
清华大学环境学院长聘教授，伦敦大学学院荣誉教授，循环经济产业研究中心主任。主要从事固废资源化与循环经济、能源与环境系统工程。
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清华大学环境学院循环经济产业研究中心（Tsinghua CICE）重点开展循环经济与节能减碳领域的管理政策分析、关键技术研发与产业化应用。
