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近年来，我国城乡建设不断加快，与经济发展和生活水平提高伴随而来的是生活垃圾产量激增，截至2020年，我国城乡生活垃圾年产量超过两亿吨，同比增长11%以上[1]，生活垃圾的处理迫在眉睫. 2021年作为“十四五”计划的开局之年，根据2021年国家发改委颁布的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》[2]，对城镇生活垃圾的处理提出了更加严格的要求，同时明确了生活垃圾的各类处理方式的发展路线，城乡生活垃圾的处理成为促进我国城乡更好更快发展的关键.
我国生活垃圾常用的处理方式主要有填埋、焚烧和堆肥，由于生活垃圾种类日益复杂、地区差异性较大，城乡生活垃圾处理方式需要因地制宜. 填埋是国内目前主要的垃圾处理方式，但由于该方法需要占用大量土地，在经济发达、人口众多的地区使用和推广受限，生活垃圾的主要处理技术逐步向其他方式转移. 焚烧技术适用于绝大多数生活垃圾，尤其是对于木竹类、纺织类等易燃物处理效率更高，且无害化程度可达90%以上[3-4]，是一种有前景的生活垃圾处理方式. 此外，国家政策也逐渐向焚烧技术转移，尤其是以填埋为主的西北地区[5]，因此，我国未来将形成以焚烧技术为主，其他处理方式协同多元化发展的产业结构. 此外，生活垃圾焚烧有利于热能回收与发电，是一种有效的资源化手段，根据数据统计，平均每吨垃圾焚烧后发电量250—350 kW·h，有效实现CO2的减排[6- 8]，是我国“碳中和”愿景下的一种有前景的生活垃圾处理方法.
我国城乡规划与发展有较大差异，城市生活垃圾的产生量较大、对焚烧设备处理量的需求较高，但由于乡镇居民人口相对分散、区域间生活垃圾的清运和收集比较困难，焚烧技术可以满足乡镇垃圾高效处理的需求，但目前市面上稳定运行的焚烧装置的处理量相对较大，适用于乡镇生活垃圾焚烧处理的炉型仍在中试阶段[6]，总结综述相关研究结果对未来装置放大和工业化应用具有重要意义. 此外，焚烧技术在生活垃圾处理上的应用仍然受限，存在垃圾分类不完善带来的入炉垃圾热值较低、燃烧不完全、垃圾入炉前堆放产生的渗滤液等环境污染问题. 目前关于城乡生活垃圾的具体统计数据相对较少，针对垃圾焚烧技术地区差异性的总结和在十四五规划下焚烧技术发展趋势的报道较少，在国家针对城乡生活垃圾的处理日益关注的现状下，城乡生活垃圾的焚烧技术值得继续深入探讨.
本文系统地综述了我国城乡生活垃圾的产生和几种处理方式的比较，同时对我国不同区域城乡的生活垃圾焚烧现状和焚烧发电技术进行总结，分析生活垃圾焚烧技术存在的问题，并对生活垃圾焚烧技术的发展趋势进行展望，为城乡生活垃圾的焚烧处理提供一定的支撑.
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城乡生活垃圾是指日常生活中或为日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物，截至2020年，我国城市数量679个，县、乡等合计2198个，生活垃圾产生量2.4亿吨[1]，2013—2020年我国生活垃圾年产生量如图1（a）所示[9]，生活垃圾年产量逐渐递增，增幅在4%—10%之间，随着经济发展和城乡建设加快，未来生活垃圾产量将继续增加，采用高效无害的处理方式是我国未来建设发展的重点，此外，生活垃圾的性质与种类也制约着处理方式的选择. 结合图1（b），我国地域辽阔，南北气候差异大、东西经济发展不平衡，生活垃圾种类受经济水平、居民生活习惯和燃料结构的影响，全国各地区的垃圾种类有较大差异，主要可分为10类[10]，包括金属类、玻璃类、砖瓦类、灰土类、木竹类、纺织类、橡塑类、纸类、厨余类和其他.
厨余垃圾是生活垃圾的主要成分，除东北地区外，厨余垃圾的排放量占总排放量的40%以上，由于其含水量高、热值低，是生活垃圾处理的重点和难点. 厨余垃圾中可生物降解组分较多，厌氧消化时碳排放量较低[11-12]，有利于“碳中和”的发展，但对比填埋和好氧堆肥，运行成本较高. 张玉冬等[13]通过好氧堆肥实验研究了通风方式对厨余垃圾腐熟程度的影响，发现较小通风量、连续通风的方式有利于堆肥腐熟，但能量利用率低. 而李欢等[14]综合比较了混合焚烧、厌氧消化、好氧堆肥和饲料化4种厨余垃圾的处理方式，混合焚烧是全周期费用最低且能源回收率最高的处理方法，但对入炉垃圾的种类要求较高，因此垃圾分类是制约厨余垃圾焚烧的主要因素. 截至2020年底，我国实行垃圾分类的46个重点城市均可以做到厨余垃圾和其余生活垃圾和工业垃圾的分类回收，为厨余垃圾的焚烧处理提供了可能. 同时，蹇瑞欢等[15]通过山东莱芜市的实例说明生活垃圾与厨余垃圾的共燃可以提高处理效率，是一种有效的处理方法.
玻璃、金属类生活垃圾可直接回收再利用，木竹、纺织、纸类、橡塑类生活垃圾可以采用填埋和焚烧的方式处理，但由于填埋法需占用土地，在人口众多、垃圾产量较大的发达地区的使用受限[16]，而焚烧技术具有无害化、减量化、资源化的优势[17-18]. 灰土类和砖瓦类属于无机物，北方冬季通常采用煤炭供暖，灰土类物质的排放量较大. 综上所述，我国各地区城乡生活垃圾种类有明显的差异性，根据组分的不同处理方式也有差异，实际处理过程要根据生活垃圾的特点进行.
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结合我国目前的国情，城乡生活垃圾的处理方法主要有3种：填埋、焚烧和堆肥[19-21]. 2013—2020年全国生活垃圾处理厂的分类数量如图2（a）所示，填埋厂的数量轻微增长，2016年后趋于稳定；焚烧厂的数量由2013年的166座迅速增长到2020年的652座；包括堆肥厂在内的其他垃圾处理厂从2016年以后开始有明显增长，说明垃圾填埋技术进入瓶颈期，以焚烧为主的其他垃圾处理方式快速发展. 2006年我国3种垃圾处理技术的处理量占比分别为填埋80%，焚烧16%和堆肥4%[22]，截至2020年，3种技术处理量占比变为填埋45%，焚烧51%，其他处理方式总计4%[9]，进一步说明我国垃圾处理行业经过十余年的发展，焚烧技术逐步成型，在我国生活垃圾处理中占比增长明显.
此外，不同处理方式的无害化处理量随年份的变化如图2（b）所示，2013—2017年填埋技术无害化处理量明显高于焚烧，但填埋存在的占地面积大、使用年限短、污染地下水和土壤及有机质浪费等问题导致其无害化处理量增长平缓. 2018年以前，我国的生活垃圾分类标准不完善，生活垃圾与工业废弃物等的混掺导致燃烧效率低，焚烧技术的应用和普及困难[23]，近年来由于垃圾填埋场容量不足、土地供应紧张等问题不断出现，国家大力支持生活垃圾焚烧技术的发展，且由于对烟气排放和燃烧过程污染物控制的日益严格，焚烧技术无害化处理量年年攀升，成为我国生活垃圾无害化处理的主要方式.
根据各省市第二次全国污染源普查公报[24]，截至2017年12月31日，不同省市3种生活垃圾处理方式的处理量如图3所示. 生活垃圾的处理方式具有明显的地区差异，在经济发达的地区，比如北京、江苏、浙江等地，焚烧技术的处理量高于填埋法，处理方式逐渐向焚烧处理转型，正在形成多元化发展的格局. 然而西北地区焚烧技术不发达，其他处理技术的应用也较为受限，生活垃圾的处理仍然依赖于填埋. 王月等[25]以兰州市为例，3种生活垃圾处理方式对环境的影响潜值为卫生填埋>焚烧>堆肥，出于环境友好策略，西北地区的生活垃圾处理方式也将向焚烧、堆肥等方式转移.
此外，结合LCA（生命周期评价方法）与IPCC 2006（政府间气候变化专门委员会制定的2006国家温室气体排放清单指南）方法计算不同生活垃圾处理方式的碳排放量，填埋的碳排放量是焚烧的6倍以上[26]，同时配合二氧化碳捕集和封存（CCS，carbon capture and storage）技术，未来有望实现垃圾焚烧的“负碳”排放[27]，因此焚烧是更加符合我国“碳中和”愿景的垃圾处理技术. 虽然目前填埋仍是我国西北、东北等经济不太发达的省市的主要生活垃圾处理方式，但出于环境友好和清洁能源发展考虑，这些省市也将充分发展生活垃圾的焚烧技术. 因此生活垃圾的焚烧技术是一种适合大部分垃圾类型、适应大部分省市的具有前景的无害化处理技术.
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焚烧技术在我国生活垃圾处理的应用可以追溯到20世纪80年代，受经济、技术、垃圾性质等因素的影响，焚烧技术在我国发展的起步较晚，但发展非常迅速[28]，从国家经济和社会发展五年规划来看，“八五”期间我国将城市生活垃圾焚烧处理技术列为国家科技攻关项目；“十一五”期间鼓励以焚烧为主的垃圾处理方式；“十二五”期间要求全国城乡生活垃圾焚烧处理设施能力达到无害化处理总能力的35%以上；“十三五”规划要求设市城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的50%以上，其中东部地区达到60%；根据最新印发的“十四五”内容，到2025年底，预计全国城乡生活垃圾焚烧处理能力达到每日80万吨左右，城市生活垃圾焚烧处理能力占比65%左右[20]. 因此我国垃圾焚烧技术发展的20年间已逐渐趋于完善，无害化能力日益提高，未来还将向更高要求发展.
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目前生活垃圾焚烧处理主要包括炉排炉技术，循环流化床技术和回转窑技术3种[29]，城市生活垃圾由于产量大，城市垃圾收运较集中，因此常用这3种处理方式，主要技术特点如表1所示[30-32].
根据表1可知，3种垃圾焚烧方式单台处理量均在600 t·d−1以上，适合城市垃圾的有效处理. 根据垃圾焚烧厂技术应用情况统计，危险废弃物和工业废弃物的处理一般采用回转窑，而采用回转窑处置生活垃圾时，由于炉内温度较低，焚烧产生的飞灰在低温区易形成氯化物[33]，为避免这种现象，要保证炉内有较高的燃烧温度，能耗较大，因此该炉型在生活垃圾焚烧方面的应用较少[34]. 机械炉排炉和循环流化床占据我国生活垃圾焚烧的主要市场，虽然循环流化床焚烧生活垃圾对于不均质的生活垃圾的适应性好，燃烧效率高，但是其存在对入炉垃圾粒径和含水率要求较严格、CO排放量不能稳定达标、飞灰重金属含量高等问题[35]，为解决这些问题需要从锅炉运行方式和运行周期上进行调整，投入的经济成本较高[36]，不适合大范围推广. 此外，针对我国城市垃圾排放量较大的现状，机械炉排炉的合计处理能力可达到572000 t·d−1，相较于循环流化床的66000 t·d−1，炉排炉焚烧技术更具有处理量的优势[31]. 从我国各省市两种炉型的实际分布情况也可以看出（图4），全国共计焚烧炉1329台，山东、江苏和广东三个省份的焚烧炉总量最多且处理量最大，主要使用的炉型是炉排炉，循环流化床主要应用地区包括东北、华北、华东等地，但其数量也相对较少. 炉排炉燃烧过程简单、经济，存在的问题可以通过改变炉排片的性能加以改进[37-38]，是各省市生活垃圾焚烧市场的主流炉型，也是我国生活垃圾焚烧的主要发展趋势.
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我国乡镇数量较多，生活垃圾的产生较分散，出于垃圾清运的成本考虑，乡镇垃圾的集中处理比较困难[39-41]，此外，在党的十九大报告中关于“农村要加强固体废弃物和垃圾处置”的政策指导下，实现乡镇垃圾的高效处置迫在眉睫[42]. 根据图5可知，2013—2020年间乡镇生活垃圾产生量变化不大，基本保持在年产量6750万t左右，但无害化处理能力不断增大，到2020年无害化处理率达到98%以上，这也得益于焚烧技术的飞速发展. 但是，城市生活垃圾焚烧炉的处理量一般在600 t·d−1以上，应用在日均产量较低的乡镇垃圾上无法保证经济环保和充分高效的燃烧，因此开发适用于乡镇生活垃圾的小型焚烧炉成为研究重点[43]. 此外，乡镇生活垃圾的产量较小，平均产量约为124 t·d−1、且热值较低、成分相对简单，炉排炉结构简单、造价低廉、技术成熟等优势适合小量垃圾的焚烧，但炉内燃烧条件的控制和监管以及炉排炉在乡镇生活垃圾实际燃烧的适应性仍是乡镇生活垃圾焚烧技术开发的核心与重点.
针对乡镇生活垃圾的焚烧技术，国内学者展开了广泛讨论，核心是开发适合乡镇生活垃圾燃烧的中小型焚烧装置，饶国燃等[44]通过计算确定炉膛高度和炉底尺寸，为8 t·d−1的垃圾焚烧炉的设计提供基础数据，证实了小焚烧量的炉排炉型技术的开发具有可行性. 但小量级焚烧炉仍存在焚烧效率低的问题，刘毓彬等[45]综合了炉排炉和移动床两种炉型技术，对炉膛结构进行改造，设计12 t·d−1的L型炉拱层燃炉，可以实现小量级乡镇生活垃圾的稳定燃烧. 此外，50 t·d−1的小型旋转炉排炉通过分段燃烧方式，处理能力达到70%以上，能量转化率在75%左右，也是乡镇生活垃圾中小型焚烧炉的发展方向[46]. 因此，在确定机械炉排炉可用于小量级乡镇生活垃圾焚烧处理的基础上，通过改进炉膛设计和炉排结构，开发稳定燃烧、处理量50—100 t·d−1左右的小型焚烧炉，是我国乡镇生活垃圾处理的重点，也符合十四五计划中对小型焚烧设施试点开发的具体要求.
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生活垃圾焚发电技术是符合循环利用和清洁生产的处理方式，既保证了垃圾的减量化和无害化，又有利于能源再利用，具有广阔的应用前景[47- 48]. 根据中国产业发展促进会生物质能产业分会的报告[49]，截至2020年，生活垃圾焚烧发电量占生物质发电总量的50%以上，且占比逐年提高[50]，有利于焚烧过程的能源利用，未来10—15年是生活垃圾焚烧发电技术发展的大好时机[51, 52]. 我国7个地理分区的垃圾焚烧发电量占比情况如图6所示，其中华东、华南、西南地区的生活垃圾焚烧发电量居国内前三位，这与这些地区的焚烧炉数量和经济发达程度有密切关系，根据国家政策和规划，我国将大力发展偏远、经济不发达地区的垃圾焚烧发电技术，生活垃圾焚烧发电技术将在西北、东北等地区有很好的应用前景[53]. 根据《2021年生物质发电项目建设工作方案》[54]，2021年中央将配置垃圾焚烧发电项目2亿元，项目基建费用有地区差异，东北部和西部地区中央支持资金60%，中部地区40%，东部地区20%，进一步说明未来垃圾焚烧发电重心将向东北部和西部转移，达到国内平衡分布、均衡发展的新态势[55].
此外，3种焚烧炉在用于垃圾焚烧发电时具有各自的特点. 循环流化床垃圾焚烧炉发电时，投资成本较低，但对入炉垃圾的要求较高，投入体积和粒径不能过大，否则易导致燃烧不充分和二次污染的问题. 回转窑由于占地面积大、热效率较低，在生活垃圾焚烧发电应用较为受限[56]. 生活垃圾炉排炉焚烧发电时，对垃圾含水率要求不高，投资成本适中，且国产化程度高，是适应性广，持续发展的垃圾焚烧发电技术[57]. 近年来由于我国垃圾分类措施的完善，炉排炉的生活垃圾焚烧技术更有利于提高焚烧发电效率和无害化处理率. 综上所述，炉排炉是适合我国城乡垃圾高效处理且有利于能源转化的有效处理方式.
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我国生活垃圾焚烧处理技术发展迅速，无害化处理率日益提高，焚烧已经发展成为一种应用广泛、前景广阔的生活垃圾处理方法之一，从单纯的垃圾处理发展为集焚烧、发电、供热于一体的系统性处置技术，但是目前的焚烧技术仍存在诸多问题，主要包括：（1）生活垃圾成分复杂，含水率较高，发热量较低，普通燃烧方式效率较低、二次污染严重. （2）焚烧处理无法“即产即烧”，焚烧前堆放时易造成渗滤液问题，污染土壤与地下水.
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生活垃圾的含水率较高、热值较低且成分复杂，传统的机械炉排炉焚烧技术的生活垃圾平均处理效率在75%以上，但随着城乡经济建设的加快，需要提高生活垃圾焚烧炉的处理效率，实现生活垃圾的高效充分燃烧以满足目前发展的需要[58-59]. 山东光大自主研发的顺推式机械炉排炉增加了固定炉排、滑动炉排和翻动炉排三种设计，加强搅动的同时有利于通风，更适应我国生活垃圾热值低、水分高的特点，可以实现垃圾的充分燃烧[60]. 河南驻马店市一垃圾焚烧厂采用立式旋转热解气化炉联合二燃室的设计工艺，通过旋转式均匀布料和炉排挤压排渣，有利于垃圾的充分燃烧[61]. 重庆市某垃圾焚烧发电项目采用往复式逆推机械炉排炉配套余热锅炉，延长烟气停留时间和热量循环，生活垃圾燃烧效率增加40%以上. 因此，结合炉型改进和燃烧供风设计，可以有效提高燃烧效率，解决入炉垃圾燃烧不充分的问题[59].
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生活垃圾焚烧厂渗滤液主要由垃圾自身水分和发酵水分组成，产生的渗滤液一般占垃圾焚烧量的25%—35%（重量比），部分地区超过35%以上[62]. 按照垃圾焚烧厂产生的渗滤液占垃圾焚烧量的30%，对近年全国城市无害化处理生活垃圾渗滤液产生量进行测算，结果如图7（a）所示；渗滤液处理能力按垃圾焚烧无害化处理能力的30%进行测算，结果如图7（b）所示[63]. 垃圾焚烧的渗滤液产生量和处理能力逐年递增，随着垃圾焚烧处理量的增大明显增加，渗滤液产生量同比增长均在15%以上，处理能力同比增长16%—22%，渗滤液处理是垃圾焚烧存在的一个重要问题[64-65].
除了生物处理、物化处理和土壤处理等常用的渗滤液处置技术外，由于垃圾渗滤液是成分复杂的有机物混合物，与生活垃圾的共同入炉燃烧是一个可行方案，在余热回收的基础上可以降低渗滤液的处置成本[66-67]. 卜银坤[68]通过渗滤液燃烧过程中烟气焓值的计算认为渗滤液入炉焚烧的技术在理论上可行，水分是制约渗滤液焚烧效率的主要因素，若渗滤液以雾化回喷的形式入炉，焚烧效率将极大提高. 李进等[69]将渗滤液回收净化后入炉燃烧，燃烧过程中渗滤液不会影响锅炉功率、效率、排烟温度等参数，此外，晁榕珠[70]利用垃圾渗滤液代替部分氨水进行SNCR脱硝实验，最佳脱硝效率可达54%，且脱硝温度范围更广、热量消耗更低，也是垃圾渗滤液与生活垃圾共同入炉协同处理更有前景的方式.
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（1）生活垃圾有效分类基础上的高效焚烧技术
生活垃圾与工业废物、危险废物混烧是造成二次污染和燃烧效率低的重要原因，生活垃圾分类措施的完善有利于降低二噁英和重金属的排放，同时提高原料热值、促进燃烧进程[71-72]. 根据《“十四五”城乡生活垃圾分类和处理设施发展规划》，未来五年将是我国生活垃圾焚烧技术的黄金发展期，这着重依赖于垃圾分类的能力，垃圾分类不但有助于解决焚烧厂垃圾堆料产生渗滤液的问题，而且更有利于焚烧效率的提高和资源的回收利用[73-76]. 任中山等[77]认为，随着生活垃圾分类措施的完善和推广，对垃圾焚烧发电产业将会有显著影响，比如调整现有垃圾焚烧发电工艺以达到高热值原料燃烧的目的，每吨垃圾提升发电量160—420 kW·h，同时大幅度增加经济效益. 针对垃圾分类措施对各地区焚烧行业的影响，以北京市为例，垃圾分类后进入焚烧炉的垃圾含水率降低，热值增加，但焚烧量减少20%左右，需要协调部分城乡固废共同处置，该技术不但能保证现有经济效益，而且有利于综合处理[78-79]，因此垃圾分类愿景下的焚烧行业将迎来蓬勃发展[80].
（2）生活垃圾与其他物料掺烧协同处置技术路线
生活垃圾与煤、生物质、污泥甚至厨余垃圾的掺烧，可以降低灰渣中重金属毒性以及控制污染气体排放，是未来生活垃圾协同其他废物处置的一个重要方向[81-83]. 朱浩等[84]在炉排炉内将生活垃圾与污泥协同处置，综合处理多种废物的基础上不会影响挥发分的析出，同时可以减弱污泥燃烧对炉膛高温区的影响[85]. 臧仁德[86]通过模拟和实验发现生活垃圾与煤的混烧有利于减少SO2和HCl等酸性气体的排放，对SO2的去除效果优于HCl. 陆胜勇等[87]发现，生活垃圾与煤混烧时可以破坏垃圾中的二噁英，有效降低二噁英的排放量. Xing等[88]将棉花秸秆与生活垃圾共燃，发现二者共燃有明显的协同作用，可以改善点火与燃尽特性，促进二者的燃烧进程. 综上所述，生活垃圾与煤或其他固废的混烧是未来高效化和低害化处理的一个方向[52].
（3）焚烧与热解气化结合技术路线
近年来，生活垃圾焚烧处理技术呈现新的发展态势，焚烧炉与水泥窑、热解气化炉等热转化技术耦合的生活垃圾的处置方式逐渐开始应用[89-91]，该方式符合循环经济的发展要求，在废气、废水减量化的基础上，一定程度上有利于产物的循环利用. 目前，在我国西南地区开展了许多生活垃圾热解气化示范工程[92-93]，采用气化+二燃室工艺，生成CH4、CO和H2等气体燃料、热解油和生物炭，该方法不但可以固定有害金属，还可以生成高值化产品，未来有望成为焚烧技术的补充工艺.
郝彦龙等[94]介绍了生活垃圾“预处理+热解气化+烧结制砖”一体化工艺路线，可以有效解决100—500 t·d−1的生活垃圾处理问题，产物为可燃气和标砖，此外，燃烧后废渣经除铁和除铝后可作为水泥生料使用. 殷仁豪[95]设计了城市生活垃圾上吸式气化—灰渣熔融—产气均相转化—清洁燃烧的一体化工艺，在充分燃烧的基础上协同控制二噁英和NOx的排放. 张思成[96]则将垃圾焚烧流化床和固定床热解反应器耦合起来，不但可以解决热解反应能量供应问题，而且可以实现热电与化工产品的多联产. 此外，中国科学院过程工程研究所自行设计的解耦燃烧炉通过热解与燃烧过程的耦合技术[97-98]，在提高燃烧效率的基础上，利用半焦层对NOx的还原作用降低NOx的排放，与传统立式炉排炉相比，NOx减排率在40%以上. 目前已有的实验数据表明，解耦燃烧在使用煤、稻壳、制革废料作为燃料时均有较好的NOx减排效果[99]，其对生活垃圾低NOx焚烧技术的开发也有一定的前景和参考价值.
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本文通过对城乡生活垃圾的特点和处理现状的综述，系统的介绍了我国城市及乡镇的生活垃圾焚烧技术现状与存在的问题，并结合现有研究成果提出可能的解决办法与建议. 我国生活垃圾焚烧技术地区差异明显，东部的焚烧技术发展较快、应用较广，西部地区将填埋作为主要的生活垃圾处理方式，通过对比分析多种处理方式现状，认为我国未来将形成以垃圾焚烧技术为主，多元化处理方式为辅的生活垃圾处理趋势. 我国城市生活垃圾焚烧技术以炉排炉为主，由于乡镇生活垃圾产生相对分散、产生量较小，焚烧炉型要在炉排炉的基础上对炉排结构进行工艺改造，搭建适合小量级处理量的生活垃圾焚烧炉，此外，生活垃圾焚烧发电可以在一定程度上解决我国能源短缺的问题. 但是，我国生活垃圾焚烧技术仍不成熟，存在焚烧效率低、入炉前渗滤液污染等问题，通过改进炉型设计、渗滤液共同入炉燃烧等方案可以有效解决这一问题. 未来在十四五规划指导下，我国的垃圾分类措施将进一步加强，与污泥、煤、生物质的协同处置技术快速发展，以热解、气化等热转化技术与燃烧的耦合逐渐应用成为未来生活垃圾处理的主要趋势.
焚烧技术在城乡生活垃圾处理中的应用现状与进展
Application status and progress of incineration technology for treatment of municipal and rural solid waste
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摘要: 我国城乡经济高速发展，伴随的是生活垃圾产量的激增，严重危害生活环境. 因此，生活垃圾的有效处理已成为我国城乡建设持续发展的重要问题. 焚烧技术由于具有缩小体积、消毒杀菌、能量回收等优点，在生活垃圾的处理领域取得了诸多进展，目前已逐步取代垃圾填埋方式，占据我国生活垃圾处理的主要市场. 本文从我国城乡生活垃圾的产生和处理方式入手，系统地综述了我国各地区生活垃圾排放特征和焚烧技术的应用现状，对比了城乡生活垃圾焚烧炉型的差异和焚烧发电技术的应用进展. 同时，针对焚烧技术存在的问题，提出有效的解决办法，并对焚烧技术的未来发展趋势进行展望.Abstract: The rapid economic development of municipal and rural areas in China is accompanied by a surge in solid waste production, which seriously endangers the living environment. Therefore, the effective disposal of solid waste has become an important aspect for the sustainable development of municipal and rural areas in China. Incineration technology has made great progress in the field of solid waste treatment due to its advantages of volume reduction, disinfection and energy recovery, etc. It has gradually replaced the landfill technology, and occupied the main market of solid waste treatment in China. This paper systematically reviews the characteristics of solid waste emission, and analysis the current application of incineration technology in various regions of China from the generation and treatment of municipal and rural solid waste. In addition, the differences of incinerator between municipal and rural domestic waste are compared, and the progress of incineration power generation is also summarized. At the same time, the effective solutions are proposed aimed at the existing problems of incineration technology, and the future development trend of incineration technology is proposed.
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医疗废物是指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或者间接感染性、毒性以及其他危害性的废物[1-2]。医疗废物因其感染性和毒性等危险特性，对生态环境和人体健康均具有潜在风险。《国家危险废物名录》[3]中明确指出了医疗废物的危险特性。2020年9月1日实施的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》[4]中确定了医疗废物须按照《国家危险废物名录》管理，相关国际公约中也对医疗废物作出了管控要求[5]。2020年初，“新冠”疫情的爆发，使医疗废物处理处置问题再度受到了广泛重视，“加快补齐医疗废物收集处理设施方面短板”“加强医疗废物的处理处置工作”和“加强危险废物医疗废物收集处理要求”等最新要求的提出[6]，旨在有效应对我国医疗废物处理处置问题，提升医疗废物处理处置及风险防控能力。
我国2004年出台的《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》[7]明确了以焚烧处置技术为主体、消毒处理技术(非焚烧技术)为补充的医疗废物技术路线。近年来，随着医疗废物处理处置技术不断进步，我国医疗废物处理处置格局逐步过渡为焚烧处置与消毒处理并行发展，截至2018年，我国医疗废物焚烧处置量及消毒处理量分别占处理处置总量的60%和40%[6]。
医疗废物消毒处理技术的快速发展，既是新时代生态环境质量改善的必然要求，也是推进我国履约进程的重要途径。目前，我国主要的医疗废物消毒处理技术包括高温蒸汽、化学消毒、微波消毒和高温干热消毒。其中，高温蒸汽、化学消毒、微波消毒技术已相当成熟，且已形成相关工程技术规范，对技术本身的性能指标、环境绩效、工程建设要求等进行了系统性规定[8]；高温干热消毒技术在国内也具有众多工程案例，其技术工艺参数已在《医疗废物处理处置污染控制标准》中予以明确[2]，为实际工程应用提供了有效支撑。但技术的发展日新月异，现行的工程技术规范难以覆盖全部现有技术，为此，《医疗废物处理处置污染控制标准》为新技术的应用指明了方向，要求“采用新工艺和技术时，应通过第三方机构的测试评价认定”[2]。
环境技术验证(Environmental Technology Verification, ETV)评价，是一种典型的第三方评价制度，受环境保护技术开发者(所有者)、使用者或其他相关方委托，按照规定的验证评价标准、规范和程序，综合运用技术原理分析、测试、数理统计以及专家评价等方法，对所委托技术的技术性能、污染治理效果以及运行维护情况等进行验证[9-10]。以美国、加拿大为代表的发达国家于20世纪90年代中期开始，致力于建立并实施ETV评价制度，以助力环保创新技术的应用推广[11-12]。2013年，中国环境科学学会组织完成了我国首例ETV验证案例[13]，对于我国全面开展环境保护技术验证试点具有里程碑式的意义。
本研究以医疗废物消毒处理创新技术——摩擦热处理技术为研究案例，阐明ETV评价制度在医疗废物消毒处理领域的应用流程，尤其在无现行针对性技术规范的条件下，讨论通过ETV制度实现技术消毒处理有效性、环境友好性及工艺可行性的评价，为医疗废物消毒处理新技术提供有效的第三方评价模式参考，助力其推广应用。
1. 医疗废物摩擦热处理技术原理及创新性
1.1 技术原理及工艺流程
医疗废物摩擦热处理技术属于医疗废物非焚烧处理技术，用于处理医疗废物中感染性、损伤性和部分病理性废物。该技术及设备已获得世界银行和世界卫生组织的技术推荐，并在全球50余个国家拥有成熟的应用案例。目前，该技术已引进到国内，并已获得相关技术及专利的全部授权，处于可商业化推广应用阶段。本验证评价案例即选择应用于杭州市临安区中医院内的医疗废物摩擦热处理设备(NW15型)，该设备采用集装箱撬装结构。供评价设备项目于2020年8月开工建设，10月通过竣工环境保护验收，现已稳定运行超过6个月。
该技术的核心是利用医疗废物破碎摩擦过程产生的热量，对构成病原微生物活细胞的蛋白质进行热分解，从而实现医疗废物消毒处理的目的。该技术处理过程中存在蒸汽湿热和干热2种热力消毒作用，可认为是一种干热-湿热综合作用的消毒技术。该技术的工艺流程由进料、破碎研磨、高温消毒、喷淋冷却、蒸汽冷凝、尾气净化、残渣出料等环节组成，在进行摩擦热处理过程中，会有废水、废气、噪声和固废的产生[14]。具体工艺流程及产污节点如图1所示。
图 1 摩擦热处理技术工艺流程图Figure 1. Process flow diagram of frictional heat treatment technology1.2 技术创新性
与现有医疗废物消毒处理技术相比，摩擦热处理技术存在以下创新点。
1)采用非焚烧摩擦热作为消毒热源提供方式。传统医疗废物高温消毒处理技术，如高温蒸汽消毒技术、微波消毒技术及高温干热消毒技术等，一般通过外源热量传递方式使废物受热，故存在热量衰减、废物受热不均等问题。医疗废物摩擦热处理技术创新性地采用摩擦热作为医疗废物高温消毒的能量来源，摩擦热的产生源于消毒腔室内装有的多个固定的叶轮或叶片状的撞击板转子高速旋转的动能转化而来，在实现医疗废物充分研磨破碎的基础上，使废物360°无死角均匀摩擦受热，令致病微生物灭活，实现消毒处理目的。基于废物自身摩擦生热的方式，令受热更均匀，消毒效率得到显著提升。
2)实现了消毒处理与破碎毁形的有机统一。基于《医疗废物处理处置污染控制标准》[2]等标准政策的要求，经消毒处理的医疗废物应破碎毁形。传统消毒技术的消毒与破碎毁形为相对独立的两种处理过程，需要配备相应的处理设施，以同步实现消毒和破碎毁形的目的。医疗废物摩擦热处理技术具有的创新性的摩擦热消毒原理，确定了破碎摩擦过程是其消毒热源的产生方式，实现了消毒处理与破碎毁形的有机统一，缩减了消毒处理工艺流程、节约了设备建设安装成本、提高了消毒处理过程效率。
3)处理后产物具备能源化应用潜力。采用摩擦热处理技术处理后的医疗废物，彻底改变了原有形态，不仅实现了有效的破碎、减容、干燥，满足《医疗废物处理处置污染控制标准》[2]对消毒处理后医疗废物最终处置的条件，而且最终产物性质稳定且具有较高热值，具备能源化应用潜力。
4)满足医疗废物就地处理的需求。医疗废物由于其感染性，使其在处理处置之前的运输过程中存在较大的环境和健康风险。医疗废物摩擦热处理设备占地面积小，建设周期短，能够建设在有废物处理需求的医疗卫生机构内部，可实现医疗废物的就地消毒处理，避免了废物在运输过程中的潜在风险，同时节约了废物运输成本。此外，设备集成化程度高，便于构建移动化设施，有利于在偏远地区及应急期间使用。
2. 技术验证评价方案设计
根据《环境管理 环境技术验证》[15]《环境保护技术验证评价通用规范》[16]《环境保护技术验证评价测试通用规范》[16]的要求，对摩擦热处理技术验证评价方案进行了设计，基于验证评价目标和技术特点，设定了检测指标及采样、布点与分析方法。
2.1 检测指标设定
基于技术本身原理及运行过程，将验证评价指标分为环境效果指标、工艺运行指标和维护管理指标3类，具体指标设定分析过程可参见文献[14]，最终确定本次摩擦热处理技术ETV测试指标如表1所示。
表 1 摩擦热处理技术测试指标参数Table 1. Test parameters of frictional heat treatment technology测试指标类别 测试对象 测试具体参数 环境效果指标 消毒效果 嗜热性脂肪杆菌芽孢、枯草杆菌黑色变种芽孢杀灭对数值 大气污染物排放 有组织排放废气中VOCs(以非甲烷总烃计)、颗粒物、恶臭污染物(除臭气浓度)；厂界无组织排放废气中VOCs(以非甲烷总烃计)、颗粒物 水污染物排放 粪大肠菌群数、pH值、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、悬浮物(SS)、动植物油、石油类、阴离子表面活性剂、挥发酚、总氰化物、总汞、总镉、总铬、六价铬、总砷、总铅、总银 噪声 设备所在场所室内及厂界噪声 固体废物排放 医疗废物处理后固体废物排放量及减容率 工艺运行指标 处理系统 不同处理阶段温度、高温消毒阶段持续时间 处理规模 小时处理能力 维护管理指标 能耗物耗 水量、电量 | Show Table
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2.2 检测点位布置
基于摩擦热处理设备的工作原理，医疗废物会在反应腔室内进行均匀粉碎摩擦，因此，将生物试验样本混于医疗废物中，与医疗废物一同受摩擦热处理。
针对污染物排放检测布点，根据相关检测标准，有组织排放大气污染物测试点位选取废气排放管段，无组织排放测试点位选取在医院厂界四周(上风向1处，下风向3处)，水污染物测试点位选取在设备废水排放口，噪声测试点位选取设备所在集装箱内部、外部及医院厂界。测试点位布置如图2所示。
2.3 采样及分析方法
根据医疗废物摩擦热处理技术的特点和评价目标，在技术验证评价测试阶段，需采集生物样品、大气(有组织废气和无组织废气)样品、水样品、噪声和固体废物并设计针对性的检测方案[14]。进行消毒效果测试时，采用模拟医疗废物，避免真实医疗废物中的致病微生物对指示菌种的影响，造成消毒效果检测结果的失准。本次验证评价对象为临安区中医院，其产生的医疗废物中占比最大的中药渣被单独分离后作为生活垃圾处理。其他医疗废物与普通综合医院产生的医疗废物一致，根据杭州市一般综合医院医疗废物组分分布，本次验证评价所用模拟医疗废物的组成如表2所示。进行废气、废水、噪声等指标测试时，采用中医院实际医疗废物，模拟医疗废物和实际医疗废物的投加量均为每批次20 kg，符合NW15型摩擦热处理设备的一般投加量。此外，基于摩擦热处理技术原理，应用过程中严控废物源头分类，避免化学性、药物性废物及大型金属损伤性废物的混入，导致消毒效果降低或造成设备损坏。
表 2 模拟医疗废物组分Table 2. Components of simulated medical waste组分 具体组成 质量/kg 质量占比 棉纱 纱布、床单、尿垫、口罩、防护服等 3.0 15.0% 塑料 输液管(袋)、冲洗袋、针筒、试管、导管等 8.5 42.5% 金属 针头、刀片、剃须刀等 0.5 2.5% 木料 棉签等 0.5 2.5% 玻璃 玻璃瓶、载玻片、培养皿等 4.0 20.0% 橡胶 橡胶皮管等 1.0 5.0% 水 水 2.5 12.5% | Show TableDownLoad:
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3. 检测结果与评价分析
3.1 生物检测结果评价
基于ETV检测方案设计，共进行了6次生物消毒效果检测，其中嗜热脂肪杆菌芽孢和枯草杆菌黑色变种芽孢各进行3次，具体检测结果如表3所示。结果表明，对人工染菌于特制聚四氟乙烯管腔的嗜热脂肪杆菌芽孢和枯草杆菌黑色变种芽孢的平均杀灭对数值均大于4.00，符合现行医疗废物消毒处理相关技术规范对消毒效果的要求，如《医疗废物高温蒸汽集中处理工程技术规范》《医疗废物微波消毒集中处理工程技术规范》等[8]。此外，检测结果也印证了医疗废物摩擦热处理技术的技术原理，为干热-湿热综合作用的消毒处理技术。
表 3 消毒效果检测结果Table 3. Test results of disinfection treatment试验菌株 样本编号 不同试验次数各染菌载体平均杀灭对数值 1 2 3 枯草杆菌黑色变种芽孢aATCC9372 1 >4.00 >4.00 >4.00 2 >4.00 >4.00 >4.00 3 >4.00 >4.00 >4.00 4 >4.00 >4.00 >4.00 5 >4.00 >4.00 >4.00 6 >4.00 >4.00 >4.00 7 >4.00 >4.00 >4.00 8 >4.00 >4.00 >4.00 9 >4.00 >4.00 >4.00 10 >4.00 >4.00 >4.00 嗜热脂肪杆菌芽孢bATCC7953 1 >4.00 >4.00 >4.00 2 >4.00 >4.00 >4.00 3 >4.00 >4.00 >4.00 4 >4.00 >4.00 >4.00 5 >4.00 >4.00 >4.00 6 >4.00 >4.00 >4.00 7 >4.00 >4.00 >4.00 8 >4.00 >4.00 >4.00 9 >4.00 >4.00 >4.00 10 >4.00 >4.00 >4.00 注：a枯草杆菌黑色变种芽孢阳性对照组平均菌落1.45×106 cfu·载体−1 (1.36×106~1.59×106 cfu·载体−1)，阴性对照组无菌生长；b嗜热脂肪杆菌芽孢阳性对照组平均菌落1.46×106 cfu·载体−1 (1.35×106~1.68×106 cfu·载体−1)，阴性对照组无菌生长。 | Show TableDownLoad:
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3.2 环境检测结果评价
1)废气。针对真实医疗废物摩擦热消毒处理后废气排口的大气污染物排放情况，进行了连续6批次样品采集及检测，每批次分别检测VOCs(以非甲烷总烃计)、颗粒物、恶臭污染物(氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇等八项污染物)3个大气污染物的排放质量分数和排放速率。检测结果如表4所示。废气排放口中氨、二硫化碳、苯乙烯3种恶臭污染物检测结果如表5所示；而另外5种恶臭污染物(三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫)的检测结果由于未检出故未在表中列出。
表 4 废气排放口VOCs与颗粒物检测结果Table 4. Test results of VOCs and particulate matter from gas exhaust采样批次 VOCs(以非甲烷总烃计) 颗粒物 排放质量浓度/(mg·m−3) 标准排放限值/(mg·m−3) 排放速率/(kg·h−1) 标准排放速率限值a/(kg·h−1) 排放质量浓度/(mg·m−3) 标准排放限值/(mg·m−3) 排放速率/(kg·h−1) 标准排放速率限值a/(kg·h−1) 1 1.38 20 4.86×10−4 0.2 <20 120 — 0.07 2 1.30 20 4.33×10−4 0.2 <20 120 — 0.07 3 1.12 20 3.99×10−4 0.2 <20 120 — 0.07 4 1.17 20 4.13×10−4 0.2 <20 120 — 0.07 5 1.05 20 3.63×10−4 0.2 <20 120 — 0.07 6 0.96 20 3.24×10−4 0.2 <20 120 — 0.07 注：a根据《大气污染物综合排放标准》[17]，由于设备排气筒高度为3 m，低于15 m，用外推法再严格50%算得非甲烷总烃和颗粒物排放速率限值分别为0.2和0.07 kg·h−1；“—”表示未检出，颗粒物排放浓度低于检出限，即显示<20 mg·m−3，因此未能折算得到具体排放速率参数。 | Show TableDownLoad:
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表 5 废气排放口恶臭污染物检测结果Table 5. Test results of odor pollutants from gas exhaustmg·m−3 采样批次 氨 二硫化碳 苯乙烯 排放质量浓度 标准排放限值 排放质量浓度 标准排放限值 排放质量浓度 标准排放限值 1 — 1.5 0.27 3.0 — 5.0 2 — 1.5 0.33 3.0 0.065 5.0 3 — 1.5 0.31 3.0 — 5.0 4 0.35 1.5 0.24 3.0 — 5.0 5 — 1.5 0.38 3.0 — 5.0 6 0.32 1.5 0.13 3.0 — 5.0 | Show TableDownLoad:
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由表4和表5可知，在医疗废物摩擦热处理技术应用过程中，有组织排放大气污染物排放质量浓度及排放速率均低于《医疗废物处理处置污染控制标准》[2]相关排放限值要求，工艺废气均可达标排放。其中，VOCs(以非甲烷总烃计)质量浓度低于《医疗废物处理处置污染控制标准》要求的排放限值20 mg·m−3；颗粒物检测结果均小于20 mg·m−3，低于《大气污染物综合排放标准》[17]中的新污染源大气污染物排放限值120 mg·m−3。恶臭污染物中8项污染物指标除氨、二硫化碳和苯乙烯有检测数据，其余5项污染物均未检出，且氨排放检测结果低于《恶臭污染物排放标准》[18]中恶臭污染物厂界标准值二级新扩改建氨排放标准限值1.5 mg·m−3，二硫化碳检测结果低于标准限值3.0 mg·m−3，苯乙烯检测结果低于标准限值5.0 mg·m−3。
针对真实医疗废物摩擦热消毒处理后无组织排放废气，根据标准要求，在临安区中医院厂界设置了4个监测点位，并连续检测了3批次，分别检测VOCs(以非甲烷总烃计)和颗粒物2个大气污染物的排放质量分数。组织排放检测结果如表6所示。由表6可知，医疗废物摩擦热处理技术应用过程中厂界大气污染物无组织排放的排放质量浓度均低于《医疗废物处理处置污染控制标准》[2]相关限值要求。其中，VOCs(以非甲烷总烃计)无组织排放检测结果为0.69~1.02 mg·m−3，低于《大气污染物综合排放标准》[17]中的新污染源大气污染物非甲烷总烃无组织排放限值4.0 mg·m−3；颗粒物检测结果为0.098~ 0.229 mg·m−3，低于标准限值1.0 mg·m−3。
表 6 厂界大气污染物无组织排放检测结果Table 6. Test results of fugitive emission from enterprise boundarymg·m−3 采样批次 非甲烷总烃 颗粒物 排放质量浓度 标准排放限值 排放质量浓度 标准排放限值 1-1(上风向) 0.69 4.0 0.212 1.0 1-2(下风向) 0.90 4.0 0.114 1.0 1-3(下风向) 0.96 4.0 0.196 1.0 1-4(下风向) 1.02 4.0 0.130 1.0 2-1(上风向) 0.75 4.0 0.180 1.0 2-2(下风向) 0.88 4.0 0.229 1.0 2-3(下风向) 0.85 4.0 0.115 1.0 2-4(下风向) 0.95 4.0 0.098 1.0 3-1(上风向) 0.85 4.0 0.148 1.0 3-2(下风向) 0.94 4.0 0.197 1.0 3-3(下风向) 0.80 4.0 0.132 1.0 3-4(下风向) 0.92 4.0 0.099 1.0 | Show TableDownLoad:
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2)废水。针对真实医疗废物摩擦热消毒处理产生的废水，在设备排口进行了连续6批次样品采集及检测，其中pH的检测结果为7.10~8.05，满足6~9的限值范围要求。
废水中其他污染因子中获得检测结果的项目包括化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、动植物油、石油类、阴离子表面活性剂和挥发酚，其余污染因子未检出或仅检出1次，且排放量远低于《医疗机构水污染物排放标准》[19]中的标准限值要求。具体检测结果如图3所示。
废水污染物检测结果表明，在医疗废物摩擦热处理技术应用过程中，废水中污染物排放质量浓度满足《医疗废物处理处置污染控制标准》[2]的相关要求，其中pH满足《医疗机构水污染物排放标准》[19]中综合医疗机构和其它医疗机构水污染物排放限值中预处理标准中6~9的限值要求；其他污染物检测结果均低于标准限值要求。对设备废水排口进行废水排放量检测，结果显示每批次处理产生废水量约14.4 L。
3)噪声。针对设备运行过程的噪声，具体检测内容包括厂界噪声及设备所在室内噪声2项。其中，根据《工业企业厂界环境噪声排放标准》[20]对厂界的定义，厂界既包括场所或建筑物边界，也包括产生噪声的固定设备实际占地的边界。因此，本次ETV中针对厂界噪声分别从中医院厂界和设备所在集装箱周界进行测试，室内噪声在集装箱内部测试。检测结果如表7所示。表7中的数据表明，在医疗废物摩擦热处理技术应用过程中，设备所在集装箱周界及中医院厂界噪声检测结果均低于《工业企业厂界环境噪声排放标准》[20]中2类功能区昼间噪声限值60 dB(A)。集装箱室内噪声检测结果均低于《工业企业噪声卫生标准(试行草案)》[21]中规定的噪声限值85 dB(A)。
表 7 噪声检测结果Table 7. Test result of noisedB(A) 采样位置 采样批次 噪声现场检测值 噪声标准限值 中医院厂界 1-1(厂界东侧) 58 60 1-2(厂界南侧) 57 60 1-3(厂界西侧) 57 60 1-4(厂界北侧) 54 60 集装箱周界 1-1(厂界东侧) 58 60 1-2(厂界南侧) 58 60 1-3(厂界西侧) 58 60 1-4(厂界北侧) 57 60 2-1(厂界东侧) 58 60 2-2(厂界南侧) 58 60 2-3(厂界西侧) 57 60 2-4(厂界北侧) 58 60 3-1(厂界东侧) 59 60 3-2(厂界南侧) 59 60 3-3(厂界西侧) 57 60 3-4(厂界北侧) 57 60 集装箱室内 1 71 85 2 76 85 3 79 85 | Show TableDownLoad:
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4)固废。针对摩擦热处理后产生的固体废物，经连续6批次真实医疗废物处理，平均每批次处理废物量为19.8 kg，无害化处理后的废物量为22.3 kg。核算，每处理1 t医疗废物约产生1.1 t处理后废物，物处理后得到有效减容，平均减容率达到81.6%。结合每批次废物处理排放废水量，核算得到每处理1 t废物约排放废水0.73 t。摩擦热处理后的医疗废物满足《医疗废物处理处置污染控制标准》[2]对经消毒处理的医疗废物最终处置的要求，满足进入生活垃圾焚烧厂和填埋场的入炉与入场要求。
3.3 运行维护检测结果评价
1)温度校准。采用K型铠装热电偶传感器(INOR K型)在设备底部温度测试点进行温度检测，并以四通道测温仪(Fluke 1529)进行实时温度显示和记录，通过与处理设备自身温度显示数据对比进行校准检测。温度检测位置如图4所示，温度检测结果如表8所示。由表8结果可见，设备传感器测量温度，即设备仪表指示温度与实际测量值一致，平均测量误差约为1.4 ℃，最大测量误差出现在温度峰值150 ℃的测量中，误差值为2.7 ℃。该误差数据满足设备温度检测说明中提供的152~156 ℃检测范围，可保证测量的准确性，也保证了其他验证测试中以设备传感器显示温度和持续时间为参数依据的可靠性。
表 8 温度检测结果Table 8. Test results of temperature℃ 处理阶段 设备仪表指示值 实际测量值 误差值 升温阶段 61 62.9 1.9 91 92.6 1.6 135 135.6 0.6 150 152.7 2.7 降温阶段 131 132.4 1.4 94 94.2 0.2 | Show TableDownLoad:
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2)运行参数。根据实际运行参数记录，在连续6批次真实医疗废物摩擦热处理中，设备平均运行时间约为35 min，其中≥135 ℃的高温消毒阶段持续时间为7.4 min。该持续时间可满足摩擦热处理工艺高温消毒阶段持续时间>2 min的要求[14]。基于测试结果，分析得到摩擦热处理运行至各温度阶段的持续时间(见图5)。图5表明，摩擦热处理包括“冷启”和“热启”2种不同启动类型，“冷启”为设备启动状态从室温启动，“热启”为在前一批次处理后再次启动。总体上，设备“冷启”或“热启”对废物处理中初始阶段(室温~90 ℃)持续时间有一定影响，但对处理总时间影响不大，且对≥135 ℃的高温消毒阶段持续时间影响甚微，因此，不影响设备的消毒效果。
图 5 摩擦热处理运行各阶段温度与持续时间关系Figure 5. Relationship between process stage and time of frictional heat treatment3)处理规模。基于本次ETV的实际测试结果，单批次废物的平均处理量为19.8 kg，单批次废物的平均处理时间为35 min，核算得到该型号设备小时处理能力约为34 kg·h−1。按照消毒处理设备每天运行时间不少于16 h的规定，则该型号设备的日处理量约为0.5 t。
4)损耗及成本。由于医疗废物摩擦热处理设备运行过程中仅消耗水、电，不涉及其他物料，因此，其损耗及成本通过耗水量及耗电量进行核算。经核算，该技术处理1 t医疗废物的耗水量为0.85 t、耗电量为363.6 kW·h，处理1 t医疗废物的直接成本约为258.5元。以上核算结果表明，该技术处理过程消耗少、处理成本较低。
4. 结论
1)通过本次医疗废物消毒处理技术的ETV验证，证实摩擦热处理技术是一种切实有效的医疗废物消毒处理新型技术。验证测试结果表明，该技术能够达到以下效果：对染于特制染菌载体内的嗜热脂肪杆菌芽孢和枯草杆菌黑色变种芽孢的平均杀灭对数值均>4.00，满足现有相关技术规范的消毒效果要求；处理过程产生的废气、废水、噪声等，其污染物排放均满足《医疗废物处理处置污染控制标准》的相关要求，具体排放参数均低于相应专项标准的排放限值；经核算，采用摩擦热技术每处理1 t医疗废物约产生1.1 t处理后废物，产生废物的减容率达到约81.6%；采用摩擦热技术处理1 t医疗废物的耗水量约为0.85 t，耗电量为363.6 kW·h，处理1 t医疗废物的直接成本约为258.5元。
2)验证测试结果表明，医疗废物摩擦热处理技术不仅能够有效实现医疗废物的消毒处理目的，同时处理过程中污染物排放达标，能源消耗少，处理成本低，环境效益和社会效益显著，是继高温蒸汽、化学消毒、微波消毒、高温干热等技术之后，又一充满广阔应用前景的医疗废物消毒处理技术，为补齐我国医疗废物收集处理短板提供了技术储备。
3)本研究结果进一步表明，环境技术验证评价方式能够为医疗废物消毒处理新技术的应用推广提供有效助力，其客观、科学的评价方法能够使更多的生态环境技术得到公平、公正的评价，从而得到推广应用。
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图 1 （a）2013—2020年全国城乡生活垃圾年产量和（b）全国各地区生活垃圾的分类
Figure 1. （a） Annual production of municipal and rural solid waste in China from 2013 to 2020 and （b） Classification of solid waste in geographical division of China
图 2 （a）2013—2020年全国不同生活垃圾处理方式的处理厂数量和（b）无害化处理量
Figure 2. （a） Number of solid waste treatment plants and （b） harmless treatment volume of different solid waste treatment methods in China from 2013 to 2020 （Data from China Statistical Yearbook 2013—2020）
图 3 2019年不同生活垃圾的处理量在各省市的分布（数据来源于第二次全国污染源普查公报）
Figure 3. Distribution of different solid waste treatment amounts in various provinces in 2019 （Data from the Bulletin of the Second National Survey of Pollution Sources）
图 4 2020年全国各省份焚烧炉数量及处理能力
Figure 4. Number and treatment capacity of incinerators in various provinces of China in 2020
图 5 2013—2020年全国乡镇生活垃圾产生量和无害化处理率
Figure 5. Production and harmless processing ability of rural solid waste of China from 2013 to 2020
图 6 2020年全国各地区生活垃圾焚烧发电量占比
Figure 6. Proportion of domestic waste incineration power generation by region in 2020
图 7 （a）2013—2020全国生活垃圾焚烧渗滤液产生量与（b）处理能力测算（数据来源于2013—2020年中国统计年鉴）
Figure 7. （a） Production of leachate from domestic solid waste incineration in China during 2013—2020 and （b） calculation of treatment capacity （Data from China Statistical Yearbook 2013—2020）
表 1 常规生活垃圾焚烧处理技术比较
Table 1. Comparison of conventional domestic waste incineration treatment technologies
垃圾焚烧技术Waste incineration technology 炉排炉技术Grate furnace technology 循环流化床技术Circulating fluidized bed technology 回转窑技术Rotary kiln technology 工艺简介 垃圾位于炉排上方，炉排通过运动带动垃圾位移，形成预热段，燃烧段和燃尽段 一般以石英砂作为流化床料，气体带动床层床料和垃圾，速度增大时物料变为流化状态 垃圾在回转窑内完成水分蒸发、挥发分析出、着火及燃烧的过程，灰渣由二燃室底部排出，烟气进入二燃室再燃 优点 燃烧稳定，飞灰量较少（约为垃圾量的3%—5%），炉渣热灼减率低，技术相对成熟，运行时间长 燃烧效率在95%—99%，炉温可控制在850—950 ℃，点火启动成本较低，对不均质垃圾适应性好，可以实现渗滤液伴烧，有利于环境安全 适应性广，操作可靠，燃烧完全，运行平稳，设备费用低 缺点 点火启动耗费较大 飞灰量较大（约为垃圾量的10%—15%），CO排放超标，需要控制物料的粒径，处理量较小 对于热值较低、含水量较高的生活垃圾焚烧效率低 单台处理能力 800—1200 t·d−1 600 t·d−1 800 t·d−1 运行时间 >8000 h 6000 h 6000 h
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