垃圾處理是城市管理中的一個大難題。據(jù)統(tǒng)計，全國600多座城市已堆放或填埋各類垃圾80億噸，約有1/3的城市被垃圾包圍。隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城市化進(jìn)程，這個數(shù)據(jù)還以平均每年8％～10％的速度遞增。我們能否找到吞垃圾、吐能源的方法來破解“垃圾圍城”之困？近日，一種利用微波技術(shù)將生活垃圾分解為油、氣和活性炭等產(chǎn)物的新型裝置已經(jīng)出現(xiàn)，未來或許能用這種技術(shù)實現(xiàn)垃圾處理與資源再生。
A.垃圾可分解成油和氣
人們每年產(chǎn)生的各類生活、工業(yè)、建筑垃圾有數(shù)億噸，這些被我們?nèi)拥舻乃芰现破?、廢舊衣物、餐廚垃圾、園林垃圾、醫(yī)療垃圾等有機(jī)固體廢棄物，除了被當(dāng)作廢品焚燒成焦煳狀之外，其實還有更大的用處。
科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，垃圾中蘊(yùn)藏著豐富的能源資源，垃圾物質(zhì)可以發(fā)電、堆肥甚至煉油。美國更將垃圾稱為第二礦產(chǎn)，處理垃圾的行業(yè)也被視作朝陽產(chǎn)業(yè)。在我國，有研究人員測算，每年產(chǎn)生的垃圾可利用價值高達(dá)250億元。對于飽受能源短缺、油價上漲等問題困擾的中國來說，這些無處安放的垃圾其實是一個巨大的寶庫。
2011年，加拿大曾將微波輻照裂解技術(shù)用于廢舊輪胎回收處理，它的微波裂解廢輪胎處理設(shè)施，在分子水平上進(jìn)行，不融化輪胎，而是降解斷裂分子鍵，幾乎實現(xiàn)報廢輪胎資源100%回收再利用，年回收90萬升燃油。
盡管微波輻照裂解技術(shù)應(yīng)用于垃圾處理在國外還沒有先例，但這給垃圾處理指出了一個方向。
目前，我國利用微波技術(shù)分解垃圾的研究已經(jīng)取得了一些進(jìn)展。這種技術(shù)首先將原始垃圾進(jìn)行分選，處理為適合用微波裂解的垃圾原料。垃圾在微波的還原性作用下裂解為氣、液、固三種產(chǎn)物，其后可利用化學(xué)化工技術(shù)將分揀后的垃圾微波裂解產(chǎn)物加工為產(chǎn)品，氣體產(chǎn)物經(jīng)過處理后，可以直接進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)電。液體產(chǎn)物經(jīng)油水分離器被分離，分離出來的水經(jīng)廢水處理得到凈化。油則進(jìn)入蒸餾塔，分離出不同沸點的燃料油。固體產(chǎn)物可制備活性炭，從其中分離出的硅鈣物，還可作為建材原料外賣，或加工為硅鈣板及含碳裝飾材料。
B.實現(xiàn)垃圾無害處理
傳統(tǒng)垃圾處理有三種方法：焚燒法、填埋法和堆肥法。但在垃圾處理過程中，人們發(fā)現(xiàn)雖然這些方法能部分解決垃圾處理難題，但都存在污染環(huán)境、資源利用率不高的問題。
作為國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)重點推薦項目，中國航天科工集團(tuán)公司二院23所已經(jīng)研制出了利用微波技術(shù)裂解垃圾的裝置。這個大功率微波輻照裂解垃圾設(shè)備像一個超大號“微波爐”，它將垃圾進(jìn)行微波加熱、分解，不但可將垃圾無害化處理，還可以分層次對垃圾進(jìn)行能源綜合利用，實現(xiàn)多用途的變廢為寶。這也是目前國內(nèi)shou個能夠?qū)⒗幚砗唾Y源再生同步完成的先進(jìn)技術(shù)，已在北京市的研發(fā)生產(chǎn)基地試驗運行。
“以前焚燒垃圾時黑煙裊裊的景象將不存在，裂解設(shè)備在爐內(nèi)對垃圾進(jìn)行無害化處理。因為在爐子里面沒有氧氣的條件下進(jìn)行，不會像焚燒垃圾那樣，產(chǎn)生有毒氣體。處理過程在還原性條件下進(jìn)行，不產(chǎn)生氮氧化物、硫氧化物、二英、高價的重金屬氧化物等有毒有害物，其中還有部分碳被固定下來，生產(chǎn)出活性炭，大大降低了CO2的排放，符合目前大力提倡的低碳經(jīng)濟(jì)的要求，處理后的廢水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，并能循環(huán)利用?！敝袊教炜乒ぜ瘓F(tuán)二院23所研究員魏世東說。
C.每天將可生產(chǎn)約3000立方米天然氣
進(jìn)行微波裂解垃圾的關(guān)鍵部件是微波裂解腔，也就是超級微波爐的“大肚子”。作為垃圾物料在微波輻照下進(jìn)行高溫裂解的反應(yīng)容器，裂解腔的性能優(yōu)劣直接決定了垃圾裂解的效率和產(chǎn)物質(zhì)量。微波裂解腔的研制需要解決微波隔離、微波分布、物料分布、物料流動與控制、連續(xù)進(jìn)出料、結(jié)焦處理和還原條件下的連續(xù)裂解等問題，是一個典型的多學(xué)科融合的綜合技術(shù)產(chǎn)物。
此次用于處理垃圾的微波裂解腔有效容積超過1000升，是目前已知的國內(nèi)zui大裂解反應(yīng)腔。經(jīng)過測算，一臺20KW功率的微波垃圾裂解設(shè)備處理1噸垃圾可以產(chǎn)生37.5立方米的天然氣，37升—62升燃料油和一定量的活性炭。150KW的“超級微波爐”每天可以處理80噸原始垃圾，預(yù)計可日產(chǎn)出2964升—4964升的燃料油，以及約3000立方米的天然氣，這相當(dāng)于近600個天然氣罐的使用量。
據(jù)統(tǒng)計，北京市2014年全市生活垃圾產(chǎn)量為733萬噸，日均2萬噸。如果都進(jìn)行微波裂解處理，全北京垃圾處理生產(chǎn)再利用將產(chǎn)生2749萬立方米天然氣和2716萬升-4526萬升液體燃料，不僅能夠解決目前垃圾圍城的窘境，更能真正實現(xiàn)變廢為寶，實現(xiàn)環(huán)境和資源的可持續(xù)發(fā)展。
目前這種裝置正在試驗與演示驗證階段，計劃日處理20噸原始垃圾。試驗成熟后，裝置將達(dá)到日處理近100噸原始垃圾的能力。多套裝置并線運行后，可大大增加垃圾處理廠處理能力和運行效率。微波輻照裂解垃圾設(shè)備后續(xù)還可通過系列化開發(fā)，形成一系列不同處理能力的微波輻照裂解垃圾裝置，滿足城鄉(xiāng)各種垃圾處理的需求。
德國：避免產(chǎn)生垃圾已成公眾習(xí)慣
在德國，酸奶包裝上會有“請撕開”標(biāo)識，這并非抽獎活動，而是提示人們將塑料杯以及外面的一圈紙質(zhì)包裝分離，以便更好地將塑料垃圾和紙質(zhì)垃圾分類。
垃圾分類已成為德國人生活的一部分，民眾大多會自覺將垃圾按照紙質(zhì)垃圾、生物可降解垃圾、玻璃垃圾、電子垃圾、生活垃圾等分類并投入到相應(yīng)垃圾箱中。家庭、學(xué)校以及社會的教育讓孩子覺得垃圾分類是件自然的事。
垃圾分類回收不僅節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，還促使新商業(yè)模式的產(chǎn)生，垃圾管理公司就是一例。例如，某小區(qū)的垃圾處理費為每年1000歐元，小區(qū)管理者可以委托垃圾管理公司想辦法減少這筆費用。于是，垃圾管理公司人員會經(jīng)常給小區(qū)的一些分錯類的垃圾重新分類，并定期提供垃圾分類咨詢活動，向小區(qū)居民普及垃圾回收知識，幫助人們更為準(zhǔn)確地給垃圾分類。最終，小區(qū)整體支付的垃圾處理費可能降至400歐元，資源也得到更好的回收再利用。
垃圾分類固然重要，避免產(chǎn)生垃圾才是根本。為此，德國政府2013年發(fā)起“避免垃圾產(chǎn)生項目”，以完善法律法規(guī)、加強(qiáng)科技研發(fā)、注重宣傳教育等為手段，減少垃圾，保護(hù)環(huán)境。
針對普通消費者的具體措施包括鼓勵拼車出行，提醒他們不購買過度包裝的產(chǎn)品，少使用一次性包裝，不浪費糧食等。
實際上，避免垃圾產(chǎn)生和垃圾回收再利用僅是節(jié)約利用有限資源的一部分。為應(yīng)對全球原材料價格上漲以及原材料使用可能帶來的環(huán)境問題，德國政府于2012年出臺“德國資源效率項目”，以期提高資源使用效率，減少原材料使用，在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的同時，強(qiáng)化德國經(jīng)濟(jì)競爭力。
“德國資源效率項目”文件中提出，德國已在減少原材料消耗的同時保持經(jīng)濟(jì)增長，2000年至2010年，德國經(jīng)濟(jì)增長顯著，對原材料需求卻減少11.1％。
不過，這對德國來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。德國政府曾在《國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》中提出，與1994年相比，德國2020年的原材料利用率將翻番。而“德國資源效率項目”正是德國為實現(xiàn)這一雄心勃勃目標(biāo)邁出的具體一步。
(作者單位：中國航天科工集團(tuán)二院23所)（據(jù)新華社）
