董瑞程等：国内外海岛固体废弃物处置方式研究

海岛是四面环水并在高潮时高于水面的自然形成的陆地区域,全球共有20余万个海岛,总面积达到996. 35万km2,占陆地总面积的6. 6%[1]。海岛是沿海经济发展、国防建设、生态建设的重要基点,岛上及其周围水域环境具有独特的生态资源和旅游资源。近些年,海岛的大规模开发和建设导致海岛固体废弃物(固废)产量增加,随意丢弃和填埋等不合理行为造成海岛土壤和水体受到污染[2]。海岛由于地理位置偏远,四面环海,交通运输不方便,固废转运和处理较为困难。目前国内对于海岛固废的研究比较少,海岛固废治理方法要根据海岛经济状况和环境特点选择。基于此,本研究对国内外海岛固废产生特点、处理方式、面临问题做简要的介绍,并提出海岛固废处置的相关建议。

1海岛固废产生特点

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固体废弃物产量和物理组成是选择其处理方式的重要参考依据,一般与当地自然条件、气候条件、城市规模、居民生活习俗、食品结构、燃料结构和经济发展水平有关,不同地区固废组分和含量差别较大[3]。海岛固废产量及物理组成呈现出一定规律特征。

1. 1 产量

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近些年,海岛固废产量随着经济的发展、人口的增长以及生活水平的改善而大幅增加[4]。毛里求斯1990年人均固废产量为0. 6 kg/d,到2010年增长到1.0 kg/d[5]。表1为国内外部分海岛固废产量[6- 16]。相对于大陆地区,海岛固废人均产量普遍偏高。如:加那利群岛人均产量为1. 86 kg/d,西班牙全国固废人均产量只有1. 37 kg/d[13];波多黎各海岛人均产量为2. 45 kg/d,而全美人均产量为2. 04 kg/d[15]。海岛固废人均产量较高的主要原因是:①海岛养殖业和种植业产生的副产品垃圾较多,如埃克苏马群岛固废中含有大量甘蔗和香蕉作物秸秆[10];②生活物资基本靠外运,商品包装产生额外垃圾,如克里特岛塑料包装盒就占到塑料总量的37%[8]。③海岛旅游业的发展增加了固废产量,如台湾绿岛每年游客达到35万人次,平均每个游客可产生垃圾3.91 kg[7]。

受旅游业发展以及气候变化的影响,海岛固废总产量季节性变化较大。梅诺卡岛8月固废产量为冬季月份平均值的2倍[9],我国外伶仃岛和东澳岛各月份固废产量如图1所示,也表现出夏秋季节高,冬春季节少的规律。

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1. 2 物理组分

海岛产业发展影响到当地居民的生产生活方式,进一步影响固废的产生来源。海岛由于具备独特的地理位置和气候条件,一般以发展种植业、养殖业和旅游业为主,固废组成呈现一定的规律。选取国内外6个典型海岛垃圾为研究对象,其固废物理组分如表2所示。

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海岛固废中有机类含量最高,包括剩菜剩饭、瓜果、种植和养殖业的副产物以及庭院落叶等。毛里求斯固废中有机类含量远高于其他海岛,这与毛里求斯以种植产业为主要的经济结构直接相关。毛里求斯种植有大量的甘蔗作物,甘蔗制糖产生许多植物残渣和秸秆等有机类垃圾。我国南日岛以养殖业为主,海岛固废中有机类垃圾含量也较高,其中禽畜粪便、藻渣就分别占到总量的17. 2%和12. 7%[16]。以旅游业发展为主的克里特岛和兰卡威岛固废中纸和塑料含量高于其他海岛,这是由于游客在旅游过程中消费大量的商品,产生较多的纸盒、纸箱、泡沫箱、塑料瓶等。克里特岛固废的研究表明人类社会活动和垃圾组分和产量具有强的相关性,在旅游人数较多的景点区域,铝制瓶罐、玻璃瓶等组分含量较高,纸类和塑料包装垃圾产量比重也较其他地方高[8]。我国旅游型小海岛外伶仃岛和东澳岛固废中纸类和塑料包装垃圾也较多。

2海岛固废管理现状

目前海岛固废处置大致有3种:①岛内粗放式处理,岛上固废直接填埋或就地焚烧,如巴林岛[18]、南日岛[16];②将固废分类收集,综合处理,如日本宫古岛[19];③将固废压缩,用船运至大陆地区处理,如爱沙尼亚群岛[20]、外伶仃岛和东澳岛。固废的整个管理过程包括收集、转运和末端处理。

2. 1 收集、转运

固废收集是固废管理体系中首要且重要的一环,收集不充分将影响后续的转运和处理过程的正常进行。一些海岛由于固废收集设施缺少,产生者将固废随意堆放或就地焚烧,严重危害海岛生态环境和居民健康[18]。收集及转运费用一般在固废管理总费用中占比较高,海岛由于地理位置偏远,收集转运费用更高,如马来西亚群岛固废收集费用占到市政总经费的75%[17]。许多海岛由于无法提供足够的收集运输费用,固废只能就地堆放[21]。许多研究表明,有组织的分类收集可降低垃圾收集和转运费用[22]。此外,一些海岛由于填埋场选址困难或者填埋场已经饱和,固废船运至大陆处理。万山群岛是国内第一个将固废离岛处理的地区,摒弃了原先的岛内填埋和焚烧,避免了固废处理过程中潜在的环境污染。离岛外运处理的最大阻碍是高昂的运输费用,我国万山群岛外运1 t固废成本为1 500~ 2 000元。

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在旅游旺季及台风季节,海岛固废产量较高,收集、转运也要考虑环卫人员和运输车辆的增运。梅诺卡岛夏季固废产量最高,雇佣的环卫人员较其他季节多17%,垃圾运输车的使用频次是冬季的2 倍[9]。我国外伶仃岛和东澳岛8月固废产量全年最高,由于环卫工人和设施有限,岛上固废不能及时收运,堆放现象严重。海岛固废的有效收集不仅需要完备的基础设施,也需要当地居民以及游客的配合。毛里求斯尽管挨户进行垃圾收集,农村地区每周至少收集1次,城市地区每周收集3次,仍有12%的垃圾倾倒于荒地和水体中[14]。因此,海岛在完善固废收集设施的同时,也要加强对海岛居民和游客的环保宣传。

2. 2 末端处理

2. 2. 1 填埋、焚烧

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固废传统处理方法主要包括填埋、焚烧、堆肥和回收利用。填埋法由于方法简单、成本低廉在过去海岛固废治理中占主要作用。随着填埋场使用饱和以及海岛人口数量的增加,填埋法在逐渐减少。毛里求斯由于垃圾产量的快速增加,卫生填埋场使用期限也由19年缩短到8年,不得不寻求其他方法[14];我国万山群岛也是由于填埋场的饱和, 2010年开始岛内固废全部运至珠海市区处理。焚烧处理减量化程度高,产生的热能也可以回收利用。2015年毛里求斯利用甘蔗渣焚烧的发电量就达到5 098亿度,占总电能产量的17. 2%[23]。另一方面,焚烧不充分,尾气中会产生二噁英、多氯联苯等致癌有害物,灰分也存在重金属超标风险。毛里求斯20. 8%的持久性有机污染物是由医院危险废物焚烧产生[24]。海岛固废若用于焚烧处理,要加强对污染物的控制,优化和改进焚烧处理工艺。

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2. 2. 2 堆肥、回收利用

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海岛固废中易腐类含量高,可选择堆肥处理;废品含量高,适合回收利用。毛里求斯由于制糖产生大量的甘蔗渣,平均每天约有45. 4 t固废用于堆肥处理;格林纳达岛以出口肉豆蔻、香蕉、可可等热带作物闻名,种植产生大量的植物垃圾,岛上堆肥比较普遍[25- 26]。堆肥产生的肥料能够提升农产品产量和质量,改善海岛自然景观。日本宫古岛将牛粪与甘蔗渣用于堆肥,产生的肥料还于农地,保持土壤肥力[19]。但同时,堆肥过程会产生甲硫醇等挥发性恶臭物质,若得不到控制将影响岛民居住环境。许多发展旅游业的海岛固废中纸及塑料废品含量较高,回收利用应用也较为广泛。全球52个海岛国家和地区中,83%的选择回收金属,65%的回收塑料,56%回收玻璃,50%回收纸,10%回收纺织品[17]。Sealey等[27]提出了海岛“零固废”环境模式,即海岛垃圾不以填埋和焚烧进行处置,全部用于堆肥和回收利用。“零固废”处理模式能够增加海岛观光旅游价值,吸引更多游客数量,是一种适合海岛发展固废处理模式。

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2. 2. 3 制备生物能源

利用固废制备生物能源(沼气、生物柴油、生物乙醇)成为国内外固废处理的热点。许多海岛建有垃圾填埋场,产生的填埋气甲烷可以作为能源利用。加那利群岛固废填埋气主要成分为甲烷(50% ~70%),热值达到8 900 kcal/Nm3,燃烧主要产物为二氧化碳和水蒸气,可作为清洁燃烧使用[13]。马耳他岛填埋场产生的温室气体中88. 5%为甲烷,基于此,政府在周围开采甲烷气体用于代替化石燃料[11]。生物降解有机物产生乙醇、生物柴油、氢气等能源已经成为海岛固废处理的前沿课题。Khadoo- Jeetah利用毛里求斯固废中甘蔗皮、象草、椰子壳等成功研制出生物乙醇[28],斐济计划利用甘蔗渣制造生物乙醇和生物柴油[29]。固废制备清洁能源能够在解决海岛固废污染的同时,缓解海岛能源紧缺问题。但目前该项技术还不够成熟,许多海岛地区例如斐济、古巴、牙买加从有机固废中制取生物乙醇仍只停留在研究层面,还无法大量规模化生产。

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3问题及建议

3. 1 海岛固废管理面临的问题

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海岛由于地理位置和气候条件的特殊性,固废处置主要面临以下问题。①海岛土地资源有限,固废处置无法提供充足的土地资源。②四面环海,交通不便,固废收集和外运费用较高。③旅游业的发展导致海岛固废产量大幅增加,固废收运和处理压力大。④海岛固废末端处理技术不够成熟,焚烧产生的持久性有机污染物难以控制,堆肥需要对恶臭进行治理,制备生物能源仍在探索之中。

3. 2 海岛固废管理建议

3. 2. 1 源头减量化

海岛固废的源头减量可以减轻后续收集、转运和末端处理的压力,可采取的以下措施:①净菜进岛,选择轻便、可重复利用的包装材料;②鼓励岛民改变商品购买习惯,少买少存,减少由于食品过期变质产生的垃圾产量;③回收利用固废中废品,减少末端处理量,可适当通过财政奖励提升海岛固废回收利用率,对垃圾回收率达到制订标准的用户或社区抵消一部分水费或电费;④完善固废收运的基础设施,以小区为单位进行固废治理的相关宣传教育,改变垃圾随意乱扔的习俗。

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3. 2. 2 处理工艺的优化

海岛固废处理工艺决定海岛固废处置效果以及对海岛居民生活质量的影响。海岛固废处理工艺优化要着重考虑以下几个方面:①尽量避免占用较大的土地空间,选择固废减量化程度高的处理方式,如焚烧处理或打包外运处理;②改进固废处理工艺,减少污染物排放,如焚烧要控制尾气处理,减少氮氧化物和二噁英等污染物对环境和人体的危害,堆肥过程产生的渗滤液可能造成海岛水体氮、磷和重金属污染,要对其处理后排放;③深入推进海岛固废资源化利用技术开发,弥补海岛资源紧张现状,如微生物降解有机固废制备清洁的生物燃料,可燃固废制备衍生燃料等。

4对我国海岛固废处置的启示

基于目前国内外海岛固废特点以及管理过程中存在的问题,总结出海岛固废3种处置方法(图2)。第一种是将固废打包运输至大陆处理,适合于距离大陆较近、人口数量少的小海岛,能够避免固废在海岛的堆放和污染,最大化降低固废对海岛环境的影响;此模式下固废管理的主要费用为运费,经济条件为其限制因素。第二种为清洁堆肥和无害化焚烧处理技术,适用于种植业和旅游业发展兼重的海岛,需要重点关注的是堆肥场恶臭治理以及焚烧厂尾气和灰分的无害化处理。第三种为在分类收集的基础上,固废中废品回收再利用,有机组分通过生物降解制备燃料,最大化利用固废的资源特性,弥补海岛能源匮乏不足,是海岛固废最为理想的处置方式。

我国大部分海岛面积较小,距离大陆较近,面积小于5 km2的海岛数量约占我国海岛总数的98%,距离大陆小于10 km的海岛约占我国海岛总数的68%以上[20],第一种打包外运方案对于我国距大陆较近的小海岛可实施性较强;面积较大、人口数量多的海岛宜采用第二种固废处置方法;随着生物燃料技术的成熟和发展,可逐步过渡到第三种处置方式。

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5结论

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(1)海岛由于地理位置和生活方式的特殊性,固废人均产量较高,夏、秋季节总产量一般高于冬、春季节;物理组分中含量最多的为有机类、纸和塑料,种植业和养殖业占比较重的海岛固废中有机类含量偏高,旅游业占比较重的海岛固废中纸、塑料含量偏高。

(2)由于地理位置偏远,交通不便,海岛固废收集、运输困难,成本较高;不同海岛基于固废特点和地理环境,末端处理方式不同,主要包括填埋、焚烧、堆肥、回收利用,制备生物燃料还在研究中。基于海岛目前面临的问题,源头减量化和处理工艺的优化是解决固废的主要途径。

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(3)我国面积较小、距离大陆较近的海岛可将固废外运至大陆处理;面积较大、人口数量较多的海岛可将有机固废在控制恶臭前提下堆肥处理,剩余固废无害化焚烧处理;随着科学技术的发展,海岛固废可全部回收再利用和制备生物燃料。

文章来源：海洋开发与管理

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作者：董瑞程,丁志斌,郭浩男,李鑫,陈晓.