巴西建设垃圾发电站的可行性分析

王同磊1 冯强2

（中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司，山东省 济南市  250102）

[摘要]随着城市化进程的推进，城市生活垃圾的管理成为一个复杂的问题，拉丁美洲和加勒比地区是世界上城市化率最高的地区之一，城市固废垃圾处理问题更加突出。巴西作为南美面积最大的国家，人均生活垃圾为每天1.07公斤，目前多采用填埋的处理方式，在影响市容的同时，造成水、土的污染，以及温室气体排放、细菌滋生带来的传染病等危害。本文从巴西城市固废处理的现状、存在的问题，垃圾发电的优点及政策的支持等方面，阐述巴西建设垃圾电站的可行性。

[关键词]城市固废、垃圾发电、填埋；

1 引言

有史以来，人类一直在产生固体废物，并将其丢弃到垃圾场或焚烧。18 世纪末工业革命之后，人们使用后丢弃的物品数量急剧增加，因此城市建立了垃圾填埋场和焚烧炉来处理垃圾。自 20 世纪中叶以来，随着经济发展、社会的进度导致城市固废产生的量增长了数倍城市固体废物的管理成为一个问题。

先进的国家开发了各种方法和技术来处理固体废物。这些方法和技术包括从通过产品和包装设计减少废物，到可再利用材料的回收、有机材料的堆肥、燃烧与能源利用（通常称为 垃圾发电厂），以及防止液体和气体排放到环境中的垃圾填埋。据估计，全世界回收后的城市固体废物达 12 亿吨（每年），其中 2 亿吨使用各种废物转化技术进行处理。常见的城市固体废物处理的方式包括材料回收、机械预处理、生物处理、能源回收、机械生物处理及填埋等。

巴西是G20和金砖国家成员之一，是拉美地区面积最大、人口最多、GDP最高的国家，随着社会的发展及城市化的推进，城市固废的管理导致对环境和公众健康的危害。巴西城市固废处置主要是采用填埋的方式。在 2010 年发布的第 12.305 号法律发布了《巴西国家固体废物政策》（PNRS），将垃圾填埋场定义为 "符合环保要求"，这一不可持续的处理城市固体废物的方式导致垃圾堆积如山，填埋场容量达到极限，存在很大的安全风险及环境问题，通过焚烧垃圾发电是一个有效的解决途径。

在巴西推行城市固废能源回收焚烧厂面临挑战，例如适应当地条件和社会接受度的困难以及监管问题，是否存在技术标准，适当的商业模式，采用技术以确保可接受的大气排放标准，以及与该项目的经济可行性相关的问题，因为它必须具有经济可持续性。在巴西，城市固体废物的处理程度仍然较差，根据国家卫生信息系统-SNIS的数据，60%的城市固废被送往垃圾填埋场，40%被送往不适当的目的地，城市固废的处理不当，给土地、空气、地下水、及居民健康等带来很大影响。

为了推进更为高效的城市固废处置方式，巴西垃圾发电协会等组织积极推动垃圾焚烧发电，对垃圾电站发电定价等进行了研究。2021 年，巴西圣保罗巴鲁埃里垃圾发电站赢得了巴西电监局ANEEL A5电源拍卖中的特许经营权，为期 20 年，作为首次考虑从城市固体废物中回收能源的拍卖，为巴西的废物管理部门开辟了新的前景，采用垃圾焚烧发电进行城市固废的处置，提供了更为清洁、环保、高效的手段。

2. 城市固废处理方式及分析

2.1城市固废处理的方法：

处理技术的选择在满足上述大多数标准方面可以发挥重要作用，并在很大程度上决定了固体废物管理系统的成败。然而，并没有一种城市废物处理技术能够最理想地适用于所有地区和所有类型的废物。常见的固体废物处理技术主要有：

1. 材料回收

可持续的城市固体废物管理要求尽一切可能从城市固体废物链中分离出可回收材料，如纸张纤维、金属以及某些类型的塑料和玻璃。可回收材料必须在源头（即家庭、企业和机构）进行分离。然后，回收成本由市民（分离可回收材料的时间和精力）和市政当局（分离处理系统和收集车辆）共同分担。单一的可回收物收集和处理链大大提高了回收率，也比单一链更经济。多重收集的，要分离的可回收物品由社区根据市场需求指定，一般来说,金属、纸和纸板以及某些类型的塑料和玻璃都是可回收的。然后,收集的回收物被运送到材料回收装置,在那里它们被手动或自动分离成可销售的材料和不可用的废物,这些废物将被填埋或用作垃圾发电厂工厂的燃料。

2. 机械预处理

许多人认为它是一种预处理方法,因为它通常与生物或热处理一起使用。它旨在从废物链中回收有价值的材料,去除污染物,将废物链分成更多链或均质废物以优化其他工艺。

3. 有氧和厌氧堆肥

公园和花园等植物类废物,也称为“绿色”或“花园”废物,可以在源头分离并在开阔的山丘上进行有氧堆肥(即在氧气存在的情况下),在覆盖的堆中。通常的做法是公民带走他们的绿色废物到堆肥厂,从那里他们把化合物在他们的花园里使用。绿色垃圾堆肥在美国被广泛使用,其中近50%的垃圾被有氧堆肥。

4. 能源恢复

大多数回收后的废物是由氢(H)和碳(C)组成的有机化合物,可用作燃料。当与氧气在相对较高的温度下反应(称为“燃烧”过程)时,它们会形成水蒸气(H2O)

和二氧化碳(CO2),并释放出大量的能量。因此,可以说,回收后的废物含有化学能,在燃烧过程中转化为热能。回收后储存在 RSU 中的化学能通常为 10 MJ/kg(百万焦耳/千克)或 2.8 MWh/t(兆瓦时/吨),尽管该值存在很大差异。RSU能量回收的最简单和最常见的方法是在专门设计的炉子中进行完全氧化,即燃烧。然而,还有其他形式的热处理,名义上是部分氧化和形成合成气体(“气化”),或者在回收后加热废物以将其转化为合成油(“热解”)。一般来说,从固体废物中回收能量或燃料的所有热处理方法都称为垃圾发电厂。

5. 机械生物处理(TMB):

TMB是一种相对较新的处理固体废物的方法(开发于20世纪90年代),基本上用于处理未分离的废物残留物(在源头分离回收物后)。最初的想法是减少填埋废弃物的数量,但TMB技术现在也被视为燃料和材料回收工厂。顾名思义,它结合了机械加工技术(织物,网格,磁铁等))与生物技术(堆肥,厌氧消化)。

6. 填埋

未经热处理的回收后废弃物进行填埋，这是人类处理固体废物的原始方式,据估计,全球80%的人口仍在使用它。与传统垃圾填埋场相关的两个主要问题是:降雨和垃圾填埋场内的生化反应会形成含有酸的烟雾,这些酸一旦泄漏到环境中,可能会污染地表水和地下水数十年;此外,这些反应产生的沼气含有高达55%的甲烷(CH4),估计占温室气体总量的3%。气体 Greenhouse Gases温室气体(GHG)被认为会导致气候变化。

2.2 巴西城市固废现状

2022 年巴西产生的城市固体废物，总量约为 8180 万吨，相当于每天 22.4 万吨。其中经济较发的东南部每人日平均产生城市固废为 1.234 千克。对于关于都市固体废物的收集，2022 年全国共收集了 7610 万吨，收集覆盖率为 93%。在巴西，收集到的大部分城市固废（61%）被送往垃圾填埋场，2022 年有 4640 万吨被送往环境适宜的地方处置。另一方面，巴西所有地区仍在使用不适当的处置区，包括垃圾堆放场和受控垃圾填埋场，接收的垃圾占收集垃圾总量的 39%，不适当处置的垃圾总量达到 2970 万吨。无论是垃圾填埋还是其他不规范的处置方式，

2.3 巴西城市固废存在的问题

巴西拥有超过 2 亿多人口，是产生最多固体废物（废弃材料、物质和物体）的国家之一，其应采用经济上可行的解决方案进行处理，但当前大部分采用填埋处理，一些被倾倒在露天、扔进公共污水系统。

在巴西城市，城市固废的产生量不断增加，加上既定的处理方法，加上储存成本仍然很高，导致城市固体废物的积累量不断增加，造成了严重的环境和公共卫生问题。多年来，生活垃圾的不规范处置，造成了土壤、水道和地下水的污染，也造成了登革热、利什曼病、钩端螺旋体病、血吸虫病等疾病的传播，垃圾填埋场为这些疾病的传播媒介提供了有利的环境，垃圾填埋场释放的大量甲烷气体，加剧了温室效应。采用清洁、高效的城市固废处理方式，是当前巴西政府急需解决的问题。

3 巴西进行垃圾焚烧发电的可行性分析

3.1巴西城市固废特点

巴西每年生产约八千多万吨都市固体废物，这些城市固废的总成分是45.3%有机物、16.8%塑料、10.4%纸张、5.6%纺织品/皮革/橡胶、2.7%玻璃、1.4%多层包装和15.5%其他成分。巴西每年只有选择地收集190万吨都市固体废物,其中只有100万吨实际回收，约有3,700万吨有机废物经过堆肥处理。这意味着只有4%-5%的巴西都市固体废物在最后处置之前进行某种材料回收。同时采用能源回收方式的量很小，而且大多数采用生物处理替代品,如厌氧消化剂。2021年生物气产量为23亿Nm³/年。据估计,理论上的生产潜力为846亿Nm³/年。巴西70%以上的沼气产自环境卫生,大部分来自垃圾填埋场。沼气主要的是用于发电,结果只有3500万Nm³用于发电，绝大部分的沼气释放到空气中。与此同时,巴西城市固体废物不存在通过“热途径”回收能源的做法，包括工业和农业残留物在内的各种残留物热处理的替代物包括焚烧、气化、热解和共同燃烧。如前所述,尽管有工业/农业/林业残留物共同燃烧和焚烧的操作设施,但这些路线都没有用于大规模的巴西固体废物处理。至于巴西都市固体废物的加热值较低,平均范围为8-10MJ/千克(1,900-2,400千卡/千克),这足以使通过焚烧产生电力，通过焚烧垃圾进行发电前景广阔。

3.2 采用焚烧垃圾发电效益情况

a. 回收金属同时减少对土地的污染。建设垃圾焚烧发电厂区域对固废的回收率都比没有垃圾发电厂工厂的地方高。据估计，在巴西若采用垃圾发电厂工厂处理的城市固废，平均可回收23公斤回收金属，这样在巴西28个最大的大都市地区(超过100万居民)建造垃圾发电工厂，每年可能回收80多万吨以上的金属；若采用传统处理方式，这些金属将被掩埋，还会造成环境的污染。

b. 提高能源效率及经济效益。焚烧垃圾发电站可建设在城市中心附近。相比

远离人口最多的地方的垃圾填埋场的处理方式，垃圾发电厂可在城市或者附近完成对城市固废的处理，节省从住户到垃圾发电厂工厂的运输费用，同时垃圾发电厂产生的电力可就近提供用户。在靠近城市中心的地方使用焚烧垃圾设施发电，可以降低城市固体废物运输和配电网的使用成本。据巴西阿布雷恩·韦尔特公司赞助的一项研究估计，用垃圾发电厂工厂取代垃圾填埋场,可节省约340里亚尔/兆瓦(相当于68美元/兆瓦)。另外,当城市固废在垃圾填埋场中处置时,往往在被埋前用卡车运输数百公里,造成燃烧化石燃料产生的温室气体排放，以及运输途中的也存在的环境污染。

c. 节省环境及卫生费用。根据国际固体废物协会的研究数据，巴西垃圾倾倒场和垃圾填埋场的环境和卫生保健费用估计每年30-50亿美元之间。在巴西28个最大的大都会地区中，有100多万居民,每年可以节省大约25亿里亚尔,或在30年内节省750亿里亚尔.

d. 创造更多的就业机会。欧洲委员会进行的一项研究显示,回收10,000吨废物的能源可创造多达40个就业机会。在垃圾发电厂工厂建设阶段的高就业需求季节(通常持续36个月),最多可以雇佣数百名直接雇员。在运行阶段,一个中型的垃圾发电厂工厂可以在工厂存在的30年中雇用100多个直接的长期工作(加上间接工作)。另一方面,在填埋场处理的废物每10,000吨,估计只创造了约10个就业机会。

e. 清洁的排放标准，减少空气污染。垃圾发电厂必须遵守最严格的环境法，并配备高效的烟气处理系统，典型的排放值比第2010/75/EU号欧洲指令规定的限额低50%至75%。该指令要求监测20多个指标的排放限额。巴西最富裕的圣保罗州基于欧洲标准通过的第SMA79/2009号决议对城市固废处理气体排放指标做出规定。

f.减少碳排放。在巴西，每处理一吨城市固废，预计可避免填埋排放约 1.5 千克至 1.7 千克当量二氧化碳，根据 ABREN 的一项研究，仅在人口超过 100 万的巴西 28 个人口最稠密的大都市地区建立垃圾发电厂工厂，就有可能避免排放约 6000 万吨当量二氧化碳，即每年减少 18 亿吨当量二氧化碳。这是因为垃圾填埋场是甲烷的重要来源，甲烷目前被认为是人为气候变化的第二大驱动因素根据 IPCC 的数据，在 20 年的时间内，其全球变暖潜势是二氧化碳的 80 倍（GWP20），在 100 年的时间内，其全球变暖潜势是二氧化碳的 34 倍（GWP20）。

3.3 巴西政府对焚烧垃圾发电的政策支持

随着城市固废问题的日益严峻，巴西政府逐步改变处理方式，为废物转换能源提供政策支持，2022年4月13日通过了924/2022号法案，它鼓励巴西各城市对使用都市固体废物发电的工厂进行投标。相关主要内容如下：

1. 该法案建立了垃圾发电厂自产和分布式发电制度，可选择联合竞标垃圾发电厂、城市电动交通和垃圾收集电动卡车，由垃圾发电厂直接供电；

b.它规定了国家与市政当局之间就与垃圾发电厂工厂运营商的联合合同进行合同合作的可能性,市政当局可以在市政特许权招标之前参与事先出售电力的拍卖；

c. 为可再生资源的生产、加工、贸易、进口和出口制定计划和法规；

d.提出了减少垃圾填埋场生物废物的目标，2026年减少25%,2031年减少50%，2036年减少75%,如果市政当局不采取措施或不证明其技术或经济不可行性，将受到预算限制或处罚；

e. 免除了为垃圾发电厂购买机器、设备、器具和仪器的制造税(IPI)，并提议免除购买和销售废物、电力、生物燃料或其他由废物、能源和工业生产过程、混合燃烧和RDF产生的其他投入的社会税(巴西称为"PIS/PASEP"和"CoFIN")，;

f. 规定了每个城市（居民超过 20 万）单独或联合开展技术和经济可行性研究的强制性要求和期限。这些地区人口密度大、情况复杂，需要在城市附近寻找新的垃圾填埋场，因此必须确定可在这些地区实施的最佳垃圾处理方法。

4结论/结束语

巴西作为南美最大的国家，当前面临着严重的城市固废处理问题，其采用的传统填埋方式带来了诸多的问题，针对当前填埋场近乎满载的现状及与对土壤、地下水空气等的污染，当前焚烧垃圾发电是一种清洁、高效、环保健康的处理方案，随着巴西政府对焚烧垃圾发电的逐步的支持，垃圾发电将会逐步得到推广及发展。

参考文献：

[1] ABRELPE – Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais

(巴西公共清洁和特殊废物公司协会) Panorama DOS RESÍDUOS SÓLIDOS NO BRASIL-2022(巴西固体废物全景--2022 年);

[2] ISWA- International Solid Waste Association(国际固废组织)，O FUTURO DO SETOR DE GEST

ÃO DE RESÍDUOS TENDÊNCIAS, OPORTUNIDADES E DESAFIOS PARA A DÉCADA（2021-2030）垃圾管理部门的未来，十年来的趋势，机遇和挑战（2021-2030）;

[3] Yuri Schmitke Almeida Belchior Tisi1,Flavio Arantes Matos, Maria Luisa N. M. Carneiro, Development of waste‑to‑energy through integrated sustainable waste management: the case of ABREN WtERT Brazil towards changing status quo in Brazil，Waste Dispos Sustain Energy.2023 Jan 9 : 1–14.