浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术_简文星

环境科学动态
2002年第4期ENVIRONMENTAL SCIENCE TRENDS No14, 2002
浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术
简文星
(中国地质大学工程学院,湖北武汉, 430074)
=摘要>本文从固体废弃物的丢弃、收集、焚烧及填埋等过程,系统介绍了日本固体废弃物的管
理及处置技术。
=关键词>固体废弃物;管理;处置技术
中图分类号: X705 文献标识码: A 文章编号:1003-2347(2002)04-0001-05
日本特别干净,不论是大都市还是山区小村,
很少看到地上有垃圾,马路上有灰尘。不论是在
人员流动很大的电车站,还是其他公共场所,地
面都是光光亮亮,干干净净。那么,作为日本这
个人多地少经济又特别发达的国家是怎样做到这
一点的呢?毫无疑问,一套科学的固体废弃物管
理方法及处置技术至关重要。基于此,本文将对
日本固体废弃物的管理及处置技术进行简单介绍。
1 日本废弃物现状简介
111 日本废弃物的分类
日本将废弃物分为一般废弃物与产业废弃物
两大类(图1)。一般废弃物主要包括家庭生活垃
圾、办公室及饮食店产生的垃圾;产业废弃物包
括焚烧残渣、下水道淤泥、废油、废酸、废碱、
废塑料类、纸屑、木屑、纤维屑、动植物加工残
渣、废橡胶、废金属、玻璃及陶瓷碎片、矿渣、
瓦砾、动物的粪尿、动物的尸体、煤尘、以及处
理过程中产生的废物等19种。具有爆炸性、毒
性、感染性以及对人的健康和环境有害的垃圾称
为/特别管理一般废弃物0与/特别管理产业废
弃物0。对有害的废弃物在收集与处理过程中进行
严格的管理。
112 日本废弃物的现状
(1)一般废弃物:从1989年开始,日本每年
产生一般废弃物5000万吨左右,平均每人每天
1100克以上(图2)。
(2)产业废弃物:从1990年开始,日本产业
废弃物年发生量4亿吨左右。
图1 日本废弃物分类简图〔1〕
图2 一般废弃物年度分布〔2〕
2 日本固体废弃物的处置技术
日本一般废弃物处置的流程为:收集)))处
理)))填埋。其中处理方法可以分为直接填埋,
焚烧及中间处理三种。中间处理是指粗大废弃物
的破碎、压缩,废弃物的回收利用、高速堆肥等。
直接填埋废弃物、焚烧处理后的残渣及灰尘、中
间处理后的残渣等,最后都送入垃圾填埋场进行填#2#环境科学动态 2002年第4期
埋。图3简单的表示了一般废弃物处理的过程
(以1996年为例)。从图3可知,一般废弃物主要
由焚烧方法处理。产业废弃物的处置方法主要有
直接再生利用、中间处理和直接最终处理。其处
置的流程如图4所示(以1996年为例)。
图3 一般废弃物处置流程图〔1〕
图4 产业废弃物处置流程图〔1〕
211 一般废弃物的丢弃方法
一般废弃物丢弃的方法原则上是按

照规定的
要求将废弃物分类包装,再把不同类别的废弃物
按照规定的时间送到指定的地点去。表1详细列
出了京都府宇治市废弃物的丢弃方法。
按照表1的方法丢弃的垃圾有如下几个优点:
(1)有利于废弃物的回收利用; (2)有利于对不
同的废弃物进行不同的处理; (3)按照规定的时
间将废弃物送出,有利于及时处理,也容易保持
废弃物堆放点的干净。
212 废弃物的回收、再利用
为了促进废弃物的回收利用,日本政府制定
了一系列的法律,明确废品回收的责任事业单位
或责任人。所以日本的垃圾回收率很高。图5所
示为纸张、玻璃瓶、钢罐及铝罐的回收率。图中
的回收率是指回收物品的重量与同年生产该产品
的重量的比率。对于纸张来说,由于卫生纸等不
可能回收,并且很多书籍保存的时间比较长,所
以100%的回收是不可能的。一般而言, 65%的回
收率是最大极限。从图5可知, 1991年到1998
年,纸张回收率从51%逐渐上升到5515%。玻璃
的回收率从5118%上升到7319%;钢罐的回收率
从5011%上升到8215%;铝罐的回收率从4311%
上升到7414%。
塑料制品产量大,品种多。然而,塑料产品
中有一次性使用品,如食品包装袋等;也有长时
间耐久使用品,如家电制品及各种动力车等所使
用的塑料。所以,塑料回收率很难用当年回收量
与生产量来计算,一般按塑料回收量与塑料废弃
物的排出总量进行比较。例如, 97年在塑料废弃
物排出总量中,直接填埋占34%,焚烧处理占
53%,再生利用量为12%。
图5 各种废弃物回收率图〔2〕
213 废弃物的焚烧技术〔4〕
焚烧技术包括焚烧前处理、焚烧设备(主要
为焚烧炉)、排气处理、发热处理、炉灰的熔融固
化处理等技术。
21311 焚烧前处理
焚烧前处理最基本的部分是根据废弃物的种
类及燃烧性能进行分选处理。211节中记叙的一般
废弃物的丢弃方法实际上是焚烧前分选处理的一
部分。大型的家具及各类制品在垃圾收集中随即
进行压碎。产业废弃物中适合于焚烧的有:淤泥、
废油、废塑料及纸屑、木屑等。对于含水量很高
的淤泥焚烧前必须进行烘干处理。
最近,一种新的前处理方法在日本很受欢迎。
这种前处理方法称为固体燃料化。这种前处理方
法的步骤是:将垃圾粉碎至尺寸小于2~3 cm以
下,在垃圾中加入熟石灰等添加剂,然后将混合物简文星:浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术#3#
表1 日本京都俯宇治市一般废弃物的丢弃方法及时间表
废弃物类别废弃物内容及丢弃方法丢弃时间备注
可燃烧垃圾
1.厨房垃圾:主要包括剩菜剩饭、废弃的蔬菜等,必须用隔水结实的塑料袋装
好; 2.纸张:包括报纸、书等,必须整理齐用绳子捆好; 3.干

电池:必须用透
明的塑料袋子装好; 4.其他:包括旧衣服、包装用纸、木屑、香烟嘴及烟灰、
纸尿布和吸尘器内的灰尘等。
每周两次,
星期一与星
期四,早晨9
点以前丢弃。
充电电池
送到原购
买店去。
不可燃烧垃
圾
1.包括金属类、陶瓷器类、塑料及尼龙薄膜、小型家具等; 2.自行车:必须贴
上/垃圾0字样标签; 3.玻璃、电灯泡等易碎品:必须用结实的纸包好,并注
明/易碎品0; 4.煤气炉、加热器等:必须去掉点火电池; 5.灰尘:必须用水浇
湿,用结实的袋子装好; 6.被子及垫被:必须用绳子捆好。
每周一次,
星期二早晨9
点以前丢弃。
压力瓶必
须切掉压
力嘴。
玻璃瓶、塑
料瓶及泡沫
塑料盒
1.玻璃瓶:包括装饮料、酒、各类调料等的玻璃瓶; 2.塑料瓶:包括装饮料、
酱油、酒瓶等; 3.泡沫塑料盒。将各种瓶子、泡沫塑料盒洗干净,分门类别,
用透明结实的袋子装好。
两周一次瓶子均须
拔掉盖子。
金属瓶包括罐头瓶、啤酒瓶及咖啡瓶等。将瓶子洗干净,用透明结实的塑料袋装好。一月两次
牛奶纸盒用水洗干净,沿盒边拆开、晒干、用绳子捆好,然后送到牛奶纸盒指定回收点。
临时垃圾包括搬家及换新的大型家具、大型的床等体积较大的物件,必须向市政府垃圾管
理处联系。市政府垃圾管理处再派车将垃圾拉走。这一项是有偿服务。
与市政府垃圾
管理处联系
家电回收品
包括电视机、洗衣机、电冰箱及空调四种。这四种回收品的处理办法为: 1.从
哪里买来的,废弃后送到哪里去; 2.购买新品的时候,与店家商量送新品回收
旧品; 3.可与市政府垃圾管理处联系。以上均为有偿服务。
与市政府垃圾
管理处联系
营业垃圾商店、饮食店等产生的营业垃圾,由这些店自己处理。不能自已处理的营业店,
必须与市政府垃圾管理处联系。
宠物尸体包括猫、狗等尸体,用专门的动物焚烧炉处理。这些是有偿服务,可以自己送
去,或与处理处联系。
不能当垃圾
收集的物品
橡胶轮胎、摩托车、砖土、混凝土、灭火器、产业废弃物、建筑废弃物、危险品
与难处理品(农药、药品、灯油、汽油、火药类和煤气瓶等)。这些物品原则上
是从哪里购买的,废弃后便送到哪里,或与专门的收集店联系。
加热。在加热过程中,垃圾中含有的塑料类发生
软化而形成粘合剂。再将成形后的垃圾粉碎,并
压缩成形状为直径小于3 cm的柱状体,充分干燥
后便形成了固体燃料。这种前处理方法的优点是
处理后的垃圾不腐烂,并且其强度比较大,能够
充分的燃烧,对具有腐蚀性的酸性气体(SOX,
NOX等)及二口恶英的生成具有很强的抑制作用。
有利于将分散的垃圾运到大型的垃圾焚烧炉

(100t/d以上)去焚烧。
21312 焚烧炉类型
焚烧炉的类型有如下几类:普通焚烧炉、旋
转炉、流动炉、多段炉、固定炉、废液炉等。其
特征如下: (1)普通焚烧炉:炉堂倾斜,内部呈
阶梯状,燃烧物从上往下流动。其优点是收集的
垃圾不必粉碎,普通焚烧炉在城市垃圾处理中广
泛使用。(2)旋转焚烧炉:炉堂横卧,内部有若
干倾斜的火格。燃烧物依靠炉堂的旋转从炉堂的
一端移向另一端。(3)流动焚烧炉:炉堂底部气
流向上,使燃烧物呈悬浮流动状态,从而使垃圾
充分燃烧,但要求垃圾颗粒细小并且均匀。(4)
多段焚烧炉:炉堂分为很多节并缓慢旋转,燃烧
物从上部往下部移动。但由于结构很复杂,现在
使用的人越来越少。(5)固定焚烧炉:一种箱形
的小型焚烧炉,垃圾的焚烧不是连续的,而是分
批的。(6)废液焚烧炉:处理废油、废溶剂等液
体废弃物的焚烧炉。液体废弃物通过喷嘴喷射在
炉堂内,然后进行高温焚烧。
在日本,大型的普通焚烧炉的使用始于60年
代。1963年大阪市购入日本自己生产的普通焚烧
炉(150t/d) 3台。这一阶段焚烧技术主要是处理
NOX及节省能量。流动焚烧炉比普通焚烧炉晚了
10多年。与普通焚烧炉相比,流动焚烧炉规模小,#4#环境科学动态 2002年第4期
设备构造简单,启动与停止容易,垃圾的吨处理
价格低,适合于中小城市使用。但是,流动焚烧
炉受投入垃圾大小的限制,所以,目前城市垃圾
焚烧70%~75%仍在使用普通焚烧炉。旋转焚烧
炉构造简单、耐高温,一般用于产业废弃物的焚
烧。
21313 排气处理技术
排气技术主要包括气体的冷却、除尘及有害
气体的处理等。过去日本焚烧炉气体的除尘主要
是采用电动吸尘机。但是,吸尘器入口气体的温
度一般达300e左右,在这个温度下,容易合成二
口恶英。所以,目前排气技术首先考虑将高温气体
快速冷却到200e,防止二口恶英的合成。1997年
12月1日,日本政府颁发了一条法令,垃圾焚烧
炉必须具备使气体在高温下快速冷却到200e的装
置。这样,电动吸尘器逐渐被过滤吸尘器取代。
21314 废热利用技术
废热主要用于发电。在日本,垃圾处理能力
达到100 t/d的焚烧炉专门配备有排热锅炉用于发
电。但是,垃圾的发热量较低,而且气体带腐蚀
性,排热锅炉的温度与压力在300e, 30 ata,所
以发电利用率只有10%~15%。最近,由于对垃
圾进行固体燃料化处理,并控制酸性气体,排热
锅炉采用耐腐蚀性的材料制作,其温度与压力达
到400e, 40 ata,发电利用率可以达到20%~
25%。
21315 焚烧灰尘的熔融固化技术
焚烧灰尘包括焚烧炉顶部的扬尘及底部的残
渣两部分。焚烧灰尘中含有铅、亚铅、镉、铬等
有害的重金属,在填埋之前,

必须进行熔融固化
处理。熔融固化处理炉按照热源可以分为燃料炉
(重油、灯油、废油等)与电气炉两种。熔融一吨
焚烧灰尘用油300~400 L或者用电100~200
kWh。如果熔融炉与垃圾焚烧炉一起建造,垃圾
焚烧所发的电力已经足够熔融炉用了。焚烧灰尘
熔融有如下几个问题必须注意: (1)炉底灰的粒
度一般在2~3 mm以上,燃烧充分,收集容易,
熔融比较容易。但是,炉顶灰的粒度一般在20~
30Lm左右,容易飞散,难于向熔融炉输送,并且
飞灰中含有腐蚀性很强的氯化物,对熔融炉腐蚀
性大,在熔融处理时也很容易形成二口恶英。(2)
为了降低焚烧灰尘的熔融温度,必须在焚烧灰尘
中加入添加剂。焚烧灰尘主要由SiO2-CaO-
Al2O3组成,当CaO/SiO2< 1时,焚烧灰的熔融温
度比较低,流动性能也比较好;而当CaO/SiO2>
1时,则必须加入生石灰(CaO)等添加剂来降低
熔融温度。(3)在焚烧灰尘的熔融过程中产生的
灰尘成为熔融灰。熔融灰尘中富含碱、氯、镉、
铅、亚铅等有害性、腐蚀性很强的物质,在冷却
析出时必须十分注意。
熔融炉渣的固化处理根据炉渣是否再生利用
而不同。如果仅仅是用于铺设道路或者在垃圾填
埋场直接填埋,熔融炉渣用水喷射冷却即可。如
果用于建筑等材料,则进行铸型冷却。
21316 二口恶英的预防技术
二口恶英的预防技术在前面基本上已经论述了,
即高温焚烧,急速冷却。提高垃圾焚烧炉的焚烧
温度及延长焚烧时间,使氯化物等合成成分充分
燃烧。1997年日本政府法律规定,焚烧温度必须
在800e以上,焚烧时间不得少于2秒。新设计的
焚烧炉必须达到850~900e。排气体冷却时,必
须在1秒钟内冷却到200e以下,避开二口恶英合成
的最佳温度(300e)。
21317 焚烧炉技术发展方向
21世纪的焚烧炉技术是废弃物处理兼顾环境
影响、资源利用及最小能源消耗。目前,日本正
在研究与设计新型的/气体化熔融炉0。气体化熔
融炉把焚烧炉与熔融炉一体化,利用焚烧热量来
熔融残渣,其特点是焚烧过程中隔绝氧气,把垃
圾气体化。在这种还原气化条件下,二口恶英很难
形成。这种焚烧炉的温度可以达到1700~1800e,
即使是金属都可以熔融后排出。
214 废弃物的填埋技术
日本是一个岛国,土地非常宝贵。所以日本
的垃圾除了在陆地填埋外,有一部分被填埋在海
里。在经济发达的东京湾、大坂湾大部分垃圾填
埋在海里。统计资料显示,至1995年,陆地垃圾
填埋场共有2361个,其中山谷垃圾填埋场1683
个,平地626个;近岸浅海垃圾填埋场30个。但
是陆地垃圾填埋场的容量小,海洋垃圾填埋场的
容量大。所以,尽管海洋垃圾填埋场数量少,垃
圾填埋量却占了一定的比例。根据日本运输省海

港湾局资料及东京都资料, 1997年日本有81%的
垃圾填埋在陆地, 19%的垃圾填埋在海里。其中,
东京湾51%的垃圾填埋在陆地, 49%的垃圾填埋
在海里。1998年,东京都1513%的垃圾填埋在陆简文星:浅谈日本固体废弃物的管理及处置技术#5#
地, 8417%的垃圾填埋在海里。
垃圾填埋场根据所埋的垃圾种类可以分为安
全型(填埋垃圾为建筑废料、废塑料和橡胶、金
属、玻璃及陶瓷等碎屑)、管理型(填埋垃圾为纸
屑、木屑、纤维碎屑、煤灰、污泥及矿渣等)与
封闭型(填埋特定有害的产业垃圾)三种类型。
为了保护人的身体健康及周围的环境,管理型与
封闭型的垃圾填埋场有特别的隔水设施防止渗滤
液的流出、雨水及地表水的流入。管理型垃圾填
埋场要求具备厚度在5 m以上,渗透系数在1 (
10-5cm/s以下的地基。不具备此地基的管理型垃
圾填埋场则必须创建下列条件之一: (1)建造厚
度达50 cm以上,渗透系数在1 ( 10-6cm/s以下
的粘土与地质膜组成的复合衬里; (2)建造厚度
达5 cm以上,渗透系数在1 ( 10-7cm/s以下的沥
青、混凝土与地质膜组成的复合衬里; (3)建造
表面敷设不织布或其他材料的双层地质膜的复合
衬里。封闭型的垃圾填埋场要求建造厚度在35 cm
以上、一轴压缩强度在25 N/mm2以上而且具备
防水性能的钢筋混凝土衬里。
由于山谷地域是饮用水及农业用水的来源,
所以山谷垃圾填埋场一般以安全型垃圾填埋场为
主。在山谷的管理型垃圾填埋场均建造有防止地
表水流入的挡水坝、渠道等设施;防止渗滤液流
出及渗滤液处理等的设施。日本京都市东山垃圾
填埋场就是一个典型的山谷垃圾填埋场。东山垃
圾填埋场位于京都市东的一个山谷,占地面积24
顷,设计容量为415@106m3。在垃圾填埋场的上、
下游谷口各建造一座混凝土重力型坝。下游谷口
重力型坝用于储存垃圾及防止废液的流出。坝体
高68 m,坝顶长度192 m。坝底部基岩为燧石岩,
岩体强度大,防水性能好。上游谷口重力坝用于
防止上游溪水的流入。坝高35 m,坝顶长度80
m。坝底部基岩为板岩、燧石岩等,也是极好的承
载与隔水岩体。除此两重力坝外,东山垃圾填埋
场具备一整套污水处理的设备,以及其他配套的
设施等。
近岸浅海垃圾填埋场除了具备防止废液流出
外的设备外,还具备抗拒波浪、潮长潮退及海啸
等护岸堤。在日本,护岸堤有四种形式:重力式
护岸堤、矢板式护岸堤、格箱式护岸堤以及堆石
式护岸堤。(1)重力式护岸堤包括沉箱式、L型
块、格箱式混凝土块及方块等。这种类型的护岸
堤其本体由钢筋混凝土组成,具有很强的防水性
与抗腐蚀性。但是本体的接缝与堆石基础渗透性
强,

必须进行防水处理。具体的办法是在垃圾填
埋场的一侧铺设隔水衬里。一般铺设双层隔水衬
里,或者铺设一层隔水衬里及打入一排钢矢板
(管)。(2)矢板式护岸堤是由钢矢板(管)构成
的,包括单层矢板(管)、固定构造与单层矢板
(管)组合、及双层矢板(管)三种。钢矢板
(管)连接部用膨胀性强的隔水材料充填,具有很
好的防水作用。其弱点是容易受腐蚀,尤其当废
弃物中含有硫化物、硫酸等腐蚀性强的物质时,
更容易被腐蚀。(3)格箱式护岸堤与双层式护岸
堤相类似。由直线型钢矢板、钢板等建筑而成。
其接合部充填膨胀性很强的材料或灰浆。(4)在
石头多的地区,建筑堆石式护岸堤非常经济。但
堆石式护岸堤渗水性强,必须进行防水处理。在
垃圾填埋场的一侧,铺设双层隔水衬里。此双层
衬里的结构从底部到顶部为:不织布与地质膜
)))固化处理保护土层)))透水层)))不织布与
地质膜)))保护土层。
大阪湾尼崎海岸垃圾填埋场为重力式护岸堤,
防水采用钢矢板。尼崎海岸垃圾填埋场面积为113
顷,分为三个区:两个安全区,一个管理区。设
计体积为115@109m3。护岸堤的剖面结构从底部
到顶部为:夯实砂层)))堆石基础)))夯实砂桩
及混凝土墙;从海的一侧到垃圾填埋场的一侧为:
混凝土墙)))夯实砂桩)))岩石充填)))砂石充
填)))钢矢板桩。护岸堤的高度为38 m,顶部宽
为1915 m。钢矢板桩既用于防水又对护岸堤起稳
固作用。
参考文献
1 日本旧厚生省水道环境部计划课,话说垃圾, 20001
2 日本环境省,环境白皮书, 2000年1
3 日本特许厅编,焚烧炉技术, 1997年1
4 日本环境产业新闻社,废弃物年鉴, 1999年版1
5 港湾空间高度化中心、港湾海域环境研究所(日本),管理
型海洋垃圾填埋场护岸工程设计、施工、管理手册, 2000
年12月1
作者简介:
简文星,男, 1967年生,副教授。1998年获中国
地质大学博士学位。1999年获国家留学基金委员会支
助,到日本京都大学从事博士后研究工作,研究方向为
卫生垃圾填埋场的稳定性及粘土衬里的可行性。