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陳云敏院士:固體廢物領域亟須追溯碳排放源頭

分類:環聯生態 > 專家專欄    發布時間:2022年9月5日 9:35    作者:固廢觀察公眾號    文章來源:固廢觀察公眾號

院士介紹



陳云敏2015年當選為中國科學院院士,我國土力學與巖土工程專家。1983年畢業于浙江大學土木工程學系,先后于1986年和1989年獲該校碩士和博士學位。現任浙江大學建筑工程學院教授、超重力研究中心主任、巖土工程研究所所長,并擔任“十三五”國家重大科技基礎設施“超重力離心模擬與實驗裝置”項目首席科學家、國家自然科學基金基礎科學中心“多相介質超重力相演變”項目負責人。陳云敏院士長期從事軟弱土靜動力固結、降解固結和災害防控理論與技術研究,建立了基于結構屈服應力的固結模型、深厚軟土地基沉降控制準則及建構筑物沉降高精度控制方法;提出了砂性土初始液化強度的剪切波速表征模型,以及相應的地震液化判別方法和處理技術;建立了城市固體廢棄物降解壓縮本構關系,提出了生化反應、孔隙水氣運移和溶質遷移耦合作用的降解固結理論,研發了液氣分離立體導排、高效防污屏障等技術,解決了填埋場環境災害防控難題;獲得了國家進步二等獎3項、省部級科學技術進步一等獎9項,發表了學術論文500余篇。



中共中央、國務院印發的《關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》(以下簡稱《意見》)指出,要以減污降碳協同增效為總抓手,深入打好凈土保衛戰,并就健全“無廢城市”建設相關制度、技術、市場、監管體系,以及推進城市固體廢物精細化管理等工作提出了具體的指導意見。同時,《意見》還提出了到2025年土壤污染風險得到有效管控,固體廢物和新污染物治理能力明顯增強的主要目標。“無廢城市”的戰略意義是什么?變廢為寶的科學途徑和創新技術有哪些?固體廢物領域將對“雙碳”目標的實現起到怎樣的助推作用?近日,《環境保護》雜志記者專訪了中國科學院院士、浙江大學軟弱土與環境土工教育部重點實驗室(以下簡稱“實驗室”)第一屆主任陳云敏。

固體廢物資源化利用是減污降碳的重要抓手


《環境保護》:《意見》提出要穩步推進“無廢城市”建設,推進城市固體廢物精細化管理的要求。請您談談提出“無廢城市”建設的重要戰略意義體現在哪里?固體廢物領域對我國經濟社會發展具有怎樣的推動力?

陳云敏:從狹義上講,城市固體廢物指的是城市生活垃圾。從廣義上講,城市固體廢物種類很多,除城市生活垃圾之外,還包括建筑垃圾、工業固體廢物、危險固體廢物等。“無廢城市”中的“廢”之所以定義為固體廢物,應該有兩個方面的原因:一是與廢水、廢氣不同,固體廢物中含有活性物質,一旦與大氣相互作用,就會產生廢水及廢氣,如果處理不好,容易造成二次污染;二是固體廢物中含有活性物質,資源化利用的空間非常大,如生活垃圾中含有纖維素、工業固體廢物粉煤灰中含有活性氧化鋁。特別是大宗工業固體廢物,積存量巨大,環境影響突出,但是利用前景廣闊,是資源綜合利用的核心領域。如果將帶有活性物質的工業固體廢物進行有效的資源化利用,勢必帶來不可估量的社會、經濟及環境效益。比如,電廠煤炭燃燒產生的粉煤灰,可以說曾經是毫無用處,其處置還耗費大量資金和土地。如今隨著技術的進步,粉煤灰已經實現了“變廢為寶”,成為水泥、磚、陶粒、無機耐火纖維等產品的原材料。由此可見,固體廢物資源化利用是減污降碳的重要抓手,對減污降碳協同增效具有極其重要的作用,能夠促進我國循環經濟綠色發展。

“無廢城市”建設的本質就是解決固體廢物污染和資源化利用的問題。因為固體廢物全部消除是不可能的,所以所謂的“無廢城市”應該是通過對城市固體廢物的精細化管理,達到某種意義上的平衡,類似于“自產自銷”,不會對城市及生態環境可持續發展產生額外的負擔和污染。這種平衡需要整個城市通過實現“固體廢物產量更少、資源化利用更充分、廢物處置更安全”來達成。對于生活垃圾的精細化管理,我要重點強調一下:盡管“零填埋”已經在各大城市推廣,但是“零填埋”不等于不填埋,而是指原生垃圾的“零填埋”,垃圾焚燒過程中產生的爐渣和飛灰等還是需要進行填埋處置的。另外,當垃圾焚燒設備發生故障與例行檢修時,垃圾填埋場仍需要發揮其應急兜底和保障作用。各大城市應盡早規劃大型集約化填埋這種末端處置設施,且要優先考慮將在役填埋場擴建為大型集約化填埋場。同時,焚燒處理量較大的城市應制定更加嚴格的生活垃圾焚燒污染控制標準,研發和推廣入爐垃圾含水量監控和煙氣二噁英在線監測技術。除此之外,還要建立城市固體廢物處置設施定期風險評估制度,引入基于風險評估的災害保險機制,強化風險管控。


填埋和焚燒處置是固體廢物主要的碳排放源


《環境保護》:當前我國固體廢物的規模有多大?其有效處理與合理處置將會對實現碳達峰、碳中和目標產生怎樣的積極影響?


陳云敏:我國是世界上資源消耗和廢棄物產生量最大的國家之一。目前,我國年產固體廢物總量達70億t,其中,城市生活垃圾2.26億t,建筑垃圾25.5億t,工業固體廢物33億t;我國固體廢物堆存量600余億t,其中,生活垃圾約80億t,建筑垃圾200余億t,工業固體廢物約300億t;我國存量工業固體廢物占地200余萬hm2,與斯洛文尼亞的國土面積相當,如果將600億t固體廢物平鋪到我國陸域全部領土,厚度可以達到5mm,并會與大氣及降水作用產生大量的滲濾液和甲烷、二氧化碳及惡臭氣體等。另外,我國工業固體廢物的填埋高度最高已達300m,且每年均有失穩滑坡事件發生,造成了人員傷亡和財產損失,同時還污染了地表環境。總體來講,我國固體廢物領域的現狀可概括為“兩大三高”。“兩大”即產量大、資源化利用空間大;“三高”即失穩滑坡風險高、滲濾液污染地下水土風險高、填埋氣體污染大氣風險高。

據統計,2016年全球固體廢物的產生與處置帶來約16億t二氧化碳當量的溫室氣體排放,占全球溫室氣體排放總量的3%~5%。數據表明,固體廢物的填埋和焚燒處置是主要的碳排放源。固體廢物組成復雜,含有不同比例的活性成分,在運輸、處理、處置過程中產生大量溫室氣體,其中尤以甲烷和二氧化碳為碳排放貢獻大的典型代表。同時,以紙張、編織物為代表的城市生活垃圾,經過焚燒處置后,其中的碳元素又會以二氧化碳的形式被釋放到大氣環境中。根據美國環境保護署(EPA)的評估數據,甲烷對溫室效應的貢獻是二氧化碳的28倍,美國人為產生的甲烷量占全球變暖損害責任的10.6%,其中的3.8%則來自垃圾填埋氣。另外,據國際固體廢物協會(ISWA)預估,若將固體廢物源頭減量、資源化利用等措施納入減碳考慮,最多可減少全球20%的碳排放量。

對于我國固體廢物現狀,如果改善現有固體廢物處置管理模式,實現對大宗固體廢物的資源化利用,對大量的固體廢物填埋場進行規范化治理,包括覆蓋系統防水閉氣、滲濾液污染阻隔管控、固體廢物堆體邊坡失穩滑坡加固,將對推進我國減污降碳協同增效以及“雙碳”目標的達成具有重要的作用。


固體廢物碳排放監測體系亟待完善

《環境保護》:在“雙碳”目標下,固體廢物領域的減污降碳協同增效該如何推進?

陳云敏:我國制定的碳達峰、碳中和的“1+N”政策體系正在陸續發布。中共中央、國務院印發的《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》即頂層設計文件“1”,《2030年前碳達峰行動方案》即“N”里面的第一個文件。“N”還包括固體廢物領域及其他重點領域、重點行業實現這些目標的政策措施和要采取的行動。對于固體廢物領域來說,關鍵點在于如何按照“1”的頂層設計與要求,切實推動固體廢物領域“N”的制定與實施。
目前,固體廢物的碳排放核算主要采用的是排放系數法,缺乏一套完整的針對固體廢物組分特點和處置方式的碳排放核算模型和面向固體廢物處置場地碳排放的監測體系。應針對固體廢物焚燒處置及末端填埋處置中發生的物質轉化機制及碳足跡開展研究,基于“天空地”立體技術搭建一套碳監測網絡與可視化平臺,建成全國固體廢物處置場地碳排放監測大數據平臺,查明固體廢物碳排放源在哪、總體排放量有多大,為我國固體廢物領域碳達峰、碳中和目標實現路徑的規劃和減排技術的創新提供依據和支撐。

針對工業固體廢物、生活垃圾、建筑垃圾、危險廢物的不同特點,應實施減量化、資源化和無害化處置。以建筑垃圾為例,首先推動建筑垃圾精細化分類,然后根據不同種類建筑垃圾的特點進行分質利用,進而提高建筑垃圾資源化利用水平。實驗室針對浙江省溫州市建筑垃圾和工程渣土,通過細致勘察,將其精細分類為雜填土、硬殼層黏土、淤泥質黏土和淤泥夾粉砂四類,然后根據不同種類工程渣土的物理性質和工程特性,分類開挖直運利用,并提出了就近回填堆坡造景、廢棄礦山消納復墾土地、再生路基填料、圍墾區洼地回填和儲備再利用五種消納處置及資源化利用途徑,實現了工程渣土土方平衡和零填埋。


《環境保護》:請問您的科研成果在助推生態環境保護方面發揮了怎樣的作用?我國的環境類學科建設還應該如何加強?

陳云敏:實驗室做了一些巖土工程學科和環境工程學科交叉的工作,利用巖土工程理論和手段解決環境工程問題。建立了城市固體廢物降解壓縮本構關系,提出了生化反應、孔隙水氣運移和溶質遷移耦合作用的降解固結理論,揭示了固體廢物堆填場存在堆填體滑坡污染地表環境、滲濾液泄漏污染地下水土、填埋氣擴散污染大氣三大環境災害的根本原因。
實驗室研發的技術已在國內數百個填埋場工程設計和治理中成功應用。研發的填埋場液氣分離立體導排技術能夠控制填埋場液位低于警戒液位,從而保證填埋場的安全穩定;研發的生態型“防水閉氣”覆蓋系統能夠防止填埋氣擴散并減少滲濾液產量;研發的全壽命水平防污屏障和豎向阻隔墻能夠防止滲濾液擴散污染地下水和土壤。實驗室加強對固體廢物填埋場“空天地”監測技術的研發與應用,并積累形成了填埋場環境污染基礎數據庫,為精準治理提供了依據。
實驗室負責的“十三五”國家重大科技基礎設施項目——“超重力離心模擬與實驗裝置”。超重力具有“縮尺”作用,比如,我們想知道100層樓高的房子對地基的影響,只需將1層樓高的模型放在100個重力加速度(g)的超重力作用下驗證即可。超重力場中還存在“縮時”效應,在超重力離心機上搭載土壤污染物遷移實驗裝置,可以模擬污染物在地下大尺度、長歷時的運移,將現實中耗時需千年的污染物遷移研究縮短至數天。“超重力離心模擬與實驗裝置”中的深地工程與環境實驗艙擁有模擬地下污染物千米尺度和萬年歷時遷移過程的試驗能力,能夠為破解固體廢物填埋場環境災害防控難題提供有效數據支撐。
生態文明建設已上升為國家戰略,是中華民族永續發展的根本大計。生態文明建設離不開環境領域的專業人才和專業技術,我建議:在學科方面,應進一步重構和完善環境學科的課程體系和課程內容體系;在科研方面,應建設面向國家重大需求和技術難題的實驗基地,如固體廢物安全處置與高效利用等方面的重點實驗室。

文/本刊記者 郭媛媛 于寶源

來源 | 環境保護
作者 | 陳云敏

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