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院士说 | 《环境保护》对话陈云敏院士:固体废物领域亟须追溯碳排放源头

时间:2022-06-13 14:23来源:环境保护杂志社 点击:
导读:陈云敏院士 院士介绍 陈云敏,男,1962年2月出生,2015年当选为中国科学院院士,我国土力学与岩土工程专家。1983年毕业于浙江大学土木工程学系,先后于1986年和1989年获该校硕士和博...

陈云敏院士
 
院士介绍
       陈云敏,男,1962年2月出生,2015年当选为中国科学院院士,我国土力学与岩土工程专家。1983年毕业于浙江大学土木工程学系,先后于1986年和1989年获该校硕士和博士学位。现任浙江大学建筑工程学院教授、超重力研究中心主任、岩土工程研究所所长,并担任“十三五”国家重大科技基础设施“超重力离心模拟与实验装置”项目首席科学家、国家自然科学基金基础科学中心“多相介质超重力相演变”项目负责人。陈云敏院士长期从事软弱土静动力固结、降解固结和灾害防控理论与技术研究,建立了基于结构屈服应力的固结模型、深厚软土地基沉降控制准则及建构筑物沉降高精度控制方法;提出了砂性土初始液化强度的剪切波速表征模型,以及相应的地震液化判别方法和处理技术;建立了城市固体废弃物降解压缩本构关系,提出了生化反应、孔隙水气运移和溶质迁移耦合作用的降解固结理论,研发了液气分离立体导排、高效防污屏障等技术,解决了填埋场环境灾害防控难题;获得了国家进步二等奖3项、省部级科学技术进步一等奖9项,发表了学术论文500余篇。

  中共中央、国务院印发的《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》(以下简称《意见》)指出,要以减污降碳协同增效为总抓手,深入打好净土保卫战,并就健全“无废城市”建设相关制度、技术、市场、监管体系,以及推进城市固体废物精细化管理等工作提出了具体的指导意见。同时,《意见》还提出了到2025年土壤污染风险得到有效管控,固体废物和新污染物治理能力明显增强的主要目标。“无废城市”的战略意义是什么?变废为宝的科学途径和创新技术有哪些?固体废物领域将对“双碳”目标的实现起到怎样的助推作用?近日,《环境保护》杂志记者专访了中国科学院院士、浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室(以下简称“实验室”)第一届主任陈云敏。
 
  固体废物资源化利用是减污降碳的重要抓手
 
  《环境保护》:《意见》提出要稳步推进“无废城市”建设,推进城市固体废物精细化管理的要求。请您谈谈提出“无废城市”建设的重要战略意义体现在哪里?固体废物领域对我国经济社会发展具有怎样的推动力?
 
  陈云敏:从狭义上讲,城市固体废物指的是城市生活垃圾。从广义上讲,城市固体废物种类很多,除城市生活垃圾之外,还包括建筑垃圾、工业固体废物、危险固体废物等。“无废城市”中的“废”之所以定义为固体废物,应该有两个方面的原因:一是与废水、废气不同,固体废物中含有活性物质,一旦与大气相互作用,就会产生废水及废气,如果处理不好,容易造成二次污染;二是固体废物中含有活性物质,资源化利用的空间非常大,如生活垃圾中含有纤维素、工业固体废物粉煤灰中含有活性氧化铝。特别是大宗工业固体废物,积存量巨大,环境影响突出,但是利用前景广阔,是资源综合利用的核心领域。如果将带有活性物质的工业固体废物进行有效的资源化利用,势必带来不可估量的社会、经济及环境效益。比如,电厂煤炭燃烧产生的粉煤灰,可以说曾经是毫无用处,其处置还耗费大量资金和土地。如今随着技术的进步,粉煤灰已经实现了“变废为宝”,成为水泥、砖、陶粒、无机耐火纤维等产品的原材料。由此可见,固体废物资源化利用是减污降碳的重要抓手,对减污降碳协同增效具有极其重要的作用,能够促进我国循环经济绿色发展。
 
  “无废城市”建设的本质就是解决固体废物污染和资源化利用的问题。因为固体废物全部消除是不可能的,所以所谓的“无废城市”应该是通过对城市固体废物的精细化管理,达到某种意义上的平衡,类似于“自产自销”,不会对城市及生态环境可持续发展产生额外的负担和污染。这种平衡需要整个城市通过实现“固体废物产量更少、资源化利用更充分、废物处置更安全”来达成。对于生活垃圾的精细化管理,我要重点强调一下:尽管“零填埋”已经在各大城市推广,但是“零填埋”不等于不填埋,而是指原生垃圾的“零填埋”,垃圾焚烧过程中产生的炉渣和飞灰等还是需要进行填埋处置的。另外,当垃圾焚烧设备发生故障与例行检修时,垃圾填埋场仍需要发挥其应急兜底和保障作用。各大城市应尽早规划大型集约化填埋这种末端处置设施,且要优先考虑将在役填埋场扩建为大型集约化填埋场。同时,焚烧处理量较大的城市应制定更加严格的生活垃圾焚烧污染控制标准,研发和推广入炉垃圾含水量监控和烟气二噁英在线监测技术。除此之外,还要建立城市固体废物处置设施定期风险评估制度,引入基于风险评估的灾害保险机制,强化风险管控。
 
  填埋和焚烧处置是固体废物主要的碳排放源
 
  《环境保护》:当前我国固体废物的规模有多大?其有效处理与合理处置将会对实现碳达峰、碳中和目标产生怎样的积极影响?
 
  陈云敏:我国是世界上资源消耗和废弃物产生量最大的国家之一。目前,我国年产固体废物总量达70亿t,其中,城市生活垃圾2.26亿t,建筑垃圾25.5亿t,工业固体废物33亿t;我国固体废物堆存量600余亿t,其中,生活垃圾约80亿t,建筑垃圾200余亿t,工业固体废物约300亿t;我国存量工业固体废物占地200余万hm2,与斯洛文尼亚的国土面积相当,如果将600亿t固体废物平铺到我国陆域全部领土,厚度可以达到5mm,并会与大气及降水作用产生大量的渗滤液和甲烷、二氧化碳及恶臭气体等。另外,我国工业固体废物的填埋高度最高已达300m,且每年均有失稳滑坡事件发生,造成了人员伤亡和财产损失,同时还污染了地表环境。总体来讲,我国固体废物领域的现状可概括为“两大三高”。“两大”即产量大、资源化利用空间大;“三高”即失稳滑坡风险高、渗滤液污染地下水土风险高、填埋气体污染大气风险高。
 
  据统计,2016年全球固体废物的产生与处置带来约16亿t二氧化碳当量的温室气体排放,占全球温室气体排放总量的3%~5%。数据表明,固体废物的填埋和焚烧处置是主要的碳排放源。固体废物组成复杂,含有不同比例的活性成分,在运输、处理、处置过程中产生大量温室气体,其中尤以甲烷和二氧化碳为碳排放贡献大的典型代表。同时,以纸张、编织物为代表的城市生活垃圾,经过焚烧处置后,其中的碳元素又会以二氧化碳的形式被释放到大气环境中。根据美国环境保护署(EPA)的评估数据,甲烷对温室效应的贡献是二氧化碳的28倍,美国人为产生的甲烷量占全球变暖损害责任的10.6%,其中的3.8%则来自垃圾填埋气。另外,据国际固体废物协会(ISWA)预估,若将固体废物源头减量、资源化利用等措施纳入减碳考虑,最多可减少全球20%的碳排放量。
 
  对于我国固体废物现状,如果改善现有固体废物处置管理模式,实现对大宗固体废物的资源化利用,对大量的固体废物填埋场进行规范化治理,包括覆盖系统防水闭气、渗滤液污染阻隔管控、固体废物堆体边坡失稳滑坡加固,将对推进我国减污降碳协同增效以及“双碳”目标的达成具有重要的作用。
 
  固体废物碳排放监测体系亟待完善
 
  《环境保护》:在“双碳”目标下,固体废物领域的减污降碳协同增效该如何推进?
 
  陈云敏:我国制定的碳达峰、碳中和的“1+N”政策体系正在陆续发布。中共中央、国务院印发的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》即顶层设计文件“1”,《2030年前碳达峰行动方案》即“N”里面的第一个文件。“N”还包括固体废物领域及其他重点领域、重点行业实现这些目标的政策措施和要采取的行动。对于固体废物领域来说,关键点在于如何按照“1”的顶层设计与要求,切实推动固体废物领域“N”的制定与实施。
 
  目前,固体废物的碳排放核算主要采用的是排放系数法,缺乏一套完整的针对固体废物组分特点和处置方式的碳排放核算模型和面向固体废物处置场地碳排放的监测体系。应针对固体废物焚烧处置及末端填埋处置中发生的物质转化机制及碳足迹开展研究,基于“天空地”立体技术搭建一套碳监测网络与可视化平台,建成全国固体废物处置场地碳排放监测大数据平台,查明固体废物碳排放源在哪、总体排放量有多大,为我国固体废物领域碳达峰、碳中和目标实现路径的规划和减排技术的创新提供依据和支撑。
 
  针对工业固体废物、生活垃圾、建筑垃圾、危险废物的不同特点,应实施减量化、资源化和无害化处置。以建筑垃圾为例,首先推动建筑垃圾精细化分类,然后根据不同种类建筑垃圾的特点进行分质利用,进而提高建筑垃圾资源化利用水平。实验室针对浙江省温州市建筑垃圾和工程渣土,通过细致勘察,将其精细分类为杂填土、硬壳层黏土、淤泥质黏土和淤泥夹粉砂四类,然后根据不同种类工程渣土的物理性质和工程特性,分类开挖直运利用,并提出了就近回填堆坡造景、废弃矿山消纳复垦土地、再生路基填料、围垦区洼地回填和储备再利用五种消纳处置及资源化利用途径,实现了工程渣土土方平衡和零填埋。
 
  《环境保护》:请问您的科研成果在助推生态环境保护方面发挥了怎样的作用?我国的环境类学科建设还应该如何加强?
 
  陈云敏:实验室做了一些岩土工程学科和环境工程学科交叉的工作,利用岩土工程理论和手段解决环境工程问题。建立了城市固体废物降解压缩本构关系,提出了生化反应、孔隙水气运移和溶质迁移耦合作用的降解固结理论,揭示了固体废物堆填场存在堆填体滑坡污染地表环境、渗滤液泄漏污染地下水土、填埋气扩散污染大气三大环境灾害的根本原因。
 
  实验室研发的技术已在国内数百个填埋场工程设计和治理中成功应用。研发的填埋场液气分离立体导排技术能够控制填埋场液位低于警戒液位,从而保证填埋场的安全稳定;研发的生态型“防水闭气”覆盖系统能够防止填埋气扩散并减少渗滤液产量;研发的全寿命水平防污屏障和竖向阻隔墙能够防止渗滤液扩散污染地下水和土壤。实验室加强对固体废物填埋场“空天地”监测技术的研发与应用,并积累形成了填埋场环境污染基础数据库,为精准治理提供了依据。
 
  实验室负责的“十三五”国家重大科技基础设施项目—“超重力离心模拟与实验装置”。超重力具有“缩尺”作用,比如,我们想知道100层楼高的房子对地基的影响,只需将1层楼高的模型放在100个重力加速度(g)的超重力作用下验证即可。超重力场中还存在“缩时”效应,在超重力离心机上搭载土壤污染物迁移实验装置,可以模拟污染物在地下大尺度、长历时的运移,将现实中耗时需千年的污染物迁移研究缩短至数天。“超重力离心模拟与实验装置”中的深地工程与环境实验舱拥有模拟地下污染物千米尺度和万年历时迁移过程的试验能力,能够为破解固体废物填埋场环境灾害防控难题提供有效数据支撑。
 
  生态文明建设已上升为国家战略,是中华民族永续发展的根本大计。生态文明建设离不开环境领域的专业人才和专业技术,我建议:在学科方面,应进一步重构和完善环境学科的课程体系和课程内容体系;在科研方面,应建设面向国家重大需求和技术难题的实验基地,如固体废物安全处置与高效利用等方面的重点实验室。
文/本刊记者 郭媛媛 于宝源

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