书城自然科学绿色能源
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第14章 绿色能源——变废为宝(1)

本章介绍了一些很实用的能源再利用方法,并且是很好的绿色环保方式。比如说其中讨论到了关于水的循环利用、电子垃圾的循环利用、废物的合理利用等方法,并且提到了中国上海举办的世博会中的节能展馆,让读者在有趣味的阅读中学会节约、学会重复利用。

丢掉的金子——垃圾

面对垃圾泛滥成灾的状况,世界各国的专家们已不仅限于控制和销毁垃圾这种被动“防守”,而是积极采取有力措施,进行科学合理的综合处理以利用垃圾。我国有丰富的垃圾资源,其中存在极大的潜在效益。现在,全国城市每年因垃圾造成的损失约近300亿元(运输费、处理费等),而若将其综合利用却能创造约2500亿元的效益。

垃圾中确有许多东西可以再循环。再循环要比焚化和垃圾场堆放更为优越,因为它节约自然资源并且对环境更有利,同时它对增加就业机会和发展经济也有很多好处。固体废弃物是多种多样物品的混合物,在循环利用之前必须先将它们逐类分开。玻璃、纸张等都容易分开,但成分复杂的一些东西就不那么好分了。有些食品罐含金属箔片,还含有塑料和纸,把这些东西都一一分离,实属不易。但再循环已开始付诸实施,美国的许多州颁布律条实行再循环以减少垃圾量,让市民们把自己的垃圾分类并放在特制的箱内,置于路边等待清洁工取走。有的则没有分类,而是把混合的垃圾运到特定的地方再分类,方法包括磁选、过筛等。全美国最成功的再循环项目在华盛顿州,其固体废弃物总量降低了37%,主要是靠再循环来达到的,1998年这个城市的目标是废弃物总量要降低60%,而且已成功达到。看到这里,人们可能会认为再循环只不过是把一些物质从固体废弃物中分离出来。其实不单单是这样,分离只是再循环的第二步。最终的再生产才是最终的目的,而且现在再生物品市场已经在销售再生产品了。

其中铝的回收是最成功的,主要是由于经济上的因素,从再生铝罐制造新的铝罐要消耗能量,由于消耗的能量很大,回收铝对经济有强烈的刺激。如1988年美国约有55%的铝罐是用回收铝制造的。而其他非铝金属,包括铅、金、铁、钢、银和锌。回收中的一个主要问题是对一些废弃金属制品的成分一无所知。另外从一些物品中抽提金属也很困难,因为它们还含有一些非金属物质,如一个炉子就含有塑料、橡胶和玻璃等多种物质。反之,工厂中产生的废旧金属就比较容易回收,因为它们的组成成分是已知的。国家经济状况对金属的回收与否也有很大的影响,当经济强劲时,回收得也较多,所以,虽然逐年废金属的提供量基本上保持稳定,但每年的回收量却不尽相同。

其中钢就是一个例外,20世纪70年代以前的钢几乎都是从矿石中提炼出来的,而今天以废钢铁为原料来生产钢铁的小厂越来越多,而且它们所遭遇的经济困难要比传统的大厂小,所以以废旧钢铁为原料生产钢的产量越来越大。

再比如说我们日常经常会用到的纸张就是其中之一。全美国再生利用的纸不到总量的30%,余下的便运往垃圾场或干脆烧掉,与世界上大多数发达国家相比,纸的再生利用率很低,只有其他国家的一半。部分原因是美国的纸厂太旧,没有设备来处理废纸,到1985年还只有25%的纸厂可以处理废纸。除此而外,别国对美国废纸需求的不断增长也是一个原因。如墨西哥就从美国进口大量废纸,中国、朝鲜对废纸的需求量也很大。如前所述,.除非有市场,否则废纸再生工程就难以启动。有时可以通过立法来促进,如加拿大多伦多市议会就通过一条法律,凡报纸必须含有50%的再生纤维,否则将不许启用街上的销售报箱。美国的马里兰州则采用了另一种办法,对那些再生纸纤维达不到12%的报纸实行征收每吨10美元的税款。

玻璃是固体废弃物中的另一类成分,适宜于再利用。再利用的玻璃制品比原装的要便宜很多。玻璃制成的食品和饮料容器可先加以粉碎,然后再熔化以制成新产品,对工厂来说不需添加任何新的设备就可以完全此项任务。虽然分开的单色废碎玻璃更值钱,但混色的碎废玻璃可与沥青一起来制造沥青玻璃,这种玻璃现在大多被用来装饰地面。

而我们最常见,也最为痛疼的就是塑料了,这个造成世界“白色污染”的罪魁祸首一直是全世界的焦点。以美国为例,在1988年,再生的塑料不足1%,但社会上要求循环利用塑料的呼声很高,所以每年有越来越多的塑料被循环再利用。虽然再生塑料的量还不算多,但对环境和经济上的好处却已十分明显。

而且现在再生塑料产业受到地方政府的大力支持,比如PET塑料用来做苏打瓶,其循环利用就做得最好,工业上PET的重利用率为12%,像地毯、汽车零部件、网球毛布中都含有PET。聚苯乙烯也有很大的再利用潜力,如水杯、餐具和包装材料都可以用来再生成各种产品,如帽勾、塑料花盆、泡沫防震材料及玩具等。每年生产出的这种塑料量达50亿磅,所以大规模地回收便可以大大减少填埋场中这种垃圾的数量。但塑料有许多不同类型,通常商品中包含的塑料就有46种,而且许多产品中含有多种塑料,如塑料的番茄沙司瓶便是由6层不同塑料组合而成的。为了有效地再生高质量的塑料,不同种类的塑料需要事先被分开,如果多种树脂一起再生,产生的塑料质量会降低。低质量塑料混合物常用来制造类似于木材的东西,有时称为塑材,适宜用做户外建材,如篱笆柱、公园长椅等,特别结实耐用。在德国,隔离噪声的塑料篱笆已经开始在高速公路上使用。

垃圾除了能够再生销售产品之外,还能够发电。垃圾发电是把各种垃圾收集后,进行分类处理。这样,一方面对燃烧值较高的进行高温焚烧(也彻底消灭了病源性生物和腐蚀性有机物),在高温焚烧(产生的烟雾经过处理)中产生的热能使水转化为高温蒸汽,推动涡轮机转动,使发电机产生电能。一方面对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理,最后干燥脱硫,产生一种气体叫甲烷,也叫沼气。再经燃烧,其热能使水转化为蒸汽,推动涡轮机转动,带动发电机产生电能。

其实垃圾发电的发展史从20世纪70年代起就开始了,一些发达国家在那个时代已经开始着手运用焚烧垃圾产生的热能进行发电。欧美一些国家建立起的垃圾发电站每天都能够处理数以万计的垃圾。现在,德国的垃圾发电厂每年都要花费巨资,从国外进口垃圾。据统计,目前全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家。

我国城市垃圾焚烧发电最早投入运行始于1987年。之后,随着一大批环保产业化和环保高技术产业化项目的相继启动,垃圾焚烧发电技术得到了快速发展,实现了大型垃圾焚烧发电技术的本土化,垃圾焚烧处理能力在近5年间增长了5倍。

垃圾处理的原则是无害化、减量化、资源化。垃圾焚烧发电因大大减少填埋而能够节约大量的土地资源,同时也减少了填埋对地下水和填埋场周边环境的大气污染。

根据我国现行政策,城市生活垃圾焚烧发电技术将以机械炉排炉为主导,辅以其他焚烧技术。按照日处理1800吨二段往复式垃圾焚烧设备计算,年发电量可达1.6亿千瓦时,可节约标准煤4.8万吨,年减少氮氧化合物排放480吨、二氧化硫排放768吨。

运用垃圾发电有很多优点,其大体可以概括为以下六点:

1.垃圾处理的范围非常广泛,人们能够利用燃烧垃圾发电的方法处理工业垃圾、生活垃圾、医院垃圾、废弃物、废弃橡胶轮胎等很多垃圾;

2.运行维护费用非常低,由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平,因此运行需要的工作人员很少,维护所做的工作量也较少;

3.可靠性高,经过近20年运行表明,焚烧炉发生故障的概率非常低,而且年运行8000小时以上,一般利用率可达95%以上;

4.燃烧热效率高,一般的垃圾正常燃烧热效率都在80%以上,即使水份很大的生活垃圾,燃烧热效率也在70%以上;

5.排放物控制水平高:由于采用二级烟气再燃烧和先进的烟气处理设备,使烟气得到了充分的处理;

6.炉排在压缩空气的吹扫下,有自清洁功能。

垃圾不但能够焚烧发电,还能够重复使用。例如,为使玻璃瓶能重复使用,瓶壁必须比一次性瓶子的壁厚,故整个瓶子也较重,由于重量增加,运输费用也随之增高。过去的年代,重复使用瓶子是因为当时的制瓶厂小而分散,重复使用有助于降低运输成本。例如,全美国小型分散的厂子已集中起来,数目仅为原先的十分之一,瓶子重了运输起来成本增高,所以便不能再回到过去重复使用玻璃瓶的时代了。虽然美国重复使用瓶子的数量下降了,然而其他国家仍保持相当的规模,如在日本,几乎所有的啤酒瓶和米酒瓶都要重复使用达20次;而在厄瓜多尔,一个瓶子要用10年以上。欧洲国家如德国和瑞士有法律以促进容器的重复使用。美国一些饮料业近来一反往常抛弃瓶子的习惯,采用塑料瓶为客户直接送牛奶,这种瓶子可以用50~100次。而且现在一些酿造业也对重复使用瓶子发生了兴趣。

水的循环利用

地球仪在我们每个人的记忆中都是蓝色的,这是因为地球上大部分的面积都是海水,虽然有这些难以计量的海水,但是地球依然在面临着严重的水资源危机。这样说,也许还不是很好理解,那就让我们来看一下数字。地球上按全球人口53亿计算,每个人可以分摊到2.6亿立方米,但这些水中的绝大部分(97%)是又咸又苦的海水,既不能喝,又不能用。人类活动所需要的淡水,只占全球总水量的3%都不到。就是这么一点点淡水,绝大部分还是难以利用的冰固体水和深层地下水。在现有的技术和经济条件下,实际可供开发利用的淡水资源——江河、湖泊、浅层地下水等,只占地球总水量的3%,也就是大约40万亿立方米。

水是一切生命赖以生存、社会经济发展不可缺少和不可替代的重要自然资源和环境要素。水在自然界里是不断循环的。按全球总的降水量计算,平均每人每天可以得到300立方米。因此,从理论上讲,地球上的淡水资源是非常丰富的,而且还可以不断得到补充和更新,不应该有短缺的问题。然而实际情况并非如此。现在全球到处都在闹水荒,缺水成了世界性的间题,有80个国家已蒙受严重缺水之害。非洲埃塞俄比亚等国家由于连年干旱,加上内战不已,过去10年已有100多万人饿死,数百万人营养不良。中东也缺水。以色列的淡水供应短缺30%,他们准备建造大型塑料驳船到土耳其去购买数以百万吨的淡水。干燥、炎热的科威特和沙特阿拉伯遍地是沙漠,水贵如油,已经花费巨额资金把海水淡化作为缓解淡水供应的主要手段。

由于80年代连续几年少雨,拥有8亿多人口的印度正深受缺水之苦。在这个国家一些严重缺水的大城市里,只有医院和大饭店的用水得到特殊照顾,市民们不得不半夜起来排队取水。

在中亚,前苏联的世界第四大湖——咸海已濒临干涸。在过去30年里,这个巨大湖泊的面积已经缩小了2/3。苏联由于过去长期超量用水,如今不得不减少农田灌溉面积。水荒也同样困扰着我国。我国是一个缺水的国家,人口占世界的21%,淡水拥有量却只占8%。全国434个城市中有188个水源告急,40多个严重缺水,每天缺水总量达2000多万吨,每年影响工业产值200多亿元。全国农村约有4000万人口、3000万头牲畜饮水困难,3.5亿亩农田受到干旱威胁,其中1.6亿亩农田干旱成灾。现在,世界上不仅是干旱地区缺水,随着用水量的猛增和水污染带来的水质恶化,连雨量较多的欧洲和美国东部地区也感到缺水了。

在水资源匮乏的地方,国与国之间,地区与地区之间,工业与农业之间,居民与工厂之间,经常会发生用水之争。埃及和埃塞俄比亚,印度和孟加拉国,特别是中东地区的约旦和以色列,土耳其和叙利亚、伊拉克,都曾发生过激烈的用水之争。

20世纪末,用水量又翻一番,结果,北非、中东的水资源将面临枯竭,南欧、东欧、中亚、南亚的供水量也将接近极限。如果再不采取有效措施,那么用不了很多年,我们这个有“水球”之称的地球,就有可能整个地进入一个水资源危机的阶段。

人体内的50%到60%的重量都是水分,儿童体内的水分多达体重的80%。没有水就没有生命。所以说,水是人类的宝贵资源,是生命之泉。但是随着现代社会的人口增长、工农业生产活动和城市化的急剧发展,对有限的水资源及水环境产生了巨大的冲击。在全球范围内,水质的污染、需水量的迅速增加以及部门间竞争性开发所导致的不合理利用,使水资源进一步短缺,水环境更加恶化,严重地影响了社会经济的发展,威胁着人类的福祉。保护水资源合理利用水刻不容缓。

当前,水资源不足不仅成为许多国家经济发展的严重障碍,而且已威胁到人类的生活、健康甚至生命。不断加剧的水资源危机使人们终于清醒了:水并不是取之不尽、用之不竭的。我们再也不能无节制地浪费水资源了,而必须管好、用好这有限而又宝贵的水。人们的日常生活、科研工作和工农业生产都要用到水,因此就要在各个环节都做到节约用水。

农业上的用水量很大,大约占人类生产和生活用水的70%以上。传统的农业灌溉方式是,往田里大量灌水。这种“漫灌”方式任水到处流淌,结果不仅有一半以上的水白白地流失,而且还可能造成土壤的盐碱化。目前我们已发展了很多新的灌溉技术,如喷灌、滴灌、渗灌等。世界各国的农业灌溉用水效率只要提高10%,节省下来的水就可满足全球居民生活用水的需要了。

工业用水在我们的生活中约占总用水量的22%,因此节水潜力很大。工业节水的主要途径是使水在生产过程中,通过技术处理,得以一水多用、循环利用。一些发达国家都十分重视水的重复利用。日本工业用水的重复率在1982年就已达到74%,而我国工业用水的重复率只有45%,全国每年有70亿立方米的工业冷却水未经循环就白白流走了。