第7期 武冬青等:新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 capacity within short time, reduce use of conventional filling materials and construction cost and time. Therefore for land-scare countries and areas, the proposed technology is an attractive method which can solve twin problems of limited landfill space and limited resource for reclamation filling materials. Keywords: municipal solid waste; marine clay ( MC); incineration bottom ash(IBA); MC-IBA matrix; Chemical-Physical Combined Method(CPCM);‘ NewSoil’; land reclamation 随着世界经济的快速发展,很多国家对沿海港口到2035年也即将填满,这成为新加坡国家环境局急 地区和工业地区等黄金地带的土地需求量升高,因而需解决的重要问题6.和飞灰相比较,底渣的再生利 填海造地的规模也在爆发式增长.新加坡作为领土有用潜能大,很多学者0都针对不同的应用领域对底 限的岛国,在20世纪50年代就已开始填海工程口,近渣进行了多方面的研究.在大部分发达国家和城市 年来填海规模已达到约为3km2/a.随着经济的持续发垃圾焚烧底渣被大力提倡进行资源再生利用,回收处 展,新加坡及其他世界各国对填海造地的需求也会不理后的底渣可用于土木工程和道路工程建设.据悉 断增加.但是由于日益提高的环保要求,传统的填海材丹麦、荷兰、法国、德国的回收使用率在2003年就已 料、沙石等的开采越来越受限制如能转化固体废物来达50%以上(见表1).新加坡在2015年开设了第 替代传统的填海填料,将是一个绿色可持续的双赢战家金属回收厂,专门回收垃圾焚烧底渣中的金属.虽 略,因此,此类硏究成为包括新加坡在内的各国政府部然处理后的底渣可减少10%的质量,但是仍有90% 门、大学和研究机构等关注的重点课题2 的底渣需进行填埋,所以资源化利用焚烧底渣是新加 固体废物及再生利用 坡研究的重点课题{.由于底渣中的重金属对环境 由于城市生活垃圾体积庞大数量繁多,目前国际具有长期的潜在危害,在对底渣进行再生利用的上述 上最有效的处理方式是采用垃圾焚烧法,将其体积减发达国家中,底渣都不可直接使用,需经严格测试后 至10%或以下,并且将焚烧过程中产生的热量转化确保其符合相关的固废再生利用标准及法规和相对 成电能焚烧过后留有残留物,其中约85%为焚烧底应行业应用标准后才能进行利用.在无相关环境 渣,约15%为飞灰底渣拥有相当含量的重金属,而测试的情况下,有些地区直接将底渣用作房屋、道路 飞灰不仅有超量的重金属,也含有大量的二英{4.等的建筑材料,这对环境具有巨大的安全隐患.新加 很多国家都将焚烧后的灰渣进行部分或全部卫生安坡另一类体积和质量均较庞大的固体废物是海洋淤 全填埋,填埋会占用大量的宝贵土地,花费高昂的经泥,城市地铁及土木工程施工产生的废土等.这些废 济和社会成本,并不符合未来绿色可持续发展的方弃物如进行再生利用一般没有严重的重金属污染隐 向.新加坡每年有超过62×104t的垃圾焚烧底渣需患(港口、航道等的淤泥除外),但其工程物理力学指 进行填埋,唯一一座垃圾填埋场——实马高填埋场,标甚差,无法直接有效使用 表1垃圾焚烧底渣在各国的再生利用及利用率 Table 1 Recycle of incineration bottom ash in developed countries 主要利用领域 利用率/% 筑工程、道路工程 644626 捷克共和国 填埋场建设 %82 荷兰 道路工程和路堤 德国 土木工程 3140000 挪威 填埋场建设 5 意大利 水泥工业 土木工程、填埋场工程 446478 西班牙 道路工程 工程材料 无(100%填埋) 新加坡 无(100%填埋) 约462000 0 注:一表示资料不明第 ７ 期 武冬青等:新加坡固体废物循环利用于填海造地技术的研究进展 ｃａｐａｃｉｔｙ ｗｉｔｈｉｎ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅꎬ ｒｅｄｕｃｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｔｉｍｅ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ｆｏｒ ｌａｎｄ￣ｓｃａｒｅ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ａｎｄ ａｒｅａｓꎬ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｎ ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｔｗｉｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｉｍｉｔｅｄ ｌａｎｄｆｉｌｌ ｓｐａｃｅ ａｎｄ ｌｉｍｉｔｅｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ: ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ｓｏｌｉｄ ｗａｓｔｅꎻ ｍａｒｉｎｅ ｃｌａｙ (ＭＣ)ꎻ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ａｓｈ ( ＩＢＡ)ꎻ ＭＣ￣ＩＢＡ ｍａｔｒｉｘꎻ Ｃｈｅｍｉｃａｌ￣Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ (ＣＰＣＭ)ꎻ ‘ＮｅｗＳｏｉｌ’ꎻ ｌａｎｄ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ 随着世界经济的快速发展ꎬ很多国家对沿海港口 地区和工业地区等黄金地带的土地需求量升高ꎬ因而 填海造地的规模也在爆发式增长. 新加坡作为领土有 限的岛国ꎬ在 ２０ 世纪 ５０ 年代就已开始填海工程[１] ꎬ近 年来填海规模已达到约为 ３ ｋｍ ２ ∕ａ. 随着经济的持续发 展ꎬ新加坡及其他世界各国对填海造地的需求也会不 断增加. 但是由于日益提高的环保要求ꎬ传统的填海材 料、沙石等的开采越来越受限制. 如能转化固体废物来 替代传统的填海填料ꎬ将是一个绿色可持续的双赢战 略ꎬ因此ꎬ此类研究成为包括新加坡在内的各国政府部 门、大学和研究机构等关注的重点课题[２￣３] . １ 固体废物及再生利用 由于城市生活垃圾体积庞大数量繁多ꎬ目前国际 上最有效的处理方式是采用垃圾焚烧法ꎬ将其体积减 至 １０％或以下ꎬ并且将焚烧过程中产生的热量转化 成电能. 焚烧过后留有残留物ꎬ其中约 ８５％为焚烧底 渣ꎬ约 １５％为飞灰. 底渣拥有相当含量的重金属ꎬ而 飞灰不仅有超量的重金属ꎬ 也含有大量的二 英[４￣５] . 很多国家都将焚烧后的灰渣进行部分或全部卫生安 全填埋ꎬ填埋会占用大量的宝贵土地ꎬ花费高昂的经 济和社会成本ꎬ并不符合未来绿色可持续发展的方 向. 新加坡每年有超过 ６２×１０ ４ ｔ 的垃圾焚烧底渣需 进行填埋ꎬ唯一一座垃圾填埋场———实马高填埋场ꎬ 到 ２０３５ 年也即将填满ꎬ这成为新加坡国家环境局急 需解决的重要问题[６] . 和飞灰相比较ꎬ底渣的再生利 用潜能大ꎬ很多学者[７￣１０]都针对不同的应用领域对底 渣进行了多方面的研究. 在大部分发达国家和城市ꎬ 垃圾焚烧底渣被大力提倡进行资源再生利用ꎬ回收处 理后的底渣可用于土木工程和道路工程建设. 据悉ꎬ 丹麦、荷兰、法国、德国的回收使用率在 ２００３ 年就已 达 ５０％以上(见表 １). 新加坡在 ２０１５ 年开设了第一 家金属回收厂ꎬ专门回收垃圾焚烧底渣中的金属. 虽 然处理后的底渣可减少 １０％的质量ꎬ但是仍有 ９０％ 的底渣需进行填埋ꎬ所以资源化利用焚烧底渣是新加 坡研究的重点课题[１１] . 由于底渣中的重金属对环境 具有长期的潜在危害ꎬ在对底渣进行再生利用的上述 发达国家中ꎬ底渣都不可直接使用ꎬ需经严格测试后 确保其符合相关的固废再生利用标准及法规和相对 应行业应用标准后才能进行利用[１２] . 在无相关环境 测试的情况下ꎬ有些地区直接将底渣用作房屋、道路 等的建筑材料ꎬ这对环境具有巨大的安全隐患. 新加 坡另一类体积和质量均较庞大的固体废物是海洋淤 泥ꎬ城市地铁及土木工程施工产生的废土等. 这些废 弃物如进行再生利用一般没有严重的重金属污染隐 患(港口、航道等的淤泥除外)ꎬ但其工程物理力学指 标甚差ꎬ无法直接有效使用[１３] . 表 １ 垃圾焚烧底渣在各国的再生利用及利用率 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｅｃｙｃｌｅ ｏｆ ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ａｓｈ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ 国家 主要利用领域 产量∕ｔ(２００３ 年) 利用率∕％ 丹麦 建筑工程、道路工程 ６４４ ６２６ ９８ 捷克共和国 填埋场建设 １１８ ３５９ ８９ 法国 道路工程 ２ ９９５ ０００ ７２ 荷兰 道路工程和路堤 １ ２００ ０００ ６７ 德国 土木工程 ３ １４０ ０００ ６５ 挪威 填埋场建设 — ５２ 意大利 水泥工业 ６４１ ５３３ １７ 瑞典 土木工程、填埋场工程 ４４６ ４７８ １０ 西班牙 道路工程 — — 比利时 工程材料 — — 瑞士 无(１００％填埋) ６４０ ０００ ０ 新加坡 无(１００％填埋) 约 ４６２ ０００ ０ 注:—表示资料不明. １１７５