垃圾焚烧的发展脉络
    伴随着城市化进程的加快以及人口的增加，城市中产生的垃圾量也快速增长。据世界银行估算， 至2025 年，全球每天产生的固体废弃物会从现在的350 万吨增长到610 万吨。面对如此严峻的情况， 固体废弃物的焚烧减量控制刻不容缓。垃圾焚烧技术不仅仅是一种减量垃圾、处理垃圾的技术，同时其产生的能量也是不容忽视的。面对当前超过80% 的能源是化石能源的情况下，垃圾焚烧技术产生的新能源作为一种化石能源的替代品，能够在一定程度上减缓当前的能源危机，同时也能减缓垃圾污染， 一举两得。截至2017 年，全世界共修建了1179 座日处理容量超过70 万吨的垃圾焚烧厂，其中大部分位于美国、中国、欧洲等国家和地区。而非洲以及拉丁美洲等地虽然也积极推行垃圾焚烧技术，但却忽视了能量的回收利用。
    废物量的增加可以通过焚烧部分废物和回收废物中存在的一些物质来解决。早期焚烧炉的重点仅在于废物管理，而未利用其产生的热量。英国第一座垃圾焚烧炉建于1870 年，而在美国，第一座没有能源回收的垃圾焚烧炉于1885 年在纽约建成。焚化炉的热量回收则始于20 世纪之前的欧洲。在美国， 直到20 世纪中叶，油价上涨才促使人们利用焚烧炉产生的热量来产生蒸汽和电力。最初，废物资源化的工厂采用简单的水冷壁和模块化焚烧炉，缺乏烟气处理机制。蒸汽市场的潜力进一步催化了热回收的热处理固体废物的增长。不久之后，新问题出现， 垃圾焚烧厂存在技术问题，导致工厂定期关闭和停工时间过长。并且，当时的政策不足以支持资源回收，预期经济收益尚未实现。同时，焚化炉造成的污染日益受到关注，公众的反对意见开始增多。20 世纪60 年代，颗粒物质是唯一受到管制的污染物， 到了1980 年，酸性气体也需要控制。焚烧固体废弃物的异质混合物以及灰烬处理不当引起了公众怀疑。这些早期焚化炉所造成的不良声誉严重影响了公众舆论并引发了反对。不断增加的公众压力推动了新工厂远离城镇，但也远离了产生热量和蒸汽的消费者。这种发展使得供应热量和蒸汽的基础设计更加复杂和昂贵。这一系列新问题导致当时垃圾填埋成为垃圾焚烧替代方案。但是由于快速城市化的压力， 人们越来越认识到，垃圾填埋场很快就会填满，而建造新垃圾填埋场的土地很快就会耗尽。随着垃圾焚烧技术和废气控制技术的革新，使得垃圾焚烧重新回到人们的视野当中。
    随着废物资源化的提出，人们将越来越多的注意力从垃圾的焚烧处置向热能回收集中。而且，针对垃圾焚烧的灰分以及烟气的排放标准变得越来越严格。当前垃圾焚烧技术需要满足以下三个要求：城市生活垃圾的体积减少，最多的热能回收以及排放最清洁的烟气。多年来针对这些问题，人们对焚烧技术和废气控制技术进行了不断革新。

焚烧技术的发展革新
    早期的焚烧炉根据进料方式的不同分为连续进料、分批进料以及冲压式进料的焚烧炉。除此之外还有圆锥形和回收余热的焚烧炉。其中连续进料的焚烧炉进一步分为移动炉排焚烧炉、往复式焚烧炉以及回转窑和桶装式焚烧炉。相较于每次几乎完全燃烧废料的批量进料焚烧炉来说，连续进料的焚烧炉具备了处理更大量垃圾废物的能力，而冲压式焚烧炉和锥形焚烧炉只是批量进料焚烧炉的变种。在这些早期的焚烧炉中，只有废热回收焚烧炉设计了回收热量的装置，而其余的焚烧炉设计的主要目的是减少垃圾量和废物惰性化。早期的废热回收焚烧炉包括了低压锅炉、高压锅炉和水冷壁炉。其中，水冷壁炉比低压和高压锅炉具有更高的热回收效率， 回收的热量主要是为家庭和工业供暖、为污水污泥干燥以及海水淡化提供热水以及为沿海地区的家庭提供饮用水等。20 世纪中期，法国巴黎建造第一家回收热发电的工厂。20 世纪末，由于需要提高燃烧效率，焚化炉设计变得更加复杂，同时还需要开发废气排放控制系统和高效的材料处理系统。现在，垃圾焚烧炉主要分为三大类：移动炉排、回转窑和流化床焚烧炉。尽管这三种焚烧炉早在20 世纪上半叶就已经开始使用，但多年来对它们的技术改进已经能够使它们适应当前垃圾焚烧的需求。
    早期焚烧炉中没有设计相应的预处理设施来预处理不同的垃圾，但随着科技的发展，已经开发出用于去除大块有害物质以及不可燃物质的预处理技术，从而使预处理后的垃圾具有更好的可燃性和排放控制。通过使用滚筒筛、空气分级器、磁力分离器和涡流分离器进行筛选，可以在焚烧之前减少垃圾的不均匀性。滚筒筛网根据垃圾颗粒尺寸、滚筒筛孔径、倾斜角度、滚筒长度和旋转速度的相互作用来分离垃圾， 而空气分级器则利用密度差异来分离来自垃圾主体的轻馏分。目前可用的更先进的系统是利用光学分选装置，根据其光学特性分离废料。
    同时，移动炉排焚烧炉已经证明优于旋转窑或流化床焚烧炉，主要是因为它们能够处理大量的垃圾而无需事先分拣或粉碎。另外，它们能够适应废物成分和热值的巨大变化， 操作稳定。尽管回转窑和流化床焚烧炉自20 世纪中期以来一直在使用，但只有移动炉排焚烧炉已经完全开发和测试，满足了大规模技术性能的要求。但是与流化床或回转窑焚烧炉相比，移动炉排的主要缺点是需要相对较高的投资和维护资金支出。流化床焚烧炉需要投资和运营资金大约是可移动炉排的70％。然而， 它们在原料均匀性方面的严格要求以及它们对废物原料热值变化的高度敏感性使得操作变得困难。中国目前拥有最大的利用流化床技术的垃圾焚烧产能，但应用比例正在下降，而且大部分流化床技术仍然是从欧洲进口的。

废气排放控制技术革新
    与垃圾焚烧技术相比，废气排放控制技术围绕早期焚烧炉的大气污染问题无疑更大程度上影响了废物资源化的演变。早期的焚烧炉仅仅是一个个大规模的燃烧工厂，几乎没有废气排放控制。结果，他们很快引起了公众的反对，导致许多工厂被迫关闭。而静电除尘器是在20 世纪70 年代左右开发的，更先进的废气排放控制系统则在20 世纪80 年代后期开发。装有静电除尘器和粉尘喷雾的工厂可以通过降低烟气中颗粒物的浓度，满足现行的排放限制。由于公众对垃圾焚烧排放废气的担忧日益增加，排放限制变得更加严格。公众主要关注的垃圾焚烧污染物是颗粒物质（尤其是灰尘）、氮氧化物和硫以及重金属等。因此，结合湿法洗涤的废气排放控制系统主要涉及水喷雾、很少或不添加化学品和催化剂。在20 世纪末，当人们发现二噁英从垃圾焚烧厂排放时， 开始对废气排放控制设备进行改造以控制烟气中二噁英的破坏。
    现代废气排放控制系统结合了静电除尘、多级洗涤、袋式过滤、选择性和非选择性催化还原技术来处理氮和硫以及大多数重金属的氧化物。这种多级系统比单级烟气处理系统更具成本效益。此外，除非在通过烟囱排放之前对烟道气进行再加热，否则从现代垃圾焚烧厂烟囱中依旧可以看到白色烟气。尽管废气排放控制系统能够清洁烟道以满足严格的排放要求，但正是这种白色烟气使公众怀疑垃圾焚烧厂正在排放高毒性污染物。
    因为燃烧室中的进料是不均匀的，废气排放控制技术必须应对由于颗粒物质负荷的波动和气体流速变化带来的问题。现代废气排放控制系统涉及燃烧控制和燃烧后控制，以限制常规和痕量污染物的形成并改善离开烟囱的烟道气的质量。另一种技术是烟气的再循环，导致热容量增加，氮氧化物减少，抑制二噁英的产生，从而使烟气的后燃处理更容易。
    虽然通过技术的革新，垃圾焚烧能够使得垃圾减量化、资源化和无害化，但不断增加的城市人口密度以及大量浪费的消费模式会使废物量迅速增加。最初，固体废物管理不是一个值得担心的问题，因为那时产量太低而且不会对健康产生重大影响。但如今，固体废物管理已经成为政府面临的最紧迫问题之一。因此， 长期解决方案应该是各国政府真正努力应对的根本问题，而临时措施应当实现人均废物产生的零增长。一旦实现这一目标，最终目标将是实现人均垃圾产生的无限下降量。
    同时，人们普遍认为垃圾焚烧厂是二噁英的来源，尽管在减少垃圾焚烧厂排放方面已经取得了巨大进展，但公众仍然存疑， 以至于垃圾焚烧厂的能量回收仍然是一个广泛争论的主题。辩论的主要问题是，二噁英是生物累积的。它们存在于垃圾中，即使它们在高温燃烧过程中可能被破坏，它们也能够在燃烧后的烟气中重整。由于它们的半衰期长达数年至数十年，因此它们在环境中具有高度持久性。在烟气中控制这些化合物主要是通过维持燃烧室中最佳破坏条件，并防止有利于它们在燃烧后气体中重新形成的条件。因此准确发布垃圾焚烧厂的环境绩效信息，尤其是关于废气排放的准确信息，对于消除公众恐惧并将垃圾焚烧从有争议的技术转变为可接受的选择至关重要。
    另外，加强政策或立法，推动有利于城市生活垃圾焚烧前的处理措施。欧盟已经制定了“2012-2020 环境行动计划”， 其理念是“在地球的极限范围内生活”。根据修订后的政策， 欧盟计划到2020 年将废物作为一种资源进行管理，人均废物产生绝对量下降，通过开发广泛的收集系统和二级功能市场， 在经济上开发具有再利用和再循环功能的产品。最新的情况是，欧盟已采用计划中的循环经济计划，旨在促进更多的废物再利用和再循环。这一政策显示了政策对垃圾焚烧处理未来前景的影响。同时，随着各国实现减少垃圾填埋场管理的目标，进一步扩大焚烧可能会减速并最终停止，这为垃圾焚烧的未来带来了很多的不确定性。
    尽管各界对垃圾焚烧存在一些争论，但面对日益增长的固体废物，全世界现在依然不能放弃垃圾焚烧，它应该成为综合固体废物管理系统的一部分。另外，更重要的是要意识到垃圾焚烧不会是无限期的，只是为了使人类的生活更加美好。
    （作者系北京林业大学环境学院博士研究生）