中國生活源固體垃圾產(chǎn)生和處理及其N2O排放

　　摘要：核算和評估固體垃圾產(chǎn)生和處理及其N2O排放具有重要的現(xiàn)實和指導意義.本研究以中國為例(2008—2017年)，建立了固體垃圾產(chǎn)生、處理和N2O排放核算框架.結果表明，10年間中國固體垃圾產(chǎn)生量上升了34.6%，年均6.13億t，生活垃圾(48.6%)和工業(yè)日用品垃圾(24.6%)是主要貢獻源;處理格局仍以填埋為主(占53.0%)，焚燒為輔(25.5%);堆棄(42.5%)和焚燒(31.2%)是固體垃圾處理中N2O氣體的主要排放源，堆肥占21.9%，填埋處理排放最少(4.4%);固體垃圾處理產(chǎn)生的滲濾液逐年增加，滲濾液排放的N2O占固體垃圾處理N2O排放總量的41.7%，生活垃圾產(chǎn)生的滲濾液是其主要排放源.加大垃圾分類處理和資源化利用力度，加強農(nóng)村生活垃圾處理處置能力、減少垃圾堆棄量及提高垃圾處理技術對固體垃圾的產(chǎn)生及其N2O排放減排至關重要.

　　關鍵詞：固體垃圾;生活垃圾;處理方式;溫室氣體;N2O

　　1引言(Introduction)

　　固體垃圾的產(chǎn)生、處理及其環(huán)境影響已成為全球關注的問題之一.固體垃圾的產(chǎn)生量及其處置能力與社會經(jīng)濟發(fā)展水平、人口增長、城市化水平和生產(chǎn)、生活方式密切相關(TheWorldBank，2018).目前，全球每年約產(chǎn)生112億t固體垃圾，且處于持續(xù)上升態(tài)勢，全球大約有30億人缺乏有效的垃圾處理設施(UNEP，2011).在人口增長、城市化進程和消費增長的刺激下，固體垃圾的產(chǎn)生及其管理不足已經(jīng)成為公共衛(wèi)生、社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境領域的重大問題，而這些問題在發(fā)展中國家更為顯著(Guetal.，2015;蔡祖聰?shù)龋?018).

　　中國城市生活垃圾清運量增加迅速，由1998年的1.13億t增至2018年的2.28億t(國家統(tǒng)計局，2009—2018a)，且以3.64%的年均速度持續(xù)增加，預計2030年將達到3.49億t，約是北美地區(qū)生活垃圾產(chǎn)生量(2.89億t·a-1)的1.2倍(TheWorldBank，2018).持續(xù)增加的固體垃圾產(chǎn)生量帶來的環(huán)境污染和健康風險必將隨之加大，能否有效解決這些問題已成為影響社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一.

　　固體垃圾中很多成分均含有不同比例的碳氮元素，如餐廚垃圾、紙張、絲織品、塑料、涂料、木家具等(IPCC，2006).固體垃圾管理及處置不足會導致大量的碳、氮通過各種途徑流失到大氣和水體，進而引發(fā)一系列環(huán)境問題，包括土壤酸化、大氣污染、溫室效應、水體硝酸鹽污染和富營養(yǎng)化等(IPCC，2006;Guetal.，2015)，這些問題在發(fā)展中國家更為嚴重.我國作為世界上最大的發(fā)展中國家和人口最多的國家，固體垃圾產(chǎn)生及其環(huán)境潛在風險問題更引人關注(Guetal.，2015;Luoetal.，2020).

　　2014年我國溫室氣體排放總量高達111.86億tCO2⁃eq，其中，垃圾處理貢獻了1.8%，排放量高達1.95億t·a-1(生態(tài)環(huán)境部，2019).Zhao等(2020)報道，中國固體垃圾氮通量約為11.2Tg·a-1，約占中國2010年陸地生態(tài)系統(tǒng)氮通量(61.3Tg)的18.3%(Guetal.，2015).因此，如何減少和降低固體垃圾產(chǎn)生量，有效處理固體垃圾管理和處理過程中碳氮流失問題，更好地建設“無廢城市”，已經(jīng)成為生態(tài)學家和環(huán)境科研人員在21世紀面臨的重大挑戰(zhàn).

　　目前，固體垃圾的相關研究已引起了國內(nèi)外學者的廣泛關注，但主要集中在城市和農(nóng)村生活垃圾產(chǎn)生特征及處置模式(韓智勇等，2017;魏瀟瀟等，2018)、生活垃圾治理政策(夏艷清，2016)、園林綠化垃圾產(chǎn)生特征(陳浩天等，2018)、垃圾不同處理過程中溫室氣體排放(Liuetal.，2017;Zhouetal.，2018)及餐廚垃圾資源化(霍文冕等，2010)等方面.這些研究僅僅在局部尺度上展開，而且缺少對畜禽產(chǎn)品加工過程副產(chǎn)物、寵物糞便、家庭居民消費工業(yè)產(chǎn)品垃圾及污泥等固體垃圾的核算和分析.

　　另外，固體垃圾處置過程中產(chǎn)生的滲濾液量也在急劇增加，由此帶來的潛在環(huán)境污染風險也亟待進行評估.已有研究指出，廢物滲濾液釋放的N2O排放因子已高于農(nóng)田N2O排放因子(Wangetal.，2017a;2017b)，但目前這方面問題還沒有引起足夠的重視.本研究基于2009—2018年中國相關部門的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結合文獻數(shù)據(jù)，核算和分析我國固體垃圾產(chǎn)生和處理的變化及其N2O溫室氣體排放特征.以期為我國固體垃圾減量化、資源化和無害化績效評估，以及固體垃圾處置對生態(tài)環(huán)境影響評估等提供數(shù)據(jù)支持，并對從國家層面上制定固體廢棄物管理的針對性措施提供指導.

　　2材料與方法(Materialsandmethods)

　　2.1概念界定及種類來源

　　本文對固體垃圾的界定和估算參考蔡祖聰?shù)?2018)編著的《中國氮素流動分析方法指南》，將固體垃圾界定為“人類日常生活生產(chǎn)中產(chǎn)生的最終進入垃圾收納和處理系統(tǒng)的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質”，大體可分為工業(yè)日用品、農(nóng)業(yè)和生活固體垃圾三大類.

　　本文所指的工業(yè)日用品主要是指在工廠中生產(chǎn)的、可直接被人類消費的終端工業(yè)產(chǎn)品，如合成纖維、塑料、合成橡膠、合成樹脂、粘合劑、涂料等，因工礦企業(yè)的采礦廢石、冶煉廢渣、爐渣、金屬切削碎塊、建筑用磚、瓦、石塊等不進入市政垃圾收納和處理系統(tǒng)，故本文不涉及此類垃圾;農(nóng)業(yè)固體垃圾包括農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便及畜禽宰殺后骨頭和皮毛副產(chǎn)物等，因農(nóng)作物的秸稈、畜禽糞便大都作為有機肥進入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，故本文不涉及此類垃圾;生活垃圾就是城市和農(nóng)村地區(qū)的生活垃圾.此外，還包含園林綠化產(chǎn)生的綠化垃圾、污水處理廠產(chǎn)生的污泥及居民飼養(yǎng)寵物產(chǎn)生的寵物糞便垃圾.

　　因此，本文所指固體垃圾具體包括以下種類：①畜禽產(chǎn)品加工垃圾，主要指畜禽產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的未被循環(huán)利用的非食物部分、骨頭和皮毛副產(chǎn)物及死淘畜禽尸體部分;②居民家庭生活垃圾，包括城市和農(nóng)村地區(qū)產(chǎn)生的生活垃圾;③居民家庭消費的日用品垃圾;④園林綠化垃圾，主要指園林綠化中草坪和樹木的修剪物、枯枝落葉、雜草等綠化垃圾;⑤寵物糞便垃圾，本文主要統(tǒng)計寵物貓和狗(其他寵物如烏龜、蜥蜴、倉鼠等數(shù)據(jù)量較小且沒有直接的數(shù)據(jù)，故本文僅估算貓、狗糞便垃圾);⑥污水處理中產(chǎn)生的污泥.

　　2.2計算方法及數(shù)據(jù)來源

　　2.2.1固體垃圾產(chǎn)生量

　　本文固體垃圾產(chǎn)生量為以上各種類固體垃圾產(chǎn)生量之和。一般認為農(nóng)村生活垃圾除餐廚垃圾用作飼料部分外，其余全部用于堆棄處理.近年來，隨著我國農(nóng)村基礎設施和環(huán)境治理投入的加大，我國農(nóng)村生活垃圾無害化處理率不斷增長(住房和城鄉(xiāng)建設部，2009—2018).李志龍(2016)調研了我國16個省市126個村莊的農(nóng)村生活垃圾處理狀況，得到農(nóng)村生活垃圾無害化處理中填埋和焚燒率分別為85.7%和22.5%.

　　目前沒有關于我國農(nóng)村地區(qū)生活垃圾填埋、焚燒及其他處理的具體數(shù)據(jù).因此，本文中的農(nóng)村生活垃圾填埋和焚燒比例分別用農(nóng)村生活垃圾無害化處理率與農(nóng)村生活垃圾無害化處理中的填埋和焚燒率之積代替，填埋和焚燒之外的生活垃圾假設都被堆棄(比例分別為13.8%、3.6%和82.5%)(李志龍，2016).

　　3結果與討論(Resultsanddiscussion)

　　3.1中國固體垃圾排放特征

　　中國固體垃圾產(chǎn)生量近10年來發(fā)生了巨大變化.2008—2017年中國固體垃圾產(chǎn)生總量(GSW)由2008年的5.23億t增至2017年的7.03億t，增長了1.3倍，年均6.1億t，相當于全球每年城市生活垃圾產(chǎn)生量(20.1億t·a-1)的30.3%(TheWorldBank，2018).GSW以年均3.4%的速度增長，預計2030年將達到10.73億t，約是北美地區(qū)年均生活垃圾產(chǎn)生量(2.89億t·a-1)的3.7倍(TheWorldBank，2018).

　　可以預計隨著中國社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口數(shù)量的增加，固體垃圾產(chǎn)生量將多越來越多.產(chǎn)生的固體垃圾在堆存及處置過程中一部分會以CO2、CH4、N2O、氨揮發(fā)、NOx等污染氣體的形式流失到大氣環(huán)境中，一部分會滲透進地下水系統(tǒng)，其余將積累在垃圾填埋和堆棄處理等場所，再次造成二次環(huán)境污染.因此，核算分析固體垃圾產(chǎn)生變化特征有助于進一步評估固體垃圾產(chǎn)生趨勢及其環(huán)境效應，也可為固體垃圾處置、污染防控和管理決策提供科學依據(jù).

　　綜上，固體垃圾處理量及處理方式顯著地影響N2O氣體排放.有研究報道，垃圾分類可以減少垃圾處置量的60%(李歷銓等，2019).按此推算，我國固體垃圾處置量將從2017年的7.03億t減至2.81億t，約為2010年我國固體垃圾處置量(5.76億t)的48.9%，其N2O排放量將從2017年的1439.54萬t減至577.88萬t，可減排N2O約861.66萬t.核算和分析固體垃圾產(chǎn)生量變化特征及不同處理過程中N2O排放特征有助于科學理解固體垃圾溫室氣體排放過程及其與不同處理方式的關系，減少其對生態(tài)環(huán)境的潛在影響，對從國家層面上制定固體垃圾管理的針對性措施有重要的指導意義.

　　4結論(Conclusions)

　　1)中國固體垃圾產(chǎn)生量變化較顯著，總體呈持續(xù)上升趨勢，從2008年的5.22億t增加到2017年的7.03億t.居民生活垃圾(GDg)和家庭消費日用品垃圾(GIw)是中國固體垃圾產(chǎn)生足跡的主要部分(分別占48.6%和24.6%)，是固體垃圾減排的重點.從變化趨勢看，園林綠化垃圾產(chǎn)生量(GLg)、家庭消費日用品垃圾產(chǎn)生量(GIw)、污水處理過程中產(chǎn)生的污泥量(GSl)是影響固體垃圾產(chǎn)生量(GSW)年際變化的主要因素.因此，固體垃圾減排除了要關注GDg和GIw外，也要注重GLg和GSl的管理和控制.

　　2)固體垃圾產(chǎn)生量中的53.0%和25.5%分別被進行填埋和焚燒處理，18.4%為堆棄處理，堆肥僅占3.2%.值得注意的是，固體垃圾填埋和堆放過程產(chǎn)生的滲濾液量逐年增加，產(chǎn)生量約為2059.47億L·a-1;其中，74.2%源自填埋處理，25.8%源自堆棄處理.

　　環(huán)境保護論文范例：生活垃圾轉運站智能化自控方案

　　但由于填埋處理產(chǎn)生的滲濾液大都經(jīng)過處理后排入污水系統(tǒng)進行二次處理，因此，堆棄滲濾液造成的環(huán)境污染風險更大.在固體垃圾產(chǎn)生量和處置投入、處理能力不斷提高的前提下，不僅需逐步加大環(huán)境友好的處理方式，更要全面提高各個處置過程的規(guī)范化管理及提高處理工藝，才能應對因社會經(jīng)濟發(fā)展發(fā)展導致的廢棄物產(chǎn)生量不斷增長及其環(huán)境污染問題帶來的挑戰(zhàn).本文研究成果可為固體垃圾管控及降低處理過程環(huán)境風險、提高我國整體生活環(huán)境質量的優(yōu)化方案提供參考.

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　　作者：趙永強1，2，∗，羅麗麗1，周慶生1，張陽子3

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