中國(guó)生活源固體垃圾產(chǎn)生和處理及其N2O排放

　　摘要：核算和評(píng)估固體垃圾產(chǎn)生和處理及其N2O排放具有重要的現(xiàn)實(shí)和指導(dǎo)意義.本研究以中國(guó)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(jié)果表明，10年間中國(guó)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(xiàn)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(qiáng)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(shù)對(duì)固體垃圾的產(chǎn)生及其N2O排放減排至關(guān)重要.

　　關(guān)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(guān)注的問(wèn)題之一.固體垃圾的產(chǎn)生量及其處置能力與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口增長(zhǎng)、城市化水平和生產(chǎn)、生活方式密切相關(guān)(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(shì)，全球大約有30億人缺乏有效的垃圾處理設(shè)施(UNEP，2011).在人口增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程和消費(fèi)增長(zhǎng)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的重大問(wèn)題，而這些問(wèn)題在發(fā)展中國(guó)家更為顯著(Guetal.，2015;蔡祖聰?shù)龋?018).

　　中國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量增加迅速，由1998年的1.13億t增至2018年的2.28億t(國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2009—2018a)，且以3.64%的年均速度持續(xù)增加，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)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(lái)的環(huán)境污染和健康風(fēng)險(xiǎn)必將隨之加大，能否有效解決這些問(wèn)題已成為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(huì)導(dǎo)致大量的碳、氮通過(guò)各種途徑流失到大氣和水體，進(jìn)而引發(fā)一系列環(huán)境問(wèn)題，包括土壤酸化、大氣污染、溫室效應(yīng)、水體硝酸鹽污染和富營(yíng)養(yǎng)化等(IPCC，2006;Guetal.，2015)，這些問(wèn)題在發(fā)展中國(guó)家更為嚴(yán)重.我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家和人口最多的國(guó)家，固體垃圾產(chǎn)生及其環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題更引人關(guān)注(Guetal.，2015;Luoetal.，2020).

　　2014年我國(guó)溫室氣體排放總量高達(dá)111.86億tCO2⁃eq，其中，垃圾處理貢獻(xiàn)了1.8%，排放量高達(dá)1.95億t·a-1(生態(tài)環(huán)境部，2019).Zhao等(2020)報(bào)道，中國(guó)固體垃圾氮通量約為11.2Tg·a-1，約占中國(guó)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(guò)程中碳氮流失問(wèn)題，更好地建設(shè)“無(wú)廢城市”，已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)家和環(huán)境科研人員在21世紀(jì)面臨的重大挑戰(zhàn).

　　目前，固體垃圾的相關(guān)研究已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)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(guò)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?jī)H僅在局部尺度上展開(kāi)，而且缺少對(duì)畜禽產(chǎn)品加工過(guò)程副產(chǎn)物、寵物糞便、家庭居民消費(fèi)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(guò)程中產(chǎn)生的滲濾液量也在急劇增加，由此帶來(lái)的潛在環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)也亟待進(jìn)行評(píng)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(wèn)題還沒(méi)有引起足夠的重視.本研究基于2009—2018年中國(guó)相關(guān)部門(mén)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，核算和分析我國(guó)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(guó)固體垃圾減量化、資源化和無(wú)害化績(jī)效評(píng)估，以及固體垃圾處置對(duì)生態(tài)環(huán)境影響評(píng)估等提供數(shù)據(jù)支持，并對(duì)從國(guó)家層面上制定固體廢棄物管理的針對(duì)性措施提供指導(dǎo).

　　2材料與方法(Materialsandmethods)

　　2.1概念界定及種類來(lái)源

　　本文對(duì)固體垃圾的界定和估算參考蔡祖聰?shù)?2018)編著的《中國(guó)氮素流動(dòng)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(jìn)入垃圾收納和處理系統(tǒng)的固態(tài)、半固態(tài)廢棄物質(zhì)”，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(fèi)的終端工業(yè)產(chǎn)品，如合成纖維、塑料、合成橡膠、合成樹(shù)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(jìn)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(jī)肥進(jìn)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(guò)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(fèi)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(shù)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(jì)寵物貓和狗(其他寵物如烏龜、蜥蜴、倉(cāng)鼠等數(shù)據(jù)量較小且沒(méi)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(jì)算方法及數(shù)據(jù)來(lái)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(rèn)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(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境治理投入的加大，我國(guó)農(nóng)村生活垃圾無(wú)害化處理率不斷增長(zhǎng)(住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2009—2018).李志龍(2016)調(diào)研了我國(guó)16個(gè)省市126個(gè)村莊的農(nóng)村生活垃圾處理狀況，得到農(nóng)村生活垃圾無(wú)害化處理中填埋和焚燒率分別為85.7%和22.5%.

　　目前沒(méi)有關(guān)于我國(guó)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(wú)害化處理率與農(nóng)村生活垃圾無(wú)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(shè)都被堆棄(比例分別為13.8%、3.6%和82.5%)(李志龍，2016).

　　3結(jié)果與討論(Resultsanddiscussion)

　　3.1中國(guó)固體垃圾排放特征

　　中國(guó)固體垃圾產(chǎn)生量近10年來(lái)發(fā)生了巨大變化.2008—2017年中國(guó)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(zhǎng)了1.3倍，年均6.1億t，相當(dāng)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(zhǎng)，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)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(yù)計(jì)隨著中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(lái)越多.產(chǎn)生的固體垃圾在堆存及處置過(guò)程中一部分會(huì)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(huì)滲透進(jìn)地下水系統(tǒng)，其余將積累在垃圾填埋和堆棄處理等場(chǎng)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(jìn)一步評(píng)估固體垃圾產(chǎn)生趨勢(shì)及其環(huán)境效應(yīng)，也可為固體垃圾處置、污染防控和管理決策提供科學(xué)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(bào)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(guó)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(guó)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(wàn)t減至577.88萬(wàn)t，可減排N2O約861.66萬(wàn)t.核算和分析固體垃圾產(chǎn)生量變化特征及不同處理過(guò)程中N2O排放特征有助于科學(xué)理解固體垃圾溫室氣體排放過(guò)程及其與不同處理方式的關(guān)系，減少其對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在影響，對(duì)從國(guó)家層面上制定固體垃圾管理的針對(duì)性措施有重要的指導(dǎo)意義.

　　4結(jié)論(Conclusions)

　　1)中國(guó)固體垃圾產(chǎn)生量變化較顯著，總體呈持續(xù)上升趨勢(shì)，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(fèi)日用品垃圾(GIw)是中國(guó)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(diǎn).從變化趨勢(shì)看，園林綠化垃圾產(chǎn)生量(GLg)、家庭消費(fèi)日用品垃圾產(chǎn)生量(GIw)、污水處理過(guò)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(guān)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(jìn)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(guò)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(hù)論文范例：生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)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(guò)處理后排入污水系統(tǒng)進(jìn)行二次處理，因此，堆棄滲濾液造成的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)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(gè)處置過(guò)程的規(guī)范化管理及提高處理工藝，才能應(yīng)對(duì)因社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)展導(dǎo)致的廢棄物產(chǎn)生量不斷增長(zhǎng)及其環(huán)境污染問(wèn)題帶來(lái)的挑戰(zhàn).本文研究成果可為固體垃圾管控及降低處理過(guò)程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、提高我國(guó)整體生活環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化方案提供參考.

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　　作者：趙永強(qiáng)1，2，∗，羅麗麗1，周慶生1，張陽(yáng)子3

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