中国生活源固体垃圾产生和处理及其N2O排放

　　摘要：核算和评估固体垃圾产生和处理及其N2O排放具有重要的现实和指导意义.本研究以中国为例(2008—2017年)，建立了固体垃圾产生、处理和N2O排放核算框架.结果表明，10年间中国固体垃圾产生量上升了34.6%，年均6.13亿t，生活垃圾(48.6%)和工业日用品垃圾(24.6%)是主要贡献源;处理格局仍以填埋为主(占53.0%)，焚烧为辅(25.5%);堆弃(42.5%)和焚烧(31.2%)是固体垃圾处理中N2O气体的主要排放源，堆肥占21.9%，填埋处理排放最少(4.4%);固体垃圾处理产生的渗滤液逐年增加，渗滤液排放的N2O占固体垃圾处理N2O排放总量的41.7%，生活垃圾产生的渗滤液是其主要排放源.加大垃圾分类处理和资源化利用力度，加强农村生活垃圾处理处置能力、减少垃圾堆弃量及提高垃圾处理技术对固体垃圾的产生及其N2O排放减排至关重要.

　　关键词：固体垃圾;生活垃圾;处理方式;温室气体;N2O

　　1引言(Introduction)

　　固体垃圾的产生、处理及其环境影响已成为全球关注的问题之一.固体垃圾的产生量及其处置能力与社会经济发展水平、人口增长、城市化水平和生产、生活方式密切相关(TheWorldBank，2018).目前，全球每年约产生112亿t固体垃圾，且处于持续上升态势，全球大约有30亿人缺乏有效的垃圾处理设施(UNEP，2011).在人口增长、城市化进程和消费增长的刺激下，固体垃圾的产生及其管理不足已经成为公共卫生、社会经济发展和生态环境领域的重大问题，而这些问题在发展中国家更为显著(Guetal.，2015;蔡祖聪等，2018).

　　中国城市生活垃圾清运量增加迅速，由1998年的1.13亿t增至2018年的2.28亿t(国家统计局，2009—2018a)，且以3.64%的年均速度持续增加，预计2030年将达到3.49亿t，约是北美地区生活垃圾产生量(2.89亿t·a-1)的1.2倍(TheWorldBank，2018).持续增加的固体垃圾产生量带来的环境污染和健康风险必将随之加大，能否有效解决这些问题已成为影响社会经济可持续发展的重要因素之一.

　　固体垃圾中很多成分均含有不同比例的碳氮元素，如餐厨垃圾、纸张、丝织品、塑料、涂料、木家具等(IPCC，2006).固体垃圾管理及处置不足会导致大量的碳、氮通过各种途径流失到大气和水体，进而引发一系列环境问题，包括土壤酸化、大气污染、温室效应、水体硝酸盐污染和富营养化等(IPCC，2006;Guetal.，2015)，这些问题在发展中国家更为严重.我国作为世界上最大的发展中国家和人口最多的国家，固体垃圾产生及其环境潜在风险问题更引人关注(Guetal.，2015;Luoetal.，2020).

　　2014年我国温室气体排放总量高达111.86亿tCO2⁃eq，其中，垃圾处理贡献了1.8%，排放量高达1.95亿t·a-1(生态环境部，2019).Zhao等(2020)报道，中国固体垃圾氮通量约为11.2Tg·a-1，约占中国2010年陆地生态系统氮通量(61.3Tg)的18.3%(Guetal.，2015).因此，如何减少和降低固体垃圾产生量，有效处理固体垃圾管理和处理过程中碳氮流失问题，更好地建设“无废城市”，已经成为生态学家和环境科研人员在21世纪面临的重大挑战.

　　目前，固体垃圾的相关研究已引起了国内外学者的广泛关注，但主要集中在城市和农村生活垃圾产生特征及处置模式(韩智勇等，2017;魏潇潇等，2018)、生活垃圾治理政策(夏艳清，2016)、园林绿化垃圾产生特征(陈浩天等，2018)、垃圾不同处理过程中温室气体排放(Liuetal.，2017;Zhouetal.，2018)及餐厨垃圾资源化(霍文冕等，2010)等方面.这些研究仅仅在局部尺度上展开，而且缺少对畜禽产品加工过程副产物、宠物粪便、家庭居民消费工业产品垃圾及污泥等固体垃圾的核算和分析.

　　另外，固体垃圾处置过程中产生的渗滤液量也在急剧增加，由此带来的潜在环境污染风险也亟待进行评估.已有研究指出，废物渗滤液释放的N2O排放因子已高于农田N2O排放因子(Wangetal.，2017a;2017b)，但目前这方面问题还没有引起足够的重视.本研究基于2009—2018年中国相关部门的统计数据，结合文献数据，核算和分析我国固体垃圾产生和处理的变化及其N2O温室气体排放特征.以期为我国固体垃圾减量化、资源化和无害化绩效评估，以及固体垃圾处置对生态环境影响评估等提供数据支持，并对从国家层面上制定固体废弃物管理的针对性措施提供指导.

　　2材料与方法(Materialsandmethods)

　　2.1概念界定及种类来源

　　本文对固体垃圾的界定和估算参考蔡祖聪等(2018)编著的《中国氮素流动分析方法指南》，将固体垃圾界定为“人类日常生活生产中产生的最终进入垃圾收纳和处理系统的固态、半固态废弃物质”，大体可分为工业日用品、农业和生活固体垃圾三大类.

　　本文所指的工业日用品主要是指在工厂中生产的、可直接被人类消费的终端工业产品，如合成纤维、塑料、合成橡胶、合成树脂、粘合剂、涂料等，因工矿企业的采矿废石、冶炼废渣、炉渣、金属切削碎块、建筑用砖、瓦、石块等不进入市政垃圾收纳和处理系统，故本文不涉及此类垃圾;农业固体垃圾包括农作物秸秆、畜禽粪便及畜禽宰杀后骨头和皮毛副产物等，因农作物的秸秆、畜禽粪便大都作为有机肥进入农田生态系统，故本文不涉及此类垃圾;生活垃圾就是城市和农村地区的生活垃圾.此外，还包含园林绿化产生的绿化垃圾、污水处理厂产生的污泥及居民饲养宠物产生的宠物粪便垃圾.

　　因此，本文所指固体垃圾具体包括以下种类：①畜禽产品加工垃圾，主要指畜禽产品加工过程中产生的未被循环利用的非食物部分、骨头和皮毛副产物及死淘畜禽尸体部分;②居民家庭生活垃圾，包括城市和农村地区产生的生活垃圾;③居民家庭消费的日用品垃圾;④园林绿化垃圾，主要指园林绿化中草坪和树木的修剪物、枯枝落叶、杂草等绿化垃圾;⑤宠物粪便垃圾，本文主要统计宠物猫和狗(其他宠物如乌龟、蜥蜴、仓鼠等数据量较小且没有直接的数据，故本文仅估算猫、狗粪便垃圾);⑥污水处理中产生的污泥.

　　2.2计算方法及数据来源

　　2.2.1固体垃圾产生量

　　本文固体垃圾产生量为以上各种类固体垃圾产生量之和。一般认为农村生活垃圾除餐厨垃圾用作饲料部分外，其余全部用于堆弃处理.近年来，随着我国农村基础设施和环境治理投入的加大，我国农村生活垃圾无害化处理率不断增长(住房和城乡建设部，2009—2018).李志龙(2016)调研了我国16个省市126个村庄的农村生活垃圾处理状况，得到农村生活垃圾无害化处理中填埋和焚烧率分别为85.7%和22.5%.

　　目前没有关于我国农村地区生活垃圾填埋、焚烧及其他处理的具体数据.因此，本文中的农村生活垃圾填埋和焚烧比例分别用农村生活垃圾无害化处理率与农村生活垃圾无害化处理中的填埋和焚烧率之积代替，填埋和焚烧之外的生活垃圾假设都被堆弃(比例分别为13.8%、3.6%和82.5%)(李志龙，2016).

　　3结果与讨论(Resultsanddiscussion)

　　3.1中国固体垃圾排放特征

　　中国固体垃圾产生量近10年来发生了巨大变化.2008—2017年中国固体垃圾产生总量(GSW)由2008年的5.23亿t增至2017年的7.03亿t，增长了1.3倍，年均6.1亿t，相当于全球每年城市生活垃圾产生量(20.1亿t·a-1)的30.3%(TheWorldBank，2018).GSW以年均3.4%的速度增长，预计2030年将达到10.73亿t，约是北美地区年均生活垃圾产生量(2.89亿t·a-1)的3.7倍(TheWorldBank，2018).

　　可以预计随着中国社会经济的发展和人口数量的增加，固体垃圾产生量将多越来越多.产生的固体垃圾在堆存及处置过程中一部分会以CO2、CH4、N2O、氨挥发、NOx等污染气体的形式流失到大气环境中，一部分会渗透进地下水系统，其余将积累在垃圾填埋和堆弃处理等场所，再次造成二次环境污染.因此，核算分析固体垃圾产生变化特征有助于进一步评估固体垃圾产生趋势及其环境效应，也可为固体垃圾处置、污染防控和管理决策提供科学依据.

　　综上，固体垃圾处理量及处理方式显著地影响N2O气体排放.有研究报道，垃圾分类可以减少垃圾处置量的60%(李历铨等，2019).按此推算，我国固体垃圾处置量将从2017年的7.03亿t减至2.81亿t，约为2010年我国固体垃圾处置量(5.76亿t)的48.9%，其N2O排放量将从2017年的1439.54万t减至577.88万t，可减排N2O约861.66万t.核算和分析固体垃圾产生量变化特征及不同处理过程中N2O排放特征有助于科学理解固体垃圾温室气体排放过程及其与不同处理方式的关系，减少其对生态环境的潜在影响，对从国家层面上制定固体垃圾管理的针对性措施有重要的指导意义.

　　4结论(Conclusions)

　　1)中国固体垃圾产生量变化较显著，总体呈持续上升趋势，从2008年的5.22亿t增加到2017年的7.03亿t.居民生活垃圾(GDg)和家庭消费日用品垃圾(GIw)是中国固体垃圾产生足迹的主要部分(分别占48.6%和24.6%)，是固体垃圾减排的重点.从变化趋势看，园林绿化垃圾产生量(GLg)、家庭消费日用品垃圾产生量(GIw)、污水处理过程中产生的污泥量(GSl)是影响固体垃圾产生量(GSW)年际变化的主要因素.因此，固体垃圾减排除了要关注GDg和GIw外，也要注重GLg和GSl的管理和控制.

　　2)固体垃圾产生量中的53.0%和25.5%分别被进行填埋和焚烧处理，18.4%为堆弃处理，堆肥仅占3.2%.值得注意的是，固体垃圾填埋和堆放过程产生的渗滤液量逐年增加，产生量约为2059.47亿L·a-1;其中，74.2%源自填埋处理，25.8%源自堆弃处理.

　　环境保护论文范例：生活垃圾转运站智能化自控方案

　　但由于填埋处理产生的渗滤液大都经过处理后排入污水系统进行二次处理，因此，堆弃渗滤液造成的环境污染风险更大.在固体垃圾产生量和处置投入、处理能力不断提高的前提下，不仅需逐步加大环境友好的处理方式，更要全面提高各个处置过程的规范化管理及提高处理工艺，才能应对因社会经济发展发展导致的废弃物产生量不断增长及其环境污染问题带来的挑战.本文研究成果可为固体垃圾管控及降低处理过程环境风险、提高我国整体生活环境质量的优化方案提供参考.

　　参考文献(References)：

　　蔡祖聪，谷保静，等.2018.中国氮素流动分析方法指南[M].北京：科学出版社

　　陈浩天，张地方，张宝莉，等.2018.园林废弃物不同处理方式的环境影响及其产物还田效应[J].农业工程学报，34(21)：247⁃252

　　春建伟，刘鸿雁，梁顺文，等.2009.深圳市园林绿化垃圾的产生和收集现状及处置对策[J].环境卫生工程，(1)：52⁃54

　　旦增，布多.2012.西藏拉萨市市区生活垃圾物理特性分析[J].西藏大学学报：自然科学版，27(1)：20⁃27GuB，JuX，ChangJ，etal.2015.IntegratedreactivenitrogenbudgetsandfuturetrendsinChina[J].

　　ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences(PNAS)，112(28)：8792⁃8797谷保静.2011.人类⁃自然耦合系统氮循环研究—中国案例[D].杭州：浙江大学

　　作者：赵永强1，2，∗，罗丽丽1，周庆生1，张阳子3

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