昆明市城市生活垃圾處理方法比較——基于環(huán)境保護(hù)和能源利用視角

王 婷，徐曉勇

(云南大學(xué)發(fā)展研究院，云南昆明 650091)

1 引言

在我國工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中，黨和政府高度重視環(huán)保工作，同時將垃圾的回收與處理列為環(huán)保工作的重點。1995年10月30日我國政府頒布的《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》和2005年5月29日建設(shè)部、國家環(huán)境保護(hù)局和科技部發(fā)布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》均明確指出:對城市生活垃圾應(yīng)該按照減量化、資源化、無害化的原則，加強對垃圾產(chǎn)生的全過程管理，從源頭減少垃圾的產(chǎn)生，積極進(jìn)行無害化回收和處理，防治環(huán)境污染。2007年，黨的十七大報告指出“要建設(shè)生態(tài)文明，基本形成節(jié)約能源資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增長方式、消費模式”，中央在“十一五”規(guī)劃中也提出“每年節(jié)能4%，減排2%”的目標(biāo)，并且要促進(jìn)城市污水與城市生活垃圾處理。

然而，伴隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾量逐年遞增，導(dǎo)致了嚴(yán)重的土地資源占用和環(huán)境污染問題，并產(chǎn)生了巨大的社會經(jīng)濟損失。相關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，全世界垃圾年均增長速度為8.42%，而我國垃圾增長率高達(dá)10%以上，其中我國城市生活垃圾年均產(chǎn)生量占全世界垃圾年均產(chǎn)生量的30.61%。截止2009年，我國固體垃圾堆存量已達(dá)到80億t，堆占土地面積達(dá)13.33多萬hm2，直接經(jīng)濟損失超過80億元人民幣。因此，實現(xiàn)城市生活垃圾處理的無害化、減量化和資源化成為當(dāng)前我國面臨的重大問題之一，如何從環(huán)境保護(hù)和能源利用的角度合理處理城市生活垃圾也引起了社會各界的廣泛關(guān)注。

2 文獻(xiàn)回顧

另外，許多學(xué)者也通過對某些城市情況進(jìn)行分析，提出適合于當(dāng)?shù)爻鞘猩罾幚淼牟煌桨?，比?陳科等以北京市為例，計算了垃圾處理全程的社會成本，得出了從垃圾收集到堆肥、填埋、焚燒處理的價格［6］;張記市等提出對昆明市生活垃圾的處理采用分選回收、焚燒和衛(wèi)生填埋于一體的綜合處理方法［3］。以上研究都提出了城市生活垃圾處理的處理方法及應(yīng)用，但是很大程度上混淆了城市生活垃圾處理所面臨的環(huán)保和能源等方面的問題，從而使得所提方案不具有針對性。

從技術(shù)方法層面看，能值分析［1］方法在不同領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在生態(tài)系統(tǒng)的能值計算和環(huán)境影響方面實現(xiàn)了技術(shù)性的突破，該方法可以從能級比較的角度衡量各種生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境的影響，以及所產(chǎn)生的能值大小。例如:楊德偉等運用能值分析方法，對四川省1998～2003年生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率、能值投入率、能值利用強度、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等指標(biāo)及其變化趨勢進(jìn)行了定量分析，并與其它國家和地區(qū)進(jìn)行了比較［7］;唐寧等引入能值分析理論對土地生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)性進(jìn)行評價，并探討了土地生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的構(gòu)成及其與土地可持續(xù)利用的關(guān)系［8］?；谀苤捣治龅倪m用性，本文將借鑒以上研究理論和方法，試圖將能值分析法應(yīng)用于城市生活垃圾處理系統(tǒng)研究，并以云南省昆明市為案例，分別對垃圾填埋及沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式進(jìn)行實證研究，通過測算得到的環(huán)境負(fù)載量(ELR)和能值產(chǎn)出率 (EYR)比較不同城市生活垃圾處理方法對環(huán)境污染和資源利用的影響。

3 能值分析法原理及指標(biāo)

能值分析 (Emergy analysis)理論和方法是美國著名生態(tài)學(xué)家、系統(tǒng)能量分析先驅(qū)H.T.Odun為首于20世紀(jì)80年代所創(chuàng)立［1］。能值分析方法在生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能、自然資源評估利用等方面均取得了開創(chuàng)性的應(yīng)用。

3.1 基本原理

能值分析 (Emergy analysis)方法是以能值為基準(zhǔn)，把生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中不同種類、不同質(zhì)量和不可比較的能量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)——能值 (Emergy)來進(jìn)行比較和定量分析，以此評價不同類型的方法在其系統(tǒng)中的作用和地位。

經(jīng)濟系統(tǒng)中能值的投入和產(chǎn)出關(guān)系表現(xiàn)為:人類對經(jīng)濟系統(tǒng)投入可更新資源能值 (EmR1)和不可更新資源能值 (EmF)，同時獲取自然環(huán)境中的可更新資源能值 (EmR)和不可更新資源能值(EmN)，最終產(chǎn)生新的系統(tǒng)產(chǎn)出能值 (EmY)，見圖1。

3.2 指標(biāo)選擇

將以上所構(gòu)建的經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用于城市生活垃圾的處理，并通過對以下指標(biāo)的分析可以判斷出城市生活垃圾的不同處理方法對環(huán)境的影響以及能源利用程度。

(1)能值轉(zhuǎn)換率 (Transformity):用K表示，該指標(biāo)能將生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)流動和存儲的各種不同類別的能量轉(zhuǎn)換為同一標(biāo)準(zhǔn)的能值，其中:M表示產(chǎn)品形成所需直接和間接投入應(yīng)用的太陽能總量，單位:Sej;B表示某種能量或物質(zhì)的質(zhì)量，單位:J或g。

(2)能值/貨幣比 (Emergy/Money Ratio):用EDR表示，該指標(biāo)體現(xiàn)某國家或地區(qū)單位貨幣所對應(yīng)的能值量，其中:D代表購買某單位能值所需要的貨幣，單位:$。

那么本次會議提交的論文中其他的一些論文，表面上看好像和陸游從軍南鄭沒有關(guān)系，其實也有相當(dāng)大的關(guān)系。當(dāng)然，這就涉及到會議的第二個主題，就是唐宋詩人與漢中，他們和陸游也有潛在的關(guān)系。比如說馬強的論文《岑參梁州詩新考》談岑參漢中詩，另外一方面因為岑參對陸游的影響是非常大的，陸游在《跋岑嘉州詩集》中間甚至認(rèn)為岑嘉州唐宋詩人“太白、子美而后，一人而已”，《夜讀岑嘉州詩集》：“公詩信豪偉，筆力追李杜。”所以這雖然不是談陸游的，但是和陸游有關(guān)。剛才我們匯報里提到的胡可先《石門題刻文學(xué)的內(nèi)涵和價值》文章，談一個古跡，解剖我們的主題。

(3)環(huán)境負(fù)載率 (Environmental Loading Ratio):用ELR表示，該指標(biāo)表示一定經(jīng)濟活動水平下環(huán)境系統(tǒng)所承受的壓力，具有一定的環(huán)境預(yù)警作用。

(4)能值產(chǎn)出率 (Emergy Yield Ratio):用EYR表示，該指標(biāo)用來判斷資源使用的效益，相關(guān)公式為:

4 基于昆明市案例的實證測算

在城市生活垃圾處理文獻(xiàn)回顧和能值分析方法原理介紹的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步利用2003～2009年云南省昆明市相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實證測算，主要針對垃圾填埋及沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式，分別從環(huán)境保護(hù)和能源利用的角度，采用能值分析法測算不同處理方式的環(huán)境負(fù)載量 (ELR)和能值產(chǎn)出率(EYR)，以此構(gòu)建和優(yōu)化處理城市生活垃圾處理的最佳方案。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，生活垃圾的熱值取4.5MJ/kg，生活垃圾的能值轉(zhuǎn)換率取3.34×1011Sej/kg，匯率按照1美元兌8.0元人民幣計算，能值/貨幣比率取4.0×1012Sej/$。其中實證測算數(shù)據(jù)來源于對昆明市生活垃圾處理的調(diào)研和相關(guān)統(tǒng)計年鑒。

4.1 能值測算

4.1.1 生活垃圾填埋及沼氣發(fā)電能值測算

將圖1所示的經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)改進(jìn)為生活垃圾填埋及沼氣發(fā)電能值系統(tǒng)，其中:城市生活垃圾屬于自然環(huán)境中可再生能值投入，填埋服務(wù)和發(fā)電服務(wù)屬于社會對系統(tǒng)的不可再生投入，冷卻與燃燒空氣是自然界不可再生投入，冷卻用水屬于系統(tǒng)中自然界投入的可再生能值，垃圾填埋及沼氣發(fā)電的電力產(chǎn)出屬于該系統(tǒng)對社會的產(chǎn)出能值。將2003～2009年昆明市生活垃圾量及相關(guān)填埋及沼氣發(fā)電能值投入指標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)用于公式 (1) ～(4)，分別得到各年度昆明市城市生活垃圾填埋及沼氣發(fā)電能值計算結(jié)果，見表1。

表1 昆明市城市生活垃圾填埋及沼氣發(fā)電能值計算結(jié)果表

4.1.2 城市生活垃圾焚燒發(fā)電能值測算

將圖1所示的經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)改進(jìn)為生活垃圾焚燒發(fā)電能值系統(tǒng)，其中:城市生活垃圾屬于自然環(huán)境中可再生能值投入，焚燒發(fā)電服務(wù)屬于社會對系統(tǒng)的不可再生投入，冷卻與燃燒空氣是自然界不可再生投入，冷卻用水屬于系統(tǒng)中自然界投入的可再生能值，城市生活垃圾焚燒發(fā)電的電力產(chǎn)出屬于該系統(tǒng)對社會的產(chǎn)出能值。將2003～2009年昆明市生活垃圾量及相關(guān)焚燒發(fā)電能值投入指標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)用于公式 (1) ～(4)，分別得到各年度昆明市城市生活垃圾焚燒發(fā)電能值計算結(jié)果，見表2。

表2 昆明市城市生活垃圾焚燒發(fā)電能值計算結(jié)果表

4.1.3 城市生活垃圾堆肥能值測算

將圖1所示的經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)改進(jìn)為生活垃圾堆肥能值系統(tǒng)，其中:城市生活垃圾屬于自然環(huán)境中可再生能值投入，堆肥服務(wù)屬于社會對系統(tǒng)的不可再生投入，城市生活垃圾堆肥的產(chǎn)出屬于該系統(tǒng)對社會的產(chǎn)出能值。將2003～2009年昆明市生活垃圾量及相關(guān)堆肥能值投入指標(biāo)數(shù)據(jù)應(yīng)用于公式(1) ～(4)，分別得到各年度昆明市城市生活垃圾堆肥能值計算結(jié)果，見表3。

表3 昆明市城市生活垃圾堆肥能值計算結(jié)果表

4.2 結(jié)果分析

從以上得到的2003～2009年昆明市城市生活垃圾處理方法的比較測算結(jié)果可知，各種類型的生活垃圾處理方法對生態(tài)環(huán)境具有不同的影響，同時生活垃圾處理的資源利用也具有差異。

4.2.1 環(huán)境系統(tǒng)承載壓力分析

對于采用垃圾填埋及沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式所得到的環(huán)境負(fù)載率可知，2003～2009年昆明市城市生活垃圾各種處理方法對環(huán)境的污染作用逐年增大。其中:垃圾焚燒發(fā)電對環(huán)境污染最大，7a間環(huán)境負(fù)載率的均值達(dá)到0.2208%，其次是垃圾填埋及沼氣發(fā)電，平均環(huán)境負(fù)載率達(dá)到0.2021%，污染最小的是生活垃圾堆肥，平均環(huán)境負(fù)載率僅為0.1833%，見圖2。

4.2.2 資源有效利用效率分析

對于采用垃圾填埋及沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式所得到能值產(chǎn)出率可知，2003～2009年昆明市城市生活垃圾處理對資源的有效利用率逐年減小。其中:生活垃圾填埋及沼氣發(fā)電資源有效利用率最高，7a間能值產(chǎn)出率的均值為0.2495%，其次是垃圾焚燒發(fā)電，平均能值產(chǎn)出率為0.2407%，垃圾堆肥資源有效利用率最低，幾乎為零，見圖3。

5 研究結(jié)論及方案選擇

本文根據(jù)國家提出的生活垃圾處理“減量化、資源化、無害化”的原則，分別從環(huán)境保護(hù)和能源利用的角度，比較分析了垃圾填埋及沼氣發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式的環(huán)境負(fù)載率和能值產(chǎn)出率。根據(jù)研究結(jié)論可知:從環(huán)境保護(hù)的角度講最適合采用的是垃圾堆肥，最不適合采用的是垃圾焚燒;從能源利用的角度講，最適合采用的是生活垃圾填埋和沼氣發(fā)電，最不適合采用的是垃圾堆肥。但是，綜合考慮3種生活垃圾處理方式的環(huán)境負(fù)載率和能值產(chǎn)出率的差異，3種處理方式的優(yōu)劣順序依次是垃圾填埋及沼氣發(fā)電，垃圾焚燒發(fā)電，不適合采取垃圾堆肥，其原因是垃圾填埋及沼氣發(fā)電所得到的凈能值最高，其次是垃圾焚燒發(fā)電，而垃圾堆肥得到的凈能值為負(fù)值。

［1］藍(lán)盛芳，欽佩，陸宏芳.生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

［2］李維新.中國城市垃圾資源回收利用途徑及對策［J］.資源科學(xué)，2000，(5):17－19.

［3］張記市，蘇存榮，謝剛.昆明城市生活垃圾處理研究 ［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2004，(3):3－5.

［4］郭海強，馬應(yīng)珍.我國城市生活垃圾處理現(xiàn)狀與對策 ［J］.長治學(xué)院學(xué)報，2007，(7):18－20.

［5］歐陽培.城市生活垃圾處理現(xiàn)狀與處理方式比較研究 ［J］.再生資源研究，2007，(4):33－36.

［6］陳科，梁進(jìn)社.北京市生活垃圾定價及計量收費研究 ［J］.資源科學(xué)，2002，24(5):93－96.

［7］楊德偉，陳治諫.基于能值分析的四川省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)性評估［J］.長江流域資源與環(huán)境，2006，(3):45－51.

［8］唐寧，廖鐵軍.基于能值分析的土地生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)性評價［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，(2):345－347.