北京城鄉(xiāng)不同功能區(qū)生活垃圾組成特性及分類研究

張?zhí)m霞，李國學，羅文海，袁 京

（中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，農(nóng)田土壤污染防控與修復北京市重點實驗室，北京 100193）

1 引言

隨著人民生活水平的提高以及城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，我國生活垃圾產(chǎn)生量和成分發(fā)生了巨大變化［1］。2018 年，我國生活垃圾清運量達2.28×108t，且每年以8%～10%的速度持續(xù)增長［2］。同時，生活垃圾組成也發(fā)生了較大變化［3-4］，主要表現(xiàn)為廚余垃圾比例逐漸增加［5］，廚余垃圾高含水率、高有機質(zhì)含量的性質(zhì)決定了其后續(xù)的末端處理處置必須與其他垃圾分開后單獨處理。2017 年，上海成為我國首批城市垃圾分類試點城市之一［6］。2019年，全國地級及以上城市全方位展開生活垃圾分類工作，要求46 個重點城市到2020 年底基本完成垃圾分類處理系統(tǒng)［7］。2020 年5 月1 日，《北京市生活垃圾管理條例》正式實施，開始強制實行垃圾分類，將生活垃圾按照可回收、廚余、有害和其他垃圾進行源頭分類收集［8］。生活垃圾組成和性質(zhì)直接決定了生活垃圾投放、收集、運輸以及處理處置的設備配置和方法選擇。

盡管生活垃圾分類方法已明確規(guī)定了生活垃圾的四分類方法。但市民不同活動區(qū)的垃圾組成也不盡相同，甚至差異較大。在行政辦公、城市交通、公園景區(qū)等公共場所，生活垃圾物理組成與居民小區(qū)、商場飯店等有較大差異［9］。若在不同場所采用相同的分類方法，配置相同的垃圾收集裝置，一方面會造成資源浪費，另一方面會增加垃圾清運工作量。除此之外，廚余垃圾、可回收垃圾、其他垃圾以及灰土等不同垃圾成分的含水率和密度差異也較大，這兩個特性直接影響垃圾桶配置的材質(zhì)和體積。總體而言，生活垃圾分類收集是解決垃圾處理與資源化利用的根本問題［10］。而生活垃圾分類方法又直接取決于生活垃圾組成和性質(zhì)。清晰的分類方法可提升公民的參與度，讓每個人都參與到垃圾分類管理中是必要和緊迫的［11］。所以了解生活垃圾物理組成對分類效果具有重要意義。

經(jīng)濟發(fā)展水平和燃料結構的差別使得城鄉(xiāng)生活垃圾的組分差異較大［12］。城市生活垃圾中的可降解有機物和可回收物高于農(nóng)村，惰性垃圾含量低于農(nóng)村。隋儒楠［13］調(diào)查分析了沈陽市城鄉(xiāng)生活垃圾組成，城市廚余垃圾占比（約為70%） 高于農(nóng)村（20%）；城市和農(nóng)村的第二大組分分別是橡塑和灰土，占比分別為8%和20%。不同功能區(qū)的生活垃圾組分差異大，居民區(qū)廚余垃圾含量較高，事業(yè)區(qū)和文教區(qū)紙類含量高，旅游區(qū)和商業(yè)區(qū)可回收物含量高［14］。故需根據(jù)各功能區(qū)的垃圾特性，選擇不同的垃圾分類方法。生活垃圾物理組成影響著含水率和熱值，城市生活垃圾的含水率高于農(nóng)村，是因為廚余垃圾和含水率顯著正相關［15］，塑料和紙類對垃圾熱值貢獻大［16］。將廚余垃圾單獨分類，將明顯降低混合垃圾的密度。

因此，系統(tǒng)了解城鄉(xiāng)不同功能區(qū)生活垃圾物理組成及特征，對生活垃圾源頭分類、投放和收集具有重要意義。本研究對北京市典型功能區(qū)生活垃圾組成進行分析，提出適宜的分類方法，并對大類粗分后垃圾特性進行分析，為后續(xù)生活垃圾減量化和資源化提供數(shù)據(jù)支撐。

2 材料與方法

2.1 生活垃圾樣品采集

根據(jù)居民活動軌跡選擇的典型單位包括：飯店、體育館、大型超市、休閑廣場、辦公區(qū)、地鐵站、旅游景點、文化教育區(qū)和居民住宅區(qū)（高檔住宅區(qū)、普通住宅區(qū)）。2019 年3 月，以北京市海淀區(qū)作為垃圾分類典型地區(qū)的研究案例，在不同的功能區(qū)中選取典型采樣點，每個采樣點連續(xù)3 d 在同一時間段進行采樣，按照CJ/T 3039—1995城市生活垃圾采樣和物理分析方法，采用四分法完成采樣。每次采樣時用隨機選定的垃圾車將垃圾傾倒在作業(yè)面以外的區(qū)域，用取樣鏟鏟取約為樣品質(zhì)量4 倍的垃圾（40～52 kg），充分混合后堆成錐形，取其1/4 作為樣品，樣品質(zhì)量10 kg。每個采樣點采樣2 次，測定結果取其平均值。具體的垃圾采樣地點見表1～2。

表1 北京市城鄉(xiāng)典型單位垃圾采樣點

表2 北京市海淀區(qū)典型地區(qū)垃圾采樣點

2.2 測定指標與方法

將新鮮垃圾樣品按物理組成進行手工分揀，記錄各組分的質(zhì)量。物理組成主要包括塑料、可回收紙、廚余、其他紙類、木竹、織物、皮革、玻璃、金屬、電池、磚瓦、石塊等。通過測定質(zhì)量和體積，計算生活垃圾各組分未壓縮前的密度。

聚類分析統(tǒng)計方法為SPSS 系統(tǒng)的Hierarchical Classify 聚類法。

3 結果與討論

3.1 生活垃圾物理組分和大類粗分方法

3.1.1 典型單位生活垃圾物理組分

選取的9 類典型單位采樣點生活垃圾各組分含量相差甚大，如表3 所示?？傮w上看，18 個采樣點的生活垃圾組成以廚余、可回收紙類、其他紙類和塑料為主，除飯店外其他典型單位4 類垃圾的含量占垃圾總量的90%以上。具體含量范圍分別為：廚余垃圾占14.4%～76.1%，可回收紙類含量不超過30.0%，其他紙類占5.4%～29.5%，塑料占11.3%～58.9%。其中，塑料指可回收塑料，其他紙類為不可回收紙類?？苫厥绽饕约堫惡退芰蠟橹?，金屬和玻璃含量較少。在居民區(qū)未發(fā)現(xiàn)金屬，可能是因為住戶已收集變賣；皮革織物和玻璃僅出現(xiàn)在飯店，可能是由于飯店產(chǎn)生的破爛桌布、一次性濕巾和酒瓶等。居民區(qū)的廚余垃圾占比在60%以上，若將廚余垃圾單獨分類處理，既可提高生活垃圾的熱值，又可減小垃圾處理難度。電池主要出現(xiàn)在地鐵站、公園、廣場等旅游景點附近的垃圾中，是因為導游等相關工作人員使用擴音器等電子設備。因此，在垃圾分類收集時，可在這些地點放置專門用于收集電池的容器。

表3 北京市典型單位生活垃圾物理成分（濕基） %

3.1.2 典型地區(qū)生活垃圾物理組分

海淀區(qū)各功能區(qū)采樣點在人口結構、區(qū)域功能和經(jīng)濟發(fā)展水平等方面存在差異，生活垃圾中所含的11 種成分差異較大，如表4 所示。總體上看，11 個采樣點的生活垃圾組成中以廚余垃圾含量最多，其次是紙類和塑料，三者平均含量總和占到了垃圾總量的90%以上，其含量范圍分別為：廚余垃圾占20.2%～76.0%，紙類占4.5%～55.4%，塑料占10.0%～62.6%。只有小牛坊、西小營（農(nóng)村）和肖家河（平房區(qū)） 采樣點的垃圾組分含有煤渣、磚瓦，兩類合計占比為8.8%～21.2%；其中，肖家河（平房區(qū)） 煤渣含量為20.0%，與當?shù)刈鲲埲∨济河嘘P。生活垃圾成分較為單一的為天秀（雙氣區(qū)）、萬柳（高檔住宅區(qū)）、上地（廣場區(qū)） 和路邊（道路） 4 個采樣點，主要組分是廚余垃圾、紙類和塑料，其余組分只含有木竹、玻璃和金屬中的1～2 種，占比為0.1%～10.1%。居民區(qū)中的天秀和萬柳未出現(xiàn)織物，主要是因為社區(qū)設立了舊衣物回收站；相對而言，農(nóng)大東、區(qū)政府（事業(yè)區(qū)） 和百旺（商業(yè)區(qū)） 3 個采樣點的垃圾組分更為復雜。

表4 北京市典型地區(qū)生活垃圾物理成分（濕基） %

3.1.3 大類粗分方法

對典型單位和典型地區(qū)生活垃圾物理成分進行聚類分析。由聚類分析結果和生活垃圾物理組分特點表明來自典型單位中的地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)、體育館以及來自典型地區(qū)中的商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路的生活垃圾聚類為兩類（圖1 和圖2），這些地區(qū)垃圾的特點為廚余垃圾含量較低，可回收垃圾含量較高，遠高于不可回收垃圾，比例約為2∶1。因此，可大類粗分為可回收垃圾和不可回收垃圾。電池、藥品等有害垃圾由于產(chǎn)生量很少，且未經(jīng)處理不應進入垃圾收運系統(tǒng)，建議單獨進行收集。

典型單位的居民區(qū)、旅游景點、廣場、飯店以及典型地區(qū)的農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)和廣場區(qū)的生活垃圾聚類為3 類，特點是廚余垃圾含量較多，在50%以上。因此，可將這些地區(qū)的生活垃圾大類粗分為廚余垃圾、可回收垃圾和其他垃圾。

圖1 北京市典型單位生活垃圾物理組成聚類圖

圖2 北京市典型地區(qū)生活垃圾物理成分聚類圖

3.2 大類粗分后生活垃圾組成含量

基于生活垃圾組成，根據(jù)聚類分析結果，將典型單位的生活垃圾按照兩大類和三大類粗分后，各類垃圾所占比例見表5。對于地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)和體育館等粗分為兩類的典型單位，可回收垃圾占比為42.6%～69.5%，不可回收占比為30.5%～57.4%?？傮w上同一功能區(qū)不同采樣點組分含量差異不大，地鐵站和文教區(qū)的不同采樣點略有差異。不同地鐵站之間的差異主要在于塑料類，可能是附近商業(yè)區(qū)和旅游區(qū)分布差異造成的，文教區(qū)的不可回收垃圾差異主要是廚余垃圾占比不同導致的。在粗分為3 類的典型單位中，天安門采樣點廚余垃圾占比為27.2%，相比其他采樣點（52.6%～76.1%） 略低，主要是因為天安門廣場特殊的地理位置，垃圾來源主要是游客丟棄的塑料瓶和紙類，占比分別為27.6%和38.4%。天秀安和園小區(qū)的可回收垃圾占比為13.9%，其余采樣點占比為23.9%～40.7%，可能是因為該居民區(qū)設立了專門的資源回收站。

表5 北京市典型單位大類粗分后各類垃圾的含量（濕基） %

來自農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)和廣場區(qū)的生活垃圾分為可回收垃圾、廚余垃圾和其他垃圾三大類后所占比例見圖3。各典型地區(qū)的3 類垃圾中，廚余類最多，居民區(qū)的占比為59.5%～76.0%。頤和園和上地作為休閑娛樂區(qū)，塑料等可回收垃圾含量最大，分別為52.0%和36.9%；其他垃圾主要是木竹，分別占1.1%和10.1%，主要是行人購買木簽類食品產(chǎn)生的。農(nóng)村和平房區(qū)的可回收垃圾含量相對低，是因為廢品變賣行為在農(nóng)村更普遍；其他類垃圾幾乎都是渣土，這是由于做飯和取暖采用煤炭所造成的。來自商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路的生活垃圾分為可回收垃圾和不可回收垃圾兩大類后（圖3） 可回收垃圾含量均高于不可回收垃圾。農(nóng)大東、區(qū)政府和路邊的可回收垃圾和不可回收垃圾的比例超過了2∶1，主要是因為事業(yè)文教區(qū)產(chǎn)生的紙類較多，農(nóng)大東、區(qū)政府采樣點的紙類占比分別為34.4%和55.4%，路邊可回收垃圾較多是因為飲料瓶等塑料類占比高（62.6%）。

圖3 北京市典型地區(qū)大類粗分后生活垃圾組成

3.3 大類粗分后生活垃圾密度

典型單位各采樣點混合生活垃圾及大類粗分后垃圾密度見表6。不同典型單位采樣點的垃圾密度差別很大，差異大小主要取決于廚余垃圾含量，而相同典型單位不同采樣點的垃圾密度也有區(qū)別，其中，以旅游景點和廣場區(qū)采樣點垃圾密度差異最大。故宮和天安門的垃圾密度分別為163.7、142.6 kg/m3，約為海淀公園和中關村采樣點的3倍。由于旅游景點和廣場區(qū)都屬于公共開放性場所，垃圾組成差異主要由所處地域造成，故宮和天安門采樣點都在市中心最繁華處，每天接待游人最多，垃圾產(chǎn)生量大，容納體積一定，因壓縮作用導致密度大。

將地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)、體育館等典型單位的垃圾粗分為可回收垃圾和不可回收垃圾之后，兩者的密度差異明顯，不可回收垃圾的密度是可回收垃圾的2～5 倍：一方面是因為不可回收垃圾中廚余垃圾對密度的貢獻極大；另一方面是可回收垃圾的主要成分是塑料和紙類等輕質(zhì)材料。體育館各類垃圾的密度均比其他取樣點大，可能是因為體育館丟棄的體育健身器材等耗材。將居民區(qū)、旅游景點、廣場、飯店等典型單位的垃圾粗分為三大類后，由于廚余垃圾的含水率大，可回收垃圾和其他垃圾的密度明顯小于廚余垃圾。這些取樣點可回收垃圾的密度為25.4～48.4 kg/m3，廚余垃圾的密度為171.6～200.2 kg/m3，其他垃圾在各典型單位的密度為31.5～50.5 kg/m3，差異不大。

表6 北京市典型單位生活垃圾大類粗分前后密度 kg/m3

典型地區(qū)生活垃圾大類粗分前后密度比較見表7。由于農(nóng)村生活垃圾組成中惰性物質(zhì)（煤渣和磚瓦） 含量明顯高于城市，因此農(nóng)村垃圾密度明顯大于城市，農(nóng)村混合垃圾密度為212.8～313.2 kg/m3。城市不同功能區(qū)采樣點的垃圾密度差別也較大，其中以肖家河（平房區(qū)） 采樣點最高，為315.4 kg/m3，這是因為含有20.0%的煤渣和1.2%的磚瓦；頤和園、區(qū)政府、農(nóng)大東、路邊4 個采樣點的垃圾密度較低，分別為28.9、36.4、51.4、54.8 kg/m3，主要是因為這4 個采樣點塑料瓶和紙類等物質(zhì)占比較大。因此，一方面需要完善回收系統(tǒng)，避免可回收資源的浪費；另一方面必須在城市市區(qū)建立相應的垃圾轉運站，垃圾在轉運站壓縮后再轉運將顯著節(jié)省垃圾處理處置成本。

商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路的生活垃圾粗分為可回收垃圾和不可回收垃圾之后，不可回收垃圾和可回收垃圾的密度范圍分別為151.3～166.9 kg/m3和51.3～81.7 kg/m3，前者密度明顯大于后者，這是由于不可回收垃圾包含較多廚余垃圾。將農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)、廣場區(qū)等典型地區(qū)的垃圾粗分為可回收垃圾、廚余垃圾和其他垃圾后，除農(nóng)村和平房區(qū)外，其他功能區(qū)的其他垃圾密度較低，均在40 kg/m3以下。小牛坊、西小營和肖家河的生活垃圾含有一定比例的金屬和玻璃，所以可回收垃圾密度比其他采樣點大。居民區(qū)廚余垃圾純度較高，因此廚余垃圾密度高于其他采樣點?；诓煌拿芏炔町悾谂渲美占萜鲿r應充分考慮不同類別垃圾密度。

表7 北京市典型地區(qū)生活垃圾大類粗分前后密度 kg/m3

3.4 討論

城鄉(xiāng)生活垃圾中易腐垃圾占比最高，隨著生活水平的提高，紙類和塑料等可回收物比例逐步增加，隨著能源結構的改變，爐渣等惰性物質(zhì)含量進一步降低。目前，超過80%的城市采取“四分法”［8，17］，如北京、上海和廣州等，不過具體分類標準不同。上海推廣的四分法中概念重疊，干、濕垃圾的劃分容易使居民混淆，從而對居民培養(yǎng)分類意識產(chǎn)生消極影響。垃圾源頭分類的一大目標是減量化，杭州采用“2+T”源頭分類方法將生活垃圾分為可降解垃圾、其他垃圾和有害垃圾，將可降解物質(zhì)和可回收垃圾有效分離，有利于后續(xù)的減量化和資源化處理［18］。北京推廣的四分法將含量較大的廚余垃圾單獨分類，因此，要加大堆肥廠等生物處理設施和場地的建設，切實保障廚余垃圾的后端處理。四分法更加符合源頭分類處理的要求，也更加匹配末端處理設施。塑料和紙類等可回收物含量的上升為可回收垃圾的單獨分類提供了需求，避免可回收垃圾進入生活垃圾運輸處理系統(tǒng)，同時也對垃圾物資回收系統(tǒng)的建立和完善提出了要求。Gundupalli 等［19］開發(fā)了一種基于熱成像的可回收垃圾分類系統(tǒng)，減少工作量，提高分揀效率。通過分析垃圾的物理組成發(fā)現(xiàn)某些農(nóng)村地區(qū)的灰土、磚瓦和石塊含量較高，故四分法應用到農(nóng)村時可考慮將其單分一類，可將其用于公路鋪墊等。因此，每個地區(qū)應根據(jù)自身情況進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，從而做到源頭精準分類。

當我國垃圾分類逐步形成常態(tài)時，便可學習國外工作開展較好的地區(qū)進行進一步的細分。德國生活垃圾分類大多采用“五分法”：有機垃圾、輕型包裝、紙類、玻璃、其他垃圾。大件垃圾可由專門公司有償上門回收，也可自行運送到回收站；舊衣物放進專門設立的回收箱內(nèi)［20］。日本大多采用“垃圾粗分類，可回收物細分類”的分類方式。例如，日本橫濱市將生活垃圾分為三大類別：市里收集的物品、地區(qū)回收物和市里不收集的物品。第1 大類別又細分為可燃垃圾和不可燃垃圾等11 小類；第2 大類別分為舊布和舊紙兩類，又各自細分為多個小類別，且每個小類別下有具體的處理要求；第3 大類別又分為市里不收集的家用電器、家用電腦、市里不收集的物品三小類，并附有相關處理方法，明確了責任主體［21］。新加坡垃圾分類也較為詳細，為垃圾分類的開展和后端處理奠定了基礎［22］。但有研究表明更精細的分類并不總是最好的，不同的國家和地區(qū)根據(jù)各自的實際情況，對廢物分類有不同的要求［23］。所以當居民逐步接受了垃圾分類回收后，各個地區(qū)應在政府統(tǒng)一標準指導下因地制宜、循序漸進地制定精細的分類方法［24］。政府應積極參與垃圾分類宣傳，提升居民的參與度和知曉率［25］，進一步提高垃圾分類回收率，促進資源循環(huán)化。

4 結論

1） 北京市海淀區(qū)的生活垃圾以廚余垃圾、紙類和塑料所占的比例最大，總體上看，三者平均含量總和占垃圾總量的90%以上。

2） 可將北京市城鄉(xiāng)地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)、體育館、商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路等典型活動區(qū)的生活垃圾分類為可回收和不可回收垃圾兩類；將居民區(qū)、旅游景點、廣場、飯店、農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)和廣場區(qū)的生活垃圾分為廚余、可回收和其他垃圾3 類。

3） 生活垃圾進行源頭大類粗分后，不同功能區(qū)垃圾組分和密度差異大。農(nóng)村地區(qū)爐渣等惰性物質(zhì)含量高于城區(qū)，廚余垃圾和可回收垃圾低于城區(qū)。