北京市城市生活垃圾處理溫室氣體排放特征及減排策略

劉春紅，郝學(xué)軍，劉楓

1.北京市科學(xué)技術(shù)研究院資源環(huán)境研究所

2.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院

人類社會(huì)的飛速發(fā)展和物質(zhì)生活的極大豐富，帶來(lái)廢物及其處理過(guò)程中溫室氣體排放量的日益增多，因此廢物的管理和減排成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。作為發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)人口眾多，對(duì)能源需求巨大，為了減少能源的過(guò)度消耗和減輕環(huán)境污染，將傳統(tǒng)污染物減排和溫室氣體排放協(xié)同治理，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要意義。黨的十九大報(bào)告明確要求“加強(qiáng)固體廢物和垃圾處置”，因此減排及合理處置城市生活垃圾顯得尤為重要。

隨著碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的提出，我國(guó)各城市展開(kāi)了溫室氣體排放測(cè)算的研究。隨著城市生活垃圾產(chǎn)生量增加，生活垃圾處理排放的溫室氣體測(cè)算受到較多研究人員的關(guān)注。鄒瓊等[1]根據(jù)《IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》和《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》核算了云南省2005—2018年生活垃圾處理排放的溫室氣體量；唐偉等[2]基于《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》及《浙江省市縣溫室氣體清單編制指南》核算了杭州市2005—2016年生活垃圾處理排放的溫室氣體量。潘玲陽(yáng)等[3]研究并測(cè)算了北京市2001—2007年生活垃圾處理排放的溫室氣體量，但由于目前北京市生活垃圾處理方式與以往有較大的差別，因此從時(shí)效性與科學(xué)性角度來(lái)講非常有必要重新測(cè)算北京市生活垃圾處理的溫室氣體排放量。

2019年北京市生活垃圾產(chǎn)生量約占我國(guó)生活垃圾產(chǎn)生總量的4.19%，同時(shí)北京市生活垃圾處理能力高于我國(guó)平均水平，與發(fā)達(dá)國(guó)家達(dá)到相似水平，因此研究北京市生活垃圾處理過(guò)程中的溫室氣體排放可為其他高水平處理能力城市的碳減排策略制定提供參考。筆者以北京市2010—2019年城市生活垃圾處理過(guò)程中溫室氣體（以CO2、N2O和CH4為主）排放為主要研究對(duì)象，通過(guò)分析生活垃圾產(chǎn)生、排放和處理情況，借鑒《IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》，核算生活垃圾處理過(guò)程中溫室氣體的排放量，并就生活垃圾產(chǎn)生量與溫室氣體協(xié)同減排提出建議，旨在為政府部門制定相關(guān)政策提供參考。

1 我國(guó)城市生活垃圾處理基本情況

近年來(lái)我國(guó)城市生活垃圾的產(chǎn)生量和處理量快速增加，2019年城市生活垃圾的清運(yùn)量增至24 106.2萬(wàn)t[4]，較2010年增長(zhǎng)了52.52%，并以每年4.82%的平均速度遞增?！吨袊?guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2011—2020年）顯示，我國(guó)城市生活垃圾無(wú)害化處理量隨清運(yùn)量的升高而增加，且無(wú)害化處理率由2010年的77.94%提高到2019年的99.61%。

我國(guó)城市生活垃圾的處理方式主要包括衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥，其他處理方式占比較低。衛(wèi)生填埋曾是我國(guó)生活垃圾的主要處理方式，但隨著垃圾處理量的快速增加，填埋土地資源變得緊張，加之其他處理技術(shù)不斷進(jìn)步及處理成本的降低，焚燒逐漸成為我國(guó)城市生活垃圾處理的主流方式。2019年我國(guó)城市生活垃圾焚燒量已超過(guò)填埋量(圖1)，標(biāo)志著我國(guó)城市生活垃圾處理能力和水平得到顯著提升。

圖1 我國(guó)城市生活垃圾不同處理方式的處理量變化Fig.1 Change of MSW treatment capacity of different treatment methods in China

2 北京市生活垃圾產(chǎn)生、排放與處理情況

2.1 生活垃圾產(chǎn)生與處理概況

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2011—2020年）及北京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)提供的相關(guān)資料，北京市生活垃圾的產(chǎn)生量、處理量及人均日產(chǎn)生量分別見(jiàn)表1及圖2。由表1可知，北京市2019年生活垃圾的人均日產(chǎn)生量約為 1.286 kg，比 2010 年 (0.887 kg)高出近45個(gè)百分點(diǎn)。由圖2可知，2010—2019年，北京市生活垃圾產(chǎn)生量及無(wú)害化處理量呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，產(chǎn)生量從2010年的634.9萬(wàn)t增至2019年1 011.2萬(wàn)t，平均年增長(zhǎng)率為5.31%；處理量從2010年的613.7萬(wàn)t增至2019年的1 010.9萬(wàn)t，平均年增長(zhǎng)率為5.70%。北京市生活垃圾年處理率（按清運(yùn)量計(jì)算）平均為99.25%，基本滿足城市生活垃圾收集及處理無(wú)害化、減量化、資源化的原則要求。

圖2 2010—2019年北京市城市生活垃圾產(chǎn)生量、處理量及處理率Fig.2 Generation, treatment capacity and treatment rate of MSW in Beijing in 2010-2019

表1 2010—2019年北京市生活垃圾的人均日產(chǎn)生量Table 1 Daily production of MSW per capita in Beijing in 2010-2019 kg/(人·d)

2.2 生活垃圾處理設(shè)施及處理能力

垃圾處理方式的選擇與城市經(jīng)濟(jì)狀況、人口規(guī)模、城市規(guī)模和技術(shù)水平等因素有關(guān)。發(fā)達(dá)國(guó)家多采取技術(shù)先進(jìn)的焚燒方式取代衛(wèi)生填埋，在嚴(yán)格控制污染排放的同時(shí)，有效實(shí)現(xiàn)了溫室氣體的減排。北京市生活垃圾處理以衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥3種方式為主，處理設(shè)施數(shù)量隨垃圾產(chǎn)生量及處理量的增多而逐年增加。2010—2019年北京市生活垃圾3種處理方式的處理量發(fā)生了較大的變化(圖3)：生活垃圾填埋處理量在2015年達(dá)到最高值，之后呈逐年下降趨勢(shì)；而垃圾焚燒處理量及堆肥處理量呈逐年上升趨勢(shì)，其中垃圾焚燒處理量在2018年超過(guò)垃圾填埋處理量。

圖3 2010—2019年北京市生活垃圾3種處理方式的處理量變化Fig.3 Treatment capacity of the three MSW treatment methods in Beijing from 2010 to 2019

2019年北京市正常運(yùn)行的生活垃圾處理設(shè)施有40座，其中焚燒廠11座，設(shè)計(jì)處理能力為16 650 t/d；填埋設(shè)施 10 座，設(shè)計(jì)處理能力為 7 931 t/d；堆肥（生化）處理設(shè)施 19 座，設(shè)計(jì)處理能力為 8 130 t/d。北京生活垃圾無(wú)害化處理量達(dá)到2.77萬(wàn)t/d，其中焚燒處理量為1.50萬(wàn)t/d，衛(wèi)生填埋處理量為0.80萬(wàn)t/d，堆肥處理量為0.46萬(wàn)t/d。3種方式的處理量（圖4）中，焚燒處理量占北京市生活垃圾處理量的1/2以上，焚燒、填埋處理量合計(jì)占北京市生活垃圾處理量的83%。

圖4 2019年北京市生活垃圾3種處理方式的處理量占比Fig.4 Proportion of treatment capacity of three MSW treatment methods in Beijing in 2019

2010—2019年北京城市生活垃圾處理設(shè)施數(shù)量變化如圖5所示。由圖5可知，衛(wèi)生填埋場(chǎng)的數(shù)量由2014年的16座減少到2019年的10座；而焚燒廠數(shù)量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，由2014年的3座增加到2019年的11座。

圖5 2010—2019年北京市生活垃圾處理設(shè)施數(shù)量變化Fig.5 Variation of the number of MSW treatment facilities in Beijing in 2010-2019

3 北京市生活垃圾處理溫室氣體排放量測(cè)算

3.1 測(cè)算依據(jù)與方法

3.1.1 測(cè)算依據(jù)

生活垃圾溫室氣體排放量測(cè)算主要根據(jù)城市溫室氣體排放核算和報(bào)告通用標(biāo)準(zhǔn)——《城市溫室氣體國(guó)際核算標(biāo)準(zhǔn)》以及《聯(lián)合國(guó)氣候變化公約》締約方國(guó)家編制地方溫室氣體排放清單，具體包括《1996年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南修訂本》《IPCC國(guó)家溫室氣體清單優(yōu)良做法指南》（簡(jiǎn)稱《IPCC優(yōu)良做法指南》）和《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》（簡(jiǎn)稱《2006 IPCC 指南》）。同時(shí)還參考了2011年5月國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)辦公廳印發(fā)的《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》（發(fā)改辦氣候〔2011〕1041號(hào)，簡(jiǎn)稱《省級(jí)指南》）第五章廢棄物處理第二條固體廢物處理。

3.1.2 不同垃圾處理方式溫室氣體排放量測(cè)算方法

將固定生活垃圾視為完全分解，采用質(zhì)量平衡法進(jìn)行核算。質(zhì)量平衡法量化了生活垃圾的產(chǎn)生、排放、氧化和回收，簡(jiǎn)化了復(fù)雜過(guò)程和影響因素，是被廣泛采用的模型[5]。

3.1.2.1 衛(wèi)生填埋

垃圾衛(wèi)生填埋是依據(jù)一定的理論基礎(chǔ)和嚴(yán)格的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)垃圾進(jìn)行填埋處理和有效控制，達(dá)到無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化處理目標(biāo)的技術(shù)。衛(wèi)生填埋是垃圾處理最基本的方法[6]。城市生活垃圾中有機(jī)成分占65%～75%。生活垃圾填埋氣體的產(chǎn)生，是一個(gè)具有物理、化學(xué)和生物反應(yīng)的復(fù)雜過(guò)程，其中以生物反應(yīng)為主，并且受垃圾成分、填埋時(shí)間、氣候條件及填埋場(chǎng)水文地質(zhì)條件等因素的制約[7-8]，尤其是垃圾中有機(jī)成分越多，產(chǎn)生的填埋氣體就越多。由于相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)表中缺少生活垃圾物理組分相關(guān)數(shù)據(jù)，本研究通過(guò)查詢相關(guān)文獻(xiàn)[9-13]，獲得北京市2010—2019年生活垃圾物理組分占比（缺少2017年、2019年的數(shù)據(jù)），具體見(jiàn)表2。由于無(wú)機(jī)垃圾不含可降解的有機(jī)物，塑料中雖含有有機(jī)物，但降解速度很慢，因此本研究忽略玻璃、金屬、磚瓦陶瓷、灰土及塑料中有機(jī)物的降解。

表2 2010—2019年北京市生活垃圾的物理組分占比Table 2 Proportion of physical components of MSW in Beijing in 2010-2019%

由表2可知，2010—2019年北京市生活垃圾的組分中，廚余垃圾、塑料、紙類年均合計(jì)占比在85%以上。根據(jù)《省級(jí)指南》有關(guān)規(guī)定，固體廢物處置場(chǎng)所非化石廢物排放的CO2屬于生物成因，不計(jì)入溫室氣體排放量，而只有填埋發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的CH4（其溫室效應(yīng)是同體積CO2的21倍[14]）才被列入溫室氣體清單，因此本研究只計(jì)算CH4的排放量。公式如下：

L0計(jì)算公式如下：

式中：MCF為CH4修正因子，取0.9[16]；DOC為可降解有機(jī)碳在垃圾中的占比，取0.15[17]；DOCj為可降解有機(jī)碳在有機(jī)碳中的占比，取0.5[15,18]；F為垃圾填埋氣體中CH4的占比，取0.5[15,19]。MCF、DOC與垃圾填埋處理方式、處置技術(shù)及垃圾成分關(guān)系密切。

3.1.2.2 焚燒

北京市焚燒處理設(shè)施多采用爐排爐，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為對(duì)生活垃圾適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，宜成規(guī)模建設(shè)、運(yùn)行[19]。生活垃圾焚燒處理產(chǎn)生的溫室氣體包括化石成因和生物成因排放的CO2，僅將化石成因排放的CO2納入溫室氣體排放總量中。CO2排放量計(jì)算公式如下：

表3 2010—2019年北京市焚燒垃圾中礦物碳占比Table 3 Proportion of mineral carbon in waste incineration in Beijing in 2010-2019%

3.1.2.3 堆肥

垃圾堆肥基本上采用好氧工藝，經(jīng)過(guò)一次發(fā)酵和二次發(fā)酵，產(chǎn)生溫室氣體CO2、CH4、N2O。其中CO2的產(chǎn)生來(lái)源為生物質(zhì)碳，故不計(jì)入溫室氣體排放總量中。用缺省值法計(jì)算CH4、N2O排放量，計(jì)算公式如下：

式中：MSWd為堆肥處理的生活垃圾量，萬(wàn) t/a；EFC為堆肥處理的CH4排放因子，g/kg；EN2O為堆肥處理的N2O排放量，萬(wàn)t/a；EFN為堆肥處理的N2O排放因子，g/kg。

3.2 不同處理方式下溫室氣體排放量變化

2010—2019年北京市生活垃圾衛(wèi)生填埋、焚燒和堆肥3種處理方式的溫室氣體排放量分別如圖6～圖8所示。由圖6可知，北京市生活垃圾填埋氣體CH4的排放量總體呈先增加后減小的趨勢(shì)，2015年CH4排放量達(dá)到峰值（19.93萬(wàn)t），之后出現(xiàn)

圖6 2010—2019年北京市生活垃圾衛(wèi)生填埋CH4排放量變化Fig.6 Trends of CH4 emissions from MSW landfills in Beijing in 2010-2019

逐年下降的趨勢(shì)，由2016年的19.15萬(wàn)t減少到2019年的11.83萬(wàn)t。由圖7可知，北京市生活垃圾焚燒CO2排放量2014年之后增長(zhǎng)較快，由2014年的 41.00萬(wàn) t增長(zhǎng)到 2019年的 132.31萬(wàn) t，增長(zhǎng)了3.2倍，這與北京市生活垃圾焚燒處理量的變化直接相關(guān)。隨著未來(lái)垃圾焚燒處理量占比的進(jìn)一步提高，其CO2排放量還將進(jìn)一步增長(zhǎng)。由圖8可知，北京市生活垃圾堆肥CH4、N2O的排放量總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，2018年達(dá)到峰值，之后下降。

圖7 2010—2019年北京市生活垃圾焚燒CO2排放量變化Fig.7 Trend of CO2 emissions from MSW incineration in Beijing in 2010-2019

圖8 2010—2019年北京市生活垃圾堆肥CH4、N2O排放量變化Fig.8 Trend of CH4 and N2O emissions from MSW composting in Beijing in 2010-2019

3.3 溫室氣體排放量隨時(shí)間變化特征

根據(jù)2007年聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）的第4次評(píng)估報(bào)告，CH4、N2O產(chǎn)生的溫室效應(yīng)分別是相同質(zhì)量CO2的21、298倍，將其折算成CO2當(dāng)量，得出2010—2019年北京市生活垃圾處理CO2排放量如圖9所示。由圖9可知，2010—2019年北京市生活垃圾處理CO2排放量總體呈先增后減的趨勢(shì)，且變動(dòng)幅度減緩；2016年之后垃圾處理CO2排放總量呈下降趨勢(shì)，其中2019年達(dá)到10年來(lái)的最低水平，這主要與近年來(lái)北京市垃圾填埋處理量減少，垃圾處理方式從以填埋為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑贌秊橹饔嘘P(guān)。2018年垃圾焚燒處理量已超過(guò)填埋處理量（圖3），而焚燒處理CO2排放量遠(yuǎn)低于填埋處理排放量（圖9），表明焚燒處理方式CO2排放強(qiáng)度低于填埋處理方式CO2排放強(qiáng)度，因此即使生活垃圾產(chǎn)生量逐年增加，但由于處理方式的轉(zhuǎn)變，CO2排放量仍逐年減少。北京市垃圾填埋處理方式及垃圾產(chǎn)生量對(duì)碳排放影響較大。

圖9 2010—2019年北京市生活垃圾處理CO2的排放量Fig.9 CO2 emissions from MSW treatment in Beijing in 2010-2019

隨著垃圾填埋場(chǎng)數(shù)量逐年遞減以及相對(duì)低排放強(qiáng)度的CO2垃圾焚燒處理廠數(shù)量增加，加之目前《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》的實(shí)施，可以預(yù)測(cè)，北京生活垃圾處理的CH4和CO2排放量將繼續(xù)下降。同時(shí)，垃圾分類在使生活垃圾產(chǎn)生量減少的同時(shí)，增加了垃圾焚燒廠垃圾的熱值，提高了垃圾焚燒效率，減少了二噁英等有毒有害氣體的產(chǎn)生，為將來(lái)北京生活垃圾處理碳中和提供支持。

4 北京市生活垃圾處理碳減排策略

4.1 推進(jìn)生活垃圾源頭減量

（1）提升低碳意識(shí)，倡導(dǎo)綠色消費(fèi)

養(yǎng)成低碳的生活方式和消費(fèi)模式，響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，踐行綠色低碳、簡(jiǎn)約適度的消費(fèi)模式，合理、理性購(gòu)物和消費(fèi)，推動(dòng)政府綠色采購(gòu)、綠色辦公，推廣使用可循環(huán)利用物品，限制使用一次性用品，倡導(dǎo)凈菜和潔凈農(nóng)副產(chǎn)品進(jìn)城，從源頭上減少垃圾產(chǎn)生量。垃圾處理的全過(guò)程離不開(kāi)公眾的參與，因此建立低碳管理體系，培養(yǎng)公眾的低碳意識(shí)至關(guān)重要。公眾參與不僅可以提高居民垃圾分類的參與度，還可以促進(jìn)垃圾處理全過(guò)程中各環(huán)節(jié)的節(jié)能、節(jié)水、節(jié)電。

（2）促進(jìn)垃圾分類及垃圾資源回收

可回收的垃圾被投放進(jìn)焚燒爐，不僅造成資源浪費(fèi)，同時(shí)增加碳排放量。由于塑料的FCF及CCW遠(yuǎn)高于其余垃圾成分，當(dāng)含有較多塑料成分的生活垃圾焚燒時(shí)會(huì)有較多的碳排放。垃圾分類既有助于減少垃圾處理量，也可減少碳排放量。目前北京市已實(shí)施垃圾分類收集，但在部分地區(qū)效果不好，其中一個(gè)重要原因就是居民的隨意投放。因此，未來(lái)工作的重點(diǎn)是加強(qiáng)教育和引導(dǎo)，做好日常宣傳，設(shè)置垃圾分類收集箱提示，安排工作人員對(duì)小區(qū)居民投放進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)；同時(shí)建立垃圾資源回收的投放點(diǎn)，推動(dòng)垃圾收運(yùn)系統(tǒng)與再生資源回收系統(tǒng)有效銜接，保證有價(jià)值的再生資源都可以得到回收利用，從根本上減少垃圾排放量。

4.2 合理推進(jìn)垃圾處理設(shè)施的建設(shè)

2010—2019年北京市生活垃圾產(chǎn)生量逐年升高，而垃圾處理產(chǎn)生的溫室氣體排放量卻呈下降趨勢(shì)，單位垃圾處理排放強(qiáng)度明顯下降的原因在于生活垃圾處理方式的轉(zhuǎn)變，即從排放強(qiáng)度高的衛(wèi)生填埋逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕欧艔?qiáng)度較低的焚燒及堆肥處理。隨著北京市大力推進(jìn)垃圾分類，廚余垃圾占比提高，因此需要合理推進(jìn)垃圾焚燒及堆肥處理設(shè)施的建設(shè)，將垃圾填埋場(chǎng)只用作垃圾焚燒和堆肥的殘?jiān)盥褚约皯?yīng)急處置。從而在實(shí)現(xiàn)垃圾資源化、減量化、無(wú)害化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)降碳的目的。

4.3 優(yōu)化垃圾收運(yùn)系統(tǒng)

生活垃圾中的廚余垃圾（如瓜果蔬菜、食物殘?jiān)龋┖写罅坑袡C(jī)成分，無(wú)序化管理和處置不合理會(huì)導(dǎo)致其污染可回收物，造成資源浪費(fèi)或增加可回收物二次清潔工序，導(dǎo)致間接碳排放。

合理規(guī)劃垃圾中轉(zhuǎn)站，縮短收運(yùn)距離，用大型密閉垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)車替代小型垃圾收運(yùn)車，采用清潔能源車輛替代傳統(tǒng)化石能源車輛等。中轉(zhuǎn)站運(yùn)營(yíng)時(shí)，要全面推行車間、卸料工位的全密閉化，充分考慮除塵、除臭、噪聲防治以及垃圾滲濾液與污水處理。

4.4 防止垃圾處理過(guò)程中的二次污染

生活垃圾處理過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)楦鞣N情況產(chǎn)生二次污染，并引起大氣、水體等污染，增加環(huán)境負(fù)擔(dān)，還可能造成一定的間接碳排放，因此需要加強(qiáng)垃圾處理二次污染防控。對(duì)新建垃圾處理設(shè)施要嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家或地方有關(guān)污染防治的最新標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)行垃圾處理設(shè)施也要通過(guò)工藝完善和技術(shù)改造逐步滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

（1）2010—2019年北京市生活垃圾產(chǎn)生量與處理量分別以平均每年5.31%、5.70%的速率遞增。2019年北京市生活垃圾處理率達(dá)到99.94%，垃圾的焚燒處理量超過(guò)了衛(wèi)生填埋處理量。

（2）北京市生活垃圾處理的CO2排放量受生活垃圾產(chǎn)生量及處理設(shè)施結(jié)構(gòu)影響，2010—2015年排放量持續(xù)增長(zhǎng)，2016年達(dá)到峰值，之后呈逐年下降的趨勢(shì)，2019年降到最低水平（426.03萬(wàn)t）。這主要是由于生活垃圾填埋處理量減少，垃圾處理方式從以填埋為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑贌秊橹鳌?/p>

（3）建議繼續(xù)推進(jìn)生活垃圾源頭減量，合理推進(jìn)垃圾處理設(shè)施的建設(shè)，優(yōu)化垃圾收運(yùn)系統(tǒng)，防止垃圾處理產(chǎn)生二次污染，以促進(jìn)北京市生活垃圾處理過(guò)程中的碳減排。