李 丹,陳冠益,2*馬文超,段 寧,3*

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中國村鎮(zhèn)生活垃圾特性及處理現(xiàn)狀

李 丹1,陳冠益1,2*馬文超1,段 寧1,3*

(1.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300350；2.西藏大學(xué)理學(xué)院,西藏 拉薩 850012)；3.中國環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012

為了系統(tǒng)充分了解現(xiàn)階段我國村鎮(zhèn)生活垃圾特性、處理模式及方式,概述了全國各區(qū)域村鎮(zhèn)生活垃圾特征,介紹了村鎮(zhèn)生活垃圾的處理現(xiàn)狀,包括收運(yùn)、分類回收、處理模式以及處置方式.以青島農(nóng)村地區(qū)為例,分析了垃圾產(chǎn)量主要相關(guān)因素影響程度大小,并預(yù)測了垃圾產(chǎn)量.可為各地村鎮(zhèn)生活垃圾的特性分析及處理方式選用提供一定的支撐.

村鎮(zhèn)生活垃圾；產(chǎn)量組成；回收轉(zhuǎn)運(yùn)；處理現(xiàn)狀

近年來,我國村鎮(zhèn)生活垃圾年產(chǎn)量已超一億噸,且逐年激增,引發(fā)日益關(guān)切的環(huán)境污染問題[1].村鎮(zhèn)生活垃圾的堆積占用農(nóng)業(yè)用地,危害生態(tài)環(huán)境與周邊居民健康.受地域、氣候及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的影響,各地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾的特征有所不同.目前我國40%左右的建制村缺失垃圾收集處理設(shè)施,亟待加大處理控制力度.綜合考量區(qū)域地理氣候、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、居民生活習(xí)慣及現(xiàn)有工藝技術(shù),合理統(tǒng)籌規(guī)劃,多層次優(yōu)化管理措施與處理技術(shù).

村鎮(zhèn)生活垃圾的治理是改善農(nóng)村地區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要組成部分.我國村鎮(zhèn)分布較廣,村鎮(zhèn)生活垃圾具有極強(qiáng)的地域性,不同區(qū)域垃圾的治理需因地制宜.目前村鎮(zhèn)生活垃圾統(tǒng)計性數(shù)據(jù)相對較少,文章多以介紹某一區(qū)域的垃圾特性、轉(zhuǎn)運(yùn)及處理模式為主,缺少對于全國各區(qū)的統(tǒng)計.

本文系統(tǒng)性地介紹了各地村鎮(zhèn)生活垃圾的特征、現(xiàn)有的處理模式及處置方式,大多數(shù)地區(qū)人均日產(chǎn)量為0.7~1.1kg/(人×d),處理方式隨地區(qū)地域特點及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有所不同.以具體地區(qū)為例,對其垃圾產(chǎn)量影響因素進(jìn)行分析及預(yù)測,得出各因素對產(chǎn)量影響程度的大小,為村鎮(zhèn)生活垃圾的治理提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

1 中國村鎮(zhèn)生活垃圾的特征

村鎮(zhèn)生活垃圾通常指在日常生活或為日常生活提供服務(wù)活動產(chǎn)生的固體廢物[2].我國村鎮(zhèn)生活垃圾組分主要為有機(jī)垃圾[40%~50%(wt),食品垃圾、作物秸稈樹葉],無機(jī)垃圾[20%~40%(wt),灰渣、磚石].

1.1 村鎮(zhèn)生活垃圾的產(chǎn)量

2016年底,全國縣城1537個[3],建成生活垃圾無害化處理場(廠)1273座,生活垃圾無害化處理率85.22%[4].衛(wèi)生部有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,村鎮(zhèn)兩級居住社區(qū)人均每日生活垃圾產(chǎn)生量分別為0.5~1.0kg/(人×d)、0.4~0.9kg/(人×d)[5].韓志勇等[2]通過實地走訪與文獻(xiàn)調(diào)研的方式,依次采用全國村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)率中位值、各省產(chǎn)量加和計算得出,2014年我國村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量1.16,1.48億t.估算結(jié)果與同年住建部提出的1.10億t產(chǎn)量相當(dāng)[6],但較《國家農(nóng)村環(huán)境污染保護(hù)規(guī)劃》(2007~2020)[6]中2.80億t的年產(chǎn)量有所差異.針對各地村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量已開展諸多研究,但因所選區(qū)域及采用方法的局限性,所得數(shù)據(jù)普適性不理想[1,7-8].

表1為各省市村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)生率之間的情況對比.從中可知,不同地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾人均日產(chǎn)量浮動范圍較大,整體看,受社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、燃料結(jié)構(gòu)及居民生活習(xí)慣等因素的影響,各省(市)、自治區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾人均產(chǎn)生量呈現(xiàn)南高北低、東高西低的特點,中東部經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)生量較西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)高.

表1 各村鎮(zhèn)生活垃圾人均日產(chǎn)生量

續(xù)表1

序號調(diào)研地區(qū)年份調(diào)研形式村鎮(zhèn)人均日產(chǎn)生量[kg/(人×d)]數(shù)據(jù)來源 20廣西2009入戶調(diào)查0.12~0.26[48] 2010入戶調(diào)查、問卷調(diào)查0.16[42] 2012抽樣調(diào)查0.617[49] 21海南2008~2009入戶調(diào)查、問卷調(diào)查0.227[50] 2010問卷調(diào)查0.273~1.055[51] 22重慶2010入戶調(diào)查、問卷調(diào)查0.328[52,53] 2015~2016抽樣調(diào)查0.46[25] 23四川2010問卷調(diào)查0.62[54] 2012抽樣調(diào)查0.568[55] 2014入戶調(diào)查、問卷調(diào)查0.227[56] 24貴州2010抽樣調(diào)查0.6~1.2[57] 25云南2010抽樣調(diào)查0.58[1, 21] 26西藏2012抽樣調(diào)查0.085[58] 27陜西2012入戶調(diào)查、問卷調(diào)查0.44[59] 2012入戶調(diào)查、問卷調(diào)查0.66[60] 28甘肅2012入戶調(diào)查0.5[61] 2015~2016抽樣調(diào)查0.66[25] 29青海2003入戶調(diào)查、問卷調(diào)查0.2~1.5[62] 30寧夏———— 31新疆2009問卷調(diào)查1.5~1.8[63]

同地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量與農(nóng)戶類型(純農(nóng)戶、農(nóng)業(yè)兼業(yè)戶、非農(nóng)兼業(yè)戶及非農(nóng)戶)、生活燃料來源、人均年收入及養(yǎng)殖類型有關(guān)[9].人口多、人均收入高及旅游型村鎮(zhèn)生活垃圾人均產(chǎn)生量較大[10-11],使用煤作為主要燃料的農(nóng)戶垃圾產(chǎn)量低于未采用煤作為燃料的農(nóng)戶,純農(nóng)戶及養(yǎng)殖類型的農(nóng)戶可自行消納部分垃圾[12-14].另外,村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量受時節(jié)影響較為嚴(yán)重,遼寧[15-16]、浙江[17-18]、廣東[19-20]及云南[21-22]同年不同月份的生活垃圾產(chǎn)量有較大的波動,農(nóng)忙時期因噴灑農(nóng)藥故而農(nóng)業(yè)廢棄瓶等廢棄物較多,農(nóng)閑時期外出打工人員相對較多致使生活垃圾產(chǎn)量相對較少.

圖1中為2015~2016年我國部分省(市)城市與村鎮(zhèn)生活垃圾人均日產(chǎn)生量的對照.由于中國城鄉(xiāng)二元經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致村鎮(zhèn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平普遍低于城市,村鎮(zhèn)居民日常崇尚節(jié)儉、有多種垃圾處理利用途徑,村鎮(zhèn)生活垃圾人均日產(chǎn)量普遍低于其對應(yīng)城市.中部地區(qū)如山東、河北等省份農(nóng)村地區(qū)因人口密度大、城鄉(xiāng)一體化村鎮(zhèn)數(shù)量多,導(dǎo)致村鎮(zhèn)生活垃圾人均日產(chǎn)量與城市人均日產(chǎn)量接近甚至反超.

圖1 2015~2016年中國部分省(市)所轄城市與村鎮(zhèn)生活垃圾人均日產(chǎn)量對照

遼寧選取2014年數(shù)據(jù);因目前無關(guān)于各省市(自治區(qū))城市生活垃圾總量的統(tǒng)計數(shù)據(jù),故采用統(tǒng)計年鑒中的生活垃圾清運(yùn)總量作為各地的生活垃圾總量

1.2 各地村鎮(zhèn)生活垃圾的組成

我國7個地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾典型組分的組成特點如圖2所示.村鎮(zhèn)生活垃圾主要由廚余類與灰土類垃圾組成;南方廚余垃圾占比高于北方地區(qū),且南方地區(qū)垃圾含水率較高;紙類、橡塑類含量呈由南向北遞減的趨勢,其中南方橡塑類含量高于全國平均水平,東部地區(qū)高于西部地區(qū);灰土類含量呈現(xiàn)明顯的由北向南遞減的趨勢;另外,西北及東北地區(qū)的金屬含量明顯高于其他地區(qū),華東地區(qū)的木竹及磚瓦陶瓷類廢棄物含量遠(yuǎn)超于其他地區(qū).以上現(xiàn)象與各地區(qū)域特色及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)極為相關(guān),西北及東北仍有大部分地區(qū)采用煤作為主要燃料,使得廢物中金屬含量較高,山東、安徽、江蘇及浙江等省份園林業(yè)發(fā)達(dá),同時村鎮(zhèn)居民樂于使用竹木質(zhì)家具,江西、福建等地陶瓷產(chǎn)業(yè)相對興盛,產(chǎn)生更多的陶瓷類垃圾.

不同地區(qū)村鎮(zhèn)與對應(yīng)城市的生活垃圾組成同樣存在差異,對比情況如表2所示.各地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾組成相差較大,相同行政區(qū)域城市與村鎮(zhèn)生活垃圾組分差異相對略小.村鎮(zhèn)生活垃圾中,廚余組分、玻璃、金屬及灰土磚瓦陶瓷類惰性組分的占比高于城市生活垃圾;中東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的村鎮(zhèn)地區(qū),其紙類、橡塑類及紡織類的組分占比接近甚至高于其在城市生活垃圾中的占比;邊陲地區(qū)如海南、西藏等,因特殊的地理氣候條件,村鎮(zhèn)生活垃圾的組成特點獨特,其中西藏地區(qū)由于特有的生態(tài)環(huán)境、人文環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點,具有獨屬于該區(qū)域的城市、村鎮(zhèn)生活垃圾組成的特點.

圖2 中國各大區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾典型組分的分布

除了以上產(chǎn)量、組成等特征外,村鎮(zhèn)生活垃圾平均容重為256.25kg/m3,垃圾濕基低位熱值平均值為3611kJ/kg(北方村鎮(zhèn)生活垃圾熱值高于南方地區(qū)[75]),有機(jī)質(zhì)含量可達(dá)(49.04±10.49)wt%,碳氮比為43:1,碳磷比為144:1[76-77].村鎮(zhèn)生活垃圾重金屬Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn含量分別為(0.74±0.48)、(21.80±17.61),(3.36±11.01),(108.63±84.01),(36.83±10.91)、(80.09±42.24)mg/kg,與國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比Cd、Hg超標(biāo)[78].

綜上可知,我國村鎮(zhèn)生活垃圾具有極強(qiáng)的地域性、明顯的分散性,且區(qū)別于其各自對應(yīng)的城市生活垃圾.若機(jī)械地將城市生活垃圾的管理方式、處理技術(shù)手段用于村鎮(zhèn)生活垃圾不是最佳方式,應(yīng)充分考慮村鎮(zhèn)生活垃圾的特點對其進(jìn)行處理.

2 中國村鎮(zhèn)生活垃圾處理現(xiàn)狀

2.1 村鎮(zhèn)生活垃圾的收運(yùn)及分類回收現(xiàn)狀

2.1.1 村鎮(zhèn)生活垃圾的收運(yùn)現(xiàn)狀 村鎮(zhèn)生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)由收集、清運(yùn)、轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)構(gòu)成,收集和中轉(zhuǎn)運(yùn)輸部分構(gòu)成了生活垃圾的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng).現(xiàn)有的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)模式有直運(yùn)模式、中轉(zhuǎn)模式及組合模式,表3中列出了各轉(zhuǎn)運(yùn)模式的特點及部分運(yùn)行地區(qū).

表3 村鎮(zhèn)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)模式及其特點、適用地區(qū)

對于村鎮(zhèn)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)模式的選擇,除了結(jié)合縣市自身特點,綜合考慮地域范圍、人口分布、垃圾量以及交通情況等在內(nèi)的因素外,還需做全面的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測算(建設(shè)投資及運(yùn)行成本等)[37].混合處理生活垃圾的前提下,集中處理縣級及以上行政區(qū)范圍的生活垃圾雖有利于控制環(huán)境影響,但運(yùn)輸和轉(zhuǎn)運(yùn)費用過高;對于垃圾密度低或經(jīng)濟(jì)承受力弱的區(qū)域,高成本的投入、運(yùn)行及維護(hù)不利于村鎮(zhèn)生活垃圾處理技術(shù)的推廣.村鎮(zhèn)縣組合處理模式雖可有效協(xié)調(diào)處理過程中環(huán)境與經(jīng)濟(jì)影響,但技術(shù)路線仍需提升優(yōu)化[79].

圖3 城鄉(xiāng)一體化收運(yùn)流程

各地村鎮(zhèn)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)方式不盡相同,以上海為例,上海市郊鎮(zhèn)區(qū)垃圾收集點(站)的設(shè)置類型和指標(biāo)要求等與市區(qū)基本一致,參照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,市郊村鎮(zhèn)已建成生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng),村莊垃圾全部實現(xiàn)清運(yùn)[80];同時新型模式也有提出,如一種新型的城鄉(xiāng)一體化收運(yùn)模式,配套采用“就地消化垃圾+外運(yùn)垃圾”處理方式、“分散+集中處理半徑”轉(zhuǎn)運(yùn)方式[81],流程見圖3,該模式在實現(xiàn)村鎮(zhèn)生活垃圾城鄉(xiāng)一體化收運(yùn)的基礎(chǔ)上,將各方消耗及對環(huán)境的危害降到最低.

2.1.2 村鎮(zhèn)生活垃圾的分類回收現(xiàn)狀 現(xiàn)階段我國村鎮(zhèn)生活垃圾終端處理手段主要為簡易焚燒和簡單填埋,較低的垃圾分類水平導(dǎo)致末端處理效果不佳[82].王濤等[43]經(jīng)過取樣調(diào)研分析得知,江西省贛州市東江源區(qū)農(nóng)村生活垃圾以廚余類垃圾為主(占垃圾360wt%,主要成分為有機(jī)垃圾),混合垃圾平均熱值為2329kJ/kg,不適合直接焚燒處理,需對其分類之后再集中處理;周寧縣面臨著同樣的問題,生活垃圾可焚燒成分(木屑、塑像、紡織品和紙類)約占13wt%,廚余、果皮等腐殖性有機(jī)物成分約占21wt%,縣城現(xiàn)階段燜燒爐焚燒的效果并不理想[83].

戴迎春調(diào)研分析得知[84]:上海城鎮(zhèn)一體型村鎮(zhèn)與市區(qū)生活垃圾組成相近,上海市垃圾分類工作的四分類標(biāo)準(zhǔn)適用于村鎮(zhèn).調(diào)查村鎮(zhèn)住戶環(huán)保意識較強(qiáng)、垃圾分類參與意愿較高.可設(shè)立濕垃圾處置設(shè)施,減少外運(yùn)量就地處理;沈文璽等[85]通過走訪浙江省安吉縣12個村鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)鼐用耠m環(huán)保認(rèn)知程度較高,但受主客觀因素的影響,日常生活垃圾循環(huán)利用的人數(shù)極為有限.因此提出在現(xiàn)有的管控機(jī)制上,加大網(wǎng)絡(luò)媒體等宣傳力度,就妨礙因素針對性進(jìn)行解決,以期居民可自主參與垃圾減量化,建議鼓勵非政府組織機(jī)構(gòu)參與垃圾減量處理工作.

對長沙及周邊農(nóng)村地區(qū)生活垃圾分類成效和經(jīng)濟(jì)效益的分析:源頭二次分類、一次分類分別可減少85.9wt%與38.89wt%的有機(jī)垃圾,源頭二次分類方式優(yōu)于源頭一次分類方式,分類投放收集后的二次分類使終端處理的垃圾量減小30wt%以上[86].結(jié)合存在的問題及現(xiàn)狀可知,加強(qiáng)村鎮(zhèn)住戶的環(huán)保意識迫在眉睫,針對垃圾分類要加強(qiáng)宣傳及科普力度,協(xié)調(diào)各方組織機(jī)構(gòu)加強(qiáng)村鎮(zhèn)生活垃圾的分類,加強(qiáng)回收及后續(xù)終端處理.

2.2 村鎮(zhèn)生活垃圾現(xiàn)階段的處理模式及處置方式

2.2.1 村鎮(zhèn)生活垃圾的處理模式 目前,我國應(yīng)用的村鎮(zhèn)生活垃圾處理模式大體分為3類:城鄉(xiāng)一體化、城鄉(xiāng)協(xié)同以及城鄉(xiāng)分別處理.

城鄉(xiāng)一體化處理模式即集中處理,表現(xiàn)為“村收集、鎮(zhèn)運(yùn)輸、縣處理”,也稱為“全集中”模式,在縣一級設(shè)施處理處置收集的村鎮(zhèn)垃圾,焚燒或填埋是主要的終端處理手段,城鄉(xiāng)協(xié)同處理模式在縣、鎮(zhèn)和村同時建有生活垃圾處理設(shè)施,生活垃圾分類后分別在縣、鎮(zhèn)和村進(jìn)行處理處置.城鄉(xiāng)分別處理模式則是縣、鎮(zhèn)和村分別建有完全獨立或半獨立的設(shè)施進(jìn)行生活垃圾的處理,其中完全獨立處理的方式即是“全分散”模式.3種處理模式物流特征及各級政區(qū)處理功能如表4所示.

表4 村鎮(zhèn)生活垃圾處理模式和村、鎮(zhèn)及各政區(qū)的處理功能

注:城鄉(xiāng)分別處理模式中鎮(zhèn)級處理設(shè)施規(guī)模<50t/d,村級處理設(shè)施規(guī)模<10t/d;城鄉(xiāng)協(xié)同處理模式中鎮(zhèn)、村兩級單位處理設(shè)施僅處理分類垃圾(可降解組分和無機(jī)組分)[87].

城鄉(xiāng)分別處理模式中的“全分散”模式可實現(xiàn)生活垃圾收集和就地處理的直接銜接,成本低適用于遠(yuǎn)郊及偏遠(yuǎn)村鎮(zhèn),但因處理規(guī)模有限一般難達(dá)到無害化處理標(biāo)準(zhǔn).對于城鄉(xiāng)一體處理模式存在的缺陷已有大量文獻(xiàn)分析,問題之一集中在村鎮(zhèn)生活垃圾中可降解組分(廚余垃圾及農(nóng)林廢棄物等)的回收利用上,廚余垃圾及農(nóng)林廢棄物等可就近處理,而城鄉(xiāng)一體化處理模式則將可降解組分長途運(yùn)輸?shù)侥骋痪奂c后再進(jìn)行處置,過程中難免造成資源浪費及二次污染[88],不利于實現(xiàn)低成本低污染低能耗處理村鎮(zhèn)生活垃圾;出于集中處理對收運(yùn)條件、成本的高要求,對經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的農(nóng)村而言具有不小的局限性.綜合考慮環(huán)境、管理和經(jīng)濟(jì)投入,農(nóng)村生活垃圾處理的重點集中在鎮(zhèn)級行政單位更為合理.

2.2.2 村鎮(zhèn)生活垃圾的處理處置方式 目前我國多數(shù)村鎮(zhèn)對垃圾定期收集、清運(yùn),但過程仍有待規(guī)范.東西部地區(qū)垃圾非規(guī)范化處理的村鎮(zhèn)分別占20.83%和45.24%,東北地區(qū)未規(guī)范化處理村鎮(zhèn)的比例更是高達(dá)87.5%.資金緊缺、收運(yùn)成本高、管理體系不完善等原因?qū)е卢F(xiàn)階段就地簡易填埋、露天焚燒等非正規(guī)化方式仍是處理處置垃圾的主流手段,同時城鄉(xiāng)轉(zhuǎn)嫁型垃圾也給村鎮(zhèn)生活垃圾的終端處理方式帶來一定的挑戰(zhàn).

針對現(xiàn)階段處理模式及管理方式手段存在的問題,各地機(jī)構(gòu)學(xué)者提出了不同的解決方案:

遼陽市村鎮(zhèn)生活垃圾治理體系包括生活垃圾分揀投放系統(tǒng)、生活垃圾收集系統(tǒng)、生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和生活垃圾處理系統(tǒng).從當(dāng)?shù)卮彐?zhèn)生活垃圾的特點出發(fā),結(jié)合環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施布局,提出構(gòu)建“一心,七片、多點”的村鎮(zhèn)生活垃圾治理體系結(jié)構(gòu)[34].

基于我國村鎮(zhèn)生活垃圾組成的特點,何品晶等[5]提出了“分類分散處理與集中處置結(jié)合”的技術(shù)路線,總量60%~80%(wt)的垃圾可就地處理,以此降低處理總成本、提高無害化水平.加速推進(jìn)我國村鎮(zhèn)生活垃圾處理技術(shù)規(guī)范化,推廣全過程專業(yè)化運(yùn)營模式,加強(qiáng)垃圾處理過程物流管理等.

侯世游[89]認(rèn)為村鎮(zhèn)生活垃圾處理應(yīng)充分利用環(huán)境巨大的自凈能力,就近最大量分類處理垃圾,將需要集中收運(yùn)處理的垃圾量降到最低點,最大程度降低村鎮(zhèn)生活垃圾處理的費用.提出了村鎮(zhèn)生活垃圾三次分化處理的處理模式:第一級分化-村鎮(zhèn)居民生活垃圾成分的分類收集與處理;第二級分化-專門處理大規(guī)模和成分單一的垃圾,分化對象主要為鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道、大規(guī)模養(yǎng)殖場和鄉(xiāng)村各類型企業(yè);第三級分化-根據(jù)有機(jī)垃圾的特點進(jìn)行針對性處理.高意等[31]結(jié)合陜西省隆坊鎮(zhèn)現(xiàn)狀特點,提出了村鎮(zhèn)處理結(jié)合,以村級單位初步處理達(dá)到垃圾的減量化、資源化,再通過鎮(zhèn)級單位處理實現(xiàn)無害化處理.

村鎮(zhèn)生活垃圾的終端處理方式,有關(guān)于生物及熱轉(zhuǎn)化等處理技術(shù)的研究.

李世貴等[46]以湖南省長沙縣和安徽省巢湖市等地近郊農(nóng)村的可降解類生活垃圾為實驗對象,制作出有機(jī)質(zhì)含量高于國標(biāo)的有機(jī)肥,提出將就地處理手段結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)處理模式作為我國南方農(nóng)村生活垃圾處理的潛在性方式;李志龍等[90]選取來自12個省市(包括東部4個省市、中部4個省、西部2個省市及東北2個省)的36個村鎮(zhèn)的生活垃圾進(jìn)行分析,結(jié)果表明只有Hg和Cd含量超標(biāo),村鎮(zhèn)生活垃圾具有很好的堆肥潛力;周文敏[91]采用靜態(tài)厭氧快速穩(wěn)定技術(shù)研究了村鎮(zhèn)生活垃圾的厭氧填埋,探究了復(fù)合填料層對生活垃圾滲濾液中的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的緩沖效能,研究結(jié)果證實靜態(tài)厭氧快速穩(wěn)定技術(shù)可用于村鎮(zhèn)生活垃圾填埋.

3 村鎮(zhèn)生活垃圾主要影響因素分析及產(chǎn)量預(yù)測

隨著環(huán)境庫茲涅茨曲線理論(EKC曲線理論)被運(yùn)用到城市垃圾排放的研究中[94-97],我國城市生活垃圾排放量與收入水平間被認(rèn)為存在倒U關(guān)系[98-101].對于村鎮(zhèn)生活垃圾排放量與村鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間的關(guān)系,Huang等[1]預(yù)測符合EKC曲線理論,即村鎮(zhèn)生活垃圾排放量與人均收入之間呈現(xiàn)倒U曲線的關(guān)系,拐點出現(xiàn)在人均純收入1.75萬元/a時,以此可知當(dāng)前我國村鎮(zhèn)生活垃圾的產(chǎn)生量仍處于上升階段.

如本文第二部分所述,村鎮(zhèn)生活垃圾總量及組成受地域、城鄉(xiāng)差異、居民生活習(xí)慣等影響.此外,人口密度、居民人均收入、村鎮(zhèn)基礎(chǔ)建設(shè)投資以及居民受教育水平等均發(fā)揮著不同程度的作用[102].由于個體因素?zé)o法做定量化研究,因此采用可定量化的因素分析其對村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量的影響,并預(yù)測村鎮(zhèn)生活垃圾的產(chǎn)量[103].村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量與其影響因素之間存在不確定性和模糊性,這兩點符合灰色數(shù)據(jù)特征,灰色關(guān)聯(lián)度恰好可以較好地度量各個因素之間的關(guān)聯(lián)程度[104].因此,采用灰色關(guān)聯(lián)分析與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合的方式來預(yù)測青島市村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量.

3.1 村鎮(zhèn)生活垃圾主要影響因素灰色關(guān)聯(lián)分析

對于影響村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量的各影響因子,難以確定因子間的數(shù)量關(guān)系、系統(tǒng)的主要因子和次要因子,這類問題在數(shù)學(xué)上稱之為灰色系統(tǒng),是概率統(tǒng)計與模糊數(shù)學(xué)所不能解決的部分[105-106].在灰色系統(tǒng)中分析各個因素的主次(影響程度大小),常借力于灰色關(guān)聯(lián)分析.

在此采用灰色關(guān)聯(lián)分析完成對村鎮(zhèn)生活垃圾排放量影響因素的分析,選取青島地區(qū)2000~2011年的人口數(shù)、農(nóng)村居民人均生活消費支出、農(nóng)村居民人均居住面積以及農(nóng)作物播種面積作為輸入向量,人均垃圾產(chǎn)量作為特征因素進(jìn)行分析.對指標(biāo)數(shù)據(jù)的無量綱化采用初值化法,將灰色關(guān)聯(lián)度的分辨系數(shù)取為0.5,具體計算結(jié)果見表5.

對于村鎮(zhèn)生活垃圾排放量而言,選取的幾個影響因素中,灰色關(guān)聯(lián)度大小均大于0.5,對應(yīng)的灰色關(guān)聯(lián)度大小排序為:農(nóng)作物播種面積(4=0.89)>人口數(shù)>(1=0.81)農(nóng)村居民人均居住面積(3=0.62)>農(nóng)村居民人均生活消費支出(2=0.59).其中農(nóng)作物播種面積影響程度最大的原因為:村鎮(zhèn)生活垃圾中除了自行消納的部分外,還包括來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程如大棚所用塑料膜、噴灑農(nóng)藥遺留廢棄瓶等,隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)設(shè)備的推進(jìn),先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備勢必帶來大量的廢棄物;居民人均生活消費支出所對應(yīng)灰色關(guān)聯(lián)度相對較小,原因有村鎮(zhèn)生活垃圾現(xiàn)階段較少,村鎮(zhèn)居民環(huán)保意識較弱.

3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)生量

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由許多相互聯(lián)系的相似處理單元(神經(jīng)元)組成.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示,它由輸入層、隱含層、輸出層組成.每層有多個節(jié)點(即神經(jīng)元),每個箭頭帶有一定的連接權(quán)值,層內(nèi)各神經(jīng)元之間無連接[107].

圖4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意

本文建立的是以時間序列為基礎(chǔ)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型.BP算法分兩步進(jìn)行,即正向傳播和反向傳播[108].結(jié)合上述灰色關(guān)聯(lián)度與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合來預(yù)測青島市村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)生量.

由于輸入向量的數(shù)據(jù)具有不同的量綱,對預(yù)測模型的輸入向量和輸出向量進(jìn)行歸一化處理[109].預(yù)測的是青島市2020年村鎮(zhèn)生活垃圾排放量,結(jié)合青島市“十三五”期間的規(guī)劃,確定輸入向量的大小.網(wǎng)絡(luò)的初步結(jié)構(gòu)設(shè)定為1個輸入單元、1個隱含層、1個輸出單元,輸入、輸出變量均為城市生活垃圾清運(yùn)量.本文所要建立的時間序列模型是輸入單元和輸出單元均為1的特殊模型,且輸出變量與輸入變量的關(guān)系比較復(fù)雜,因此可適當(dāng)增加隱含層的神經(jīng)元數(shù).隱含層神經(jīng)元作用函數(shù)為tansig函數(shù),輸出層神經(jīng)元作用函數(shù)為purelin線性函數(shù),網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練函數(shù)為動態(tài)自適應(yīng)學(xué)習(xí)率的貝葉斯正則化算法trainbr函數(shù)[110].通過多次訓(xùn)練及調(diào)整,最終確定隱含層為5個隱層節(jié)點.用trainbr訓(xùn)練函數(shù)得到的網(wǎng)絡(luò)對青島村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果見表5.

結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測可知, 2020年青島村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量將達(dá)到1.186kg/(人×d),接近城市生活垃圾產(chǎn)量.以青島為例輻射全國各省市村鎮(zhèn),我國村鎮(zhèn)生活垃圾仍處于強(qiáng)烈增長階段,村鎮(zhèn)生活垃圾帶來的農(nóng)村環(huán)境污染問題依舊是環(huán)保工作的重點,可知加強(qiáng)村鎮(zhèn)生活垃圾處理十分重要.

表5 青島村鎮(zhèn)生活垃圾影響因素灰色分析及產(chǎn)量預(yù)測

結(jié)合前文各地村鎮(zhèn)生活垃圾人均日產(chǎn)量、組成的差異以及灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果,除了地域、氣候差異,地區(qū)人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及環(huán)保類基礎(chǔ)設(shè)施投入對村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量、組成同樣影響較深.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測我國村鎮(zhèn)生活垃圾產(chǎn)量處于增長極端,而目前村鎮(zhèn)生活垃圾回收、轉(zhuǎn)運(yùn)、處理及管理系統(tǒng)有待健全,對于各區(qū)域的村鎮(zhèn)生活垃圾需要采取針對性地處理處置方式.

4 現(xiàn)階段村鎮(zhèn)生活垃圾處理存在的問題與建議

我國出臺了一系列農(nóng)村環(huán)境治理方面的法律法規(guī):2015年“水十條”要求到2020年新增完成環(huán)境綜合整治的建制村13萬個;《關(guān)于全面推進(jìn)農(nóng)村垃圾治理的指導(dǎo)意見》中提出到2020年全國90%以上的村莊生活垃圾得到有效治理;《全國農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》提出,到2020年,新增完成環(huán)境綜合整治的建制村13萬個,累積達(dá)到全國建制村總數(shù)的三分之一以上.

村鎮(zhèn)生活垃圾治理工作仍有一些突出問題.為推動村鎮(zhèn)生活垃圾的處理,可集中解決如下幾個方面的問題:資源投入、環(huán)保意識及技術(shù)方法,技術(shù)方法包括技術(shù)方法選擇、實施及管理.

針對這些問題,可從以下方面突破:

(1)充分調(diào)研各地現(xiàn)有垃圾堆積量,因地制宜進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)、處理;

(2)加強(qiáng)教育培訓(xùn),完善激勵獎勵機(jī)制,著重發(fā)展源頭分類,全面推進(jìn)垃圾分類;

(3)完善村鎮(zhèn)生活垃圾清運(yùn)設(shè)施和服務(wù),建立高效的清運(yùn)體系,優(yōu)化垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)體系;

(4)全面發(fā)展垃圾末端回收利用體系,選擇合適的垃圾治理模式,加大研發(fā)具有村鎮(zhèn)垃圾特色的終端處置技術(shù);

(5)針對村鎮(zhèn)生活垃圾收運(yùn)及處置特點,建立村鎮(zhèn)生活垃圾環(huán)境管理技術(shù)體系,建立生活垃圾治理設(shè)施投資運(yùn)營長效機(jī)制;

5 結(jié)論

本文系統(tǒng)介紹了我國各地區(qū)村鎮(zhèn)生活垃圾的特性,概述了當(dāng)前村鎮(zhèn)生活垃圾收運(yùn)、分類回收現(xiàn)狀以及處理模式和處置方式.結(jié)合青島農(nóng)村地區(qū)生活垃圾產(chǎn)量影響因素分析及預(yù)測,列出現(xiàn)階段村鎮(zhèn)生活垃圾處理存在的問題并給出建議.我國村鎮(zhèn)地區(qū)面廣跨度大,村鎮(zhèn)生活垃圾具有明顯的分散性、極強(qiáng)的地域性,大部分區(qū)域人均日產(chǎn)量0.7~1.1kg/(人×d),且日漸增長;村鎮(zhèn)生活垃圾組分區(qū)別于城市垃圾,整體以餐廚垃圾、灰土、木竹為主,南方垃圾水分較高,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)橡塑類垃圾組分含量較高;村鎮(zhèn)生活垃圾的處理模式主要以城鄉(xiāng)一體、城鄉(xiāng)分別及城鄉(xiāng)協(xié)同為主,基于各地村鎮(zhèn)生活垃圾的特點,其處理方式及采用的末端處置方式有所區(qū)別.建設(shè)美麗鄉(xiāng)村、改善農(nóng)村環(huán)境的重中之重是加大村鎮(zhèn)生活垃圾的治理力度,村鎮(zhèn)生活垃圾的產(chǎn)量仍在急劇上升,其收運(yùn)、分類、回收以及后續(xù)的處理模式、處理方式均需多層次綜合性地進(jìn)行考量.

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Characteristics and treatment status of rural solid waste in China.

LI Dan1, CHEN Guan-yi1,2*, MA Wen-chao1, DUAN Ning1,3*

(1.School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China；2.School of Sciences, Tibet University, Lhasa 850000, China；3.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China)., 2018,38(11)：4187~4197

In order to have a comprehensive acknowledgement of rural solid waste (RSW), including its characteristics, disposal modes and treatments in China recent years. This paper summarizes the characteristics of RSW generation in China, its components, and analyzes influencing factors in detail. Also the treatment of RSW was introduced, including its collection, transfer, disposal, and management. RSW in Qingdao City was taken as an example, giving a degree of influences effecting RSW generation and making a prediction of RSW there. Lastly, suggestions regarding the issues towards the treatment of RSW were proposed.

rural solid waste；generation and components；collection and transfer；disposal status

X705

A

1000-6923(2018)11-4187-11

李 丹(1991-),女,黑龍江齊齊哈爾人,在讀博士生,研究方向為固體廢物處理與利用.

2018-06-30

國家自然科學(xué)基金資助(51676138,51878557);國家重點研發(fā)計劃(2017YFC0703101);天津市自然科學(xué)基金資助(16JCZDJC396000)

* 責(zé)任作者, 陳冠益, 教授,chen@tju.edu.cn, 段寧, 院士, ningduan@craes. org.cn