謝鵬程，王文軍，王文秀，廖翠萍，趙黛青

（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣東廣州 510640）

1 研究背景

目前，我國(guó)超過(guò)一半的大中城市被垃圾包圍［1］。由于城市地區(qū)人口眾多、環(huán)境容量有限，生活垃圾增長(zhǎng)率不斷提高，污染日趨嚴(yán)重，生活垃圾的管理逐漸成為一個(gè)城市綜合管理中的重要問(wèn)題。本研究團(tuán)隊(duì)基于對(duì)廣州市2010年至2018年溫室氣體排放清單的持續(xù)跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)廣州市溫室氣體排放增量的主要來(lái)源已從能源活動(dòng)逐步過(guò)渡到廢棄物處理（見(jiàn)圖1）：2011年相對(duì)于2010年，排放增量中能源活動(dòng)占89%，廢棄物為0；2014年相對(duì)于2013年，排放增量中能源活動(dòng)占58%，廢棄物占25%；2018年相對(duì)于2017年，排放增量中能源活動(dòng)占29%，廢棄物占70%。其中，甲烷（CH4）的排放量占2018年各類(lèi)溫室氣體總排放增量比例為73.3%，這與廢棄物處理排放量的90%以上來(lái)源于生活垃圾處理中的垃圾填埋是一致的?？梢?jiàn)，控制生活垃圾處理的溫室氣體排放增量將對(duì)控制城市溫室氣體總排放量放起到促進(jìn)作用。

圖1 廣州市溫室氣體排放增量分布

國(guó)內(nèi)外對(duì)城市生活垃圾的研究主要集中在生活垃圾的處理現(xiàn)狀、影響因素和管理評(píng)價(jià)，如李曉東等［2］對(duì)我國(guó)部分城市的生活垃圾熱值進(jìn)行分析，為垃圾焚燒提供參考；黃和平等［3］對(duì)南昌市生活垃圾衛(wèi)生填埋的生命周期進(jìn)行評(píng)價(jià)；孫向軍［4］、毛凱等［5］分別對(duì)高效能、低排放的生活垃圾焚燒爐結(jié)構(gòu)型式以及生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣處理技術(shù)的優(yōu)化控制進(jìn)行了探討；唐偉等［6］從生活垃圾處理產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的角度分析了杭州市生活垃圾排放狀況；孔令強(qiáng)等［7］從時(shí)空特征分析了我國(guó)2006—2014年的生活固體垃圾排放特征；李彬華［8］、張英民等［9］從城市生活垃圾處理技術(shù)方面開(kāi)展了相關(guān)研究；Liu等［10-11］基于碳流和能源流，對(duì)未來(lái)我國(guó)生活垃圾處理管理策略進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)不同城市固體廢物管理情景的環(huán)境績(jī)效進(jìn)行評(píng)價(jià)；Chen［12］、Cristina等［13］對(duì)如何從城市固體廢物中回收能源和減少溫室氣體排放的潛力進(jìn)行了評(píng)估；Nina等［14］對(duì)廢棄物管理的溫室氣體排放清單邊界開(kāi)展討論；Chen［15］利用廢物-能源轉(zhuǎn)化技術(shù)評(píng)估城市及其工業(yè)固體廢棄物的溫室氣體排放和能源回收；Chung等［16］以韓國(guó)為例，分析了不同垃圾處理方式所帶來(lái)的溫室氣體排放減緩潛力和經(jīng)濟(jì)影響?？傮w來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)城市生活垃圾處理所產(chǎn)生的溫室氣體排放量及其中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的研究較少。

廣州市作為國(guó)際商貿(mào)中心，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中一直發(fā)揮著引領(lǐng)的作用，作為標(biāo)桿城市，廣州市勢(shì)必成為國(guó)內(nèi)其他城市的效仿對(duì)象。與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人口增長(zhǎng)相伴而來(lái)的是生活消費(fèi)品的增加，未來(lái)我國(guó)城市生活垃圾量將不斷創(chuàng)新高，隨之而來(lái)的是垃圾處理產(chǎn)生的驚人溫室氣體排放量，這對(duì)于我國(guó)溫室氣體減排工作將是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。作為國(guó)家低碳城市試點(diǎn)和“中國(guó)達(dá)峰先鋒城市聯(lián)盟”（APPC）成員，廣州市已承諾力爭(zhēng)CO2排放量在2020年左右達(dá)峰，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，廣州市仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。本研究將廣州市作為研究對(duì)象，對(duì)其近10年來(lái)的生活垃圾排放情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，定量分析和比較影響垃圾排放量的因素，以城市常住人口、人均垃圾產(chǎn)生量、垃圾焚燒電廠(chǎng)日處理能力、甲烷回收率等參數(shù)設(shè)置了3個(gè)情景，預(yù)測(cè)廣州市到2035年城市生活垃圾處理量及其產(chǎn)生的溫室氣體排放量，并在此基礎(chǔ)上提出控制城市生活垃圾處理溫室氣體排放的建議，同時(shí)以期為控制我國(guó)城市生活垃圾處理溫室氣體排放提供參考。

2 廣州市生活垃圾現(xiàn)狀

廣州市是廣東省會(huì)城市、粵港澳大灣區(qū)四大中心城市之一，下轄11個(gè)區(qū)，全市土地總面積為7 434.4 km2，地處廣東省東南部、珠江三角洲北緣，瀕臨南海，毗鄰香港和澳門(mén)，是華南地區(qū)中心城市、交通通信樞紐，是我國(guó)的“南大門(mén)”。2010—2018年廣州全市生產(chǎn)總值（GDP）平均增速為10%，2018年實(shí)現(xiàn)GDP為22 859.35億元；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，2018年三次產(chǎn)業(yè)比重為0.98∶27.27∶71.75；常住人口年均增速為2%，2018年年末常住人口為1 490.44萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為86.38%1）。

廣州市生活垃圾清運(yùn)量增長(zhǎng)迅速，從2010年的328.04萬(wàn)t增長(zhǎng)至2018年的601.62萬(wàn)t，與GDP同步增長(zhǎng)（見(jiàn)圖2）。生活垃圾處理方式主要包括填埋和焚燒兩種，廣州市的生活垃圾處理以填埋方式為主，2010年垃圾填埋量為垃圾焚燒量的10倍。隨著廣州市垃圾焚燒電廠(chǎng)不斷建成和投入運(yùn)行，廣州市垃圾的焚燒量逐步增加，占總處理量比例從2010年的9%增長(zhǎng)到2018年的24%。

圖2 廣州市2010—2018年GDP與生活垃圾處理量

從表1至表3可見(jiàn)，廣州市生活垃圾處理方式以填埋為主，2018年通過(guò)填埋方式處理的垃圾量是焚燒方式處理量的3倍多。垃圾填埋產(chǎn)生的CH4增溫潛勢(shì)高于焚燒排放的CO2，對(duì)溫室氣體濃度的影響更大；雖然垃圾填埋后產(chǎn)生的CH4氣體部分得到回收，但是從總量看，垃圾填埋排放的溫室氣體量仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于垃圾焚燒排放。隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口聚集和城市化水平提高，未來(lái)廣州市垃圾填埋場(chǎng)和焚燒廠(chǎng)將不斷增加。截至2018年年底，廣州市生活垃圾填埋場(chǎng)共計(jì)5處：興豐填埋場(chǎng)、火燒崗填埋場(chǎng)、獅嶺填埋場(chǎng)、棠廈填埋場(chǎng)和陳家林填埋場(chǎng)，日均處理生活垃圾約1.4萬(wàn)t；垃圾焚燒廠(chǎng)共計(jì)2家：廣州市第一資源熱力電廠(chǎng)一分廠(chǎng)、二分廠(chǎng)，日均總處理生活垃圾能力約3 000 t；在建資源熱力電廠(chǎng)5家，日均總處理能力約1.1萬(wàn)t；計(jì)劃新建資源熱力電廠(chǎng)5家，日均總處理能力約1.6萬(wàn)t。屆時(shí)，廣州市日均垃圾焚燒處理能力將達(dá)到3萬(wàn)t。

表1 2010—2018年廣州市生活垃圾處理量 單位：萬(wàn)t

表2 2010—2018年廣州市生活垃圾類(lèi)別構(gòu)成

表3 2010—2018年廣州市生活垃圾填埋處理的甲烷回收量

3 廣州市生活垃圾處理溫室氣體排放現(xiàn)狀

3.1 總體情況

生活垃圾處理中產(chǎn)生的溫室氣體主要包括CH4和CO2。在本研究中，溫室氣體排放量計(jì)算方法采用我國(guó)《省級(jí)溫室氣體排放清單編制指南（試行）》提供的質(zhì)量平衡法。根據(jù)計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表4和圖3），廣州市生活垃圾的溫室氣體排放總量整體呈逐年上升趨勢(shì)：2014年較2013年雖然垃圾處理量持平，但排放量下降10%，原因在于2014年廣州市第一資源熱力電廠(chǎng)二分廠(chǎng)建成投產(chǎn)，每日垃圾焚燒能力從之前1 000 t提升至3 000 t；2014年較2013年的垃圾填埋量下降12%、焚燒量增加82%，2015年較2014年垃圾處理量增加10%，但排放量下降8%，原因在于2015年垃圾處理中CH4回收量較2014年增加88%。由此可見(jiàn)，在生活垃圾處理過(guò)程中，降低填埋率、提高焚燒率、加強(qiáng)CH4回收對(duì)控制生活垃圾處理的溫室氣體排放均能起到較好的促進(jìn)作用。

>表4 2010—2018年廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放量 單位：萬(wàn)t

表4（續(xù)）

圖3 2010—2018年廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放趨勢(shì)

3.2 生活垃圾處理與常住人口的變化趨勢(shì)

根據(jù)2010—2018年廣州市常住人口、生活垃圾產(chǎn)生量及排放量，計(jì)算人均垃圾處理量及排放量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知（見(jiàn)表5和圖4），常駐人口增長(zhǎng)是影響廣州市生活垃圾排放總量的重要因素，2010年至2018年廣州市人均垃圾處理量呈逐年上升趨勢(shì)，除2014、2015年相對(duì)于前幾年提高垃圾焚燒率和CH4回收率引起溫室氣體排放量下降之外，垃圾處理產(chǎn)生的溫室氣體排放量整體趨勢(shì)仍然是持續(xù)增長(zhǎng)的。

表5 2010—2018年廣州市常住人口及人均生活垃圾處理的溫室氣體排放量

圖4 2010—2018年廣州市人均生活垃圾處理量及人均溫室氣體排放量

3.3 生活垃圾處理的溫室氣體排放與人均GDP變化趨勢(shì)

圖5顯示，2018年廣州市人均GDP較2010年增長(zhǎng)80%，生活垃圾處理的溫室氣體排放總量較2010年增長(zhǎng)50%；2010年至2018年期間，人均GDP平均增速約為8%，生活垃圾處理溫室氣體排放量平均增速為5%。

圖5 2010—2018年廣州市人均GDP與生活垃圾處理的溫室氣體排放量

一般來(lái)講，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)的地區(qū)，其人均垃圾產(chǎn)量也就越高［7］。2017年全球人均垃圾產(chǎn)生量最高的國(guó)家是美國(guó)，約為每天每人2.45 kg，表明城市生活垃圾排放量與其GDP存在正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)會(huì)受垃圾處理方式的影響。未來(lái)隨著人民生活生活水平的提高，生活垃圾排放量也將持續(xù)增長(zhǎng)，目前需要做的是積極采取各種垃圾治理措施減少垃圾產(chǎn)生量，采用更合理的垃圾處理方式來(lái)降低垃圾處理的溫室氣體排放量，爭(zhēng)取盡早到達(dá)峰值并使達(dá)到峰值的垃圾溫室氣體排放量減少，使垃圾溫室氣體排放增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤，實(shí)現(xiàn)城市綠色發(fā)展。

4 未來(lái)廣州市生活垃圾處理量及溫室氣體排放量預(yù)測(cè)

根據(jù)2017—2035年廣州市總體規(guī)劃，2020年廣州市常住人口將達(dá)到1 550萬(wàn)人，2035年常住人口規(guī)模將控制在2 000萬(wàn)人左右［17］，由此，本文推算2020年至2035年間廣州市人口平均增長(zhǎng)率為1.71%，據(jù)此計(jì)算2020年至2035年廣州市各年度常住人口數(shù)量，并建立方程來(lái)估算2020年至2035年廣州市生活垃圾的填埋量和焚燒量，進(jìn)而計(jì)算2020年至2035年廣州市生活垃圾處理產(chǎn)生的溫室氣體排放量。具體的方程形式分別如下：

式（1）至式（3）中：Si表示各年度生活垃圾總處理量（萬(wàn)t）；Ei表示各年度人均生活垃圾量（萬(wàn)t）；Pi表示各年度常住人口數(shù)量（萬(wàn)人）；Qi表示各年度垃圾焚燒量（萬(wàn)t）；Vi表示不同年度垃圾焚燒電廠(chǎng)日處理能力（萬(wàn)t）；Ri代表不同年度垃圾焚燒電廠(chǎng)的負(fù)荷率；Li表示各年度生活垃圾填埋總量（萬(wàn)t）。

在計(jì)算生活垃圾填埋處理的溫室氣體排放量時(shí)，應(yīng)扣除CH4回收量，因此，本研究以城市常住人口、人均垃圾產(chǎn)生量、垃圾焚燒電廠(chǎng)日處理能力、CH4回收率這4個(gè)參數(shù)設(shè)置3種情景，分別研究廣州市未來(lái)生活垃圾處理的排放量（見(jiàn)圖6）。3種情景分別為：

（1）政策情景，即常住人口依據(jù)現(xiàn)有規(guī)劃，垃圾日處理能力根據(jù)垃圾電廠(chǎng)和填埋場(chǎng)規(guī)劃，人均生活垃圾量根據(jù)近10年數(shù)據(jù)線(xiàn)性增長(zhǎng)，CH4回收率采用近5年平均值。

（2）減排情景，即在政策情景的基礎(chǔ)上提高垃圾焚燒比例和CH4回收率，人均生活垃圾增量有所降低。

（3）強(qiáng)化減排情景，即在低碳情景的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高垃圾焚燒和CH4回收率，人均生活垃圾增量進(jìn)一步降低。

圖6 2010—2035年廣州市生活垃圾處理量預(yù)測(cè)

如圖7所示，3種情景下廣州市生活垃圾處理量在2035年前不會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)拐點(diǎn)，仍將呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。在政策情景下，廣州市的生活垃圾處理能力缺口將于2033年前后出現(xiàn)，而根據(jù)垃圾處理設(shè)施建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)施建設(shè)從立項(xiàng)到投產(chǎn)建成周期約5年，因此，如不啟動(dòng)新一輪垃圾處理設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作，廣州市將再次面臨“垃圾圍城”困境。同時(shí)，在政策情景下，廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放量在2019年之后出現(xiàn)增長(zhǎng)拐點(diǎn)，這緣于廣州市有新的垃圾焚燒電廠(chǎng)建設(shè)和投產(chǎn)：2019年生活垃圾的焚燒能力較之前提高4.7倍；2022—2027年間生活垃圾焚燒能力在2019年的基礎(chǔ)上提高2.1倍，基本能消納全市生活垃圾處理量，生活垃圾處理的溫室氣體排放總量呈平穩(wěn)狀態(tài)；2028年以后，生活垃圾焚燒能力不足，部分垃圾又將選擇填埋處理，導(dǎo)致溫室氣體排放量迅速增長(zhǎng)。到2035年，廣州市生活垃圾處理在減排情景下較政策情景下的填埋量減少34%，相應(yīng)的，溫室氣體排放量減少42%；在強(qiáng)化減排情景下較政策情景下的填埋量減少55%，相應(yīng)的，溫室氣體排放量減少66%。同樣，廣州市生活垃圾處理在減排情景下較政策情景下的焚燒量減少7%，相應(yīng)的，溫室氣體排放量減少7%；在強(qiáng)化減排情景下較政策情景下的焚燒量減少13%，相應(yīng)的，溫室氣體排放量也是減少13%?？梢?jiàn)，減少垃圾填埋量所帶來(lái)的溫室氣體減排效應(yīng)明顯高于垃圾焚燒量的減少。

圖7 2010—2035年廣州市生活垃圾處理的溫室氣體放量預(yù)測(cè)

5 結(jié)論和建議

（1）城市生活垃圾處理量及其溫室氣體排放量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。2010年至2018年廣州市生活垃圾處理量的平均增速為7.85%，生活垃圾處理的溫室氣體排放量平均增速為5.16%，且后期增速大于前期。目前廣州市的生活垃圾處理以填埋為主，各年度的生活垃圾填埋量占生活垃圾處理總量約80%以上，各年度生活垃圾處理的溫室氣體排放量占垃圾處理溫室氣體排放總量約96%。從國(guó)外主要的生活垃圾處理方式來(lái)看，美國(guó)從2002年開(kāi)始大幅降低垃圾填埋率，目前其垃圾焚燒電廠(chǎng)的容量位居世界第一；日本焚燒處理的生活垃圾量占其生活垃圾總產(chǎn)生量的75%以上，直接填埋量不足3%而且填埋量還在逐年下降。根據(jù)預(yù)測(cè)，廣州市生活垃圾填埋處理的溫室氣體排放占比將逐步降低，到2035年，在政策情景下，生活垃圾填埋處理的溫室氣體排放量占比約78%；在減排情景下，這一占比為66%；在強(qiáng)化減排情景下，這一占比為51%。

（2）城市人口和GDP是影響城市生活垃圾排放總量的重要因素。城市的人口數(shù)量越多，生活垃圾量越大［18］。廣州市2010年至2018年人均日垃圾處理量呈逐年上升趨勢(shì)，基本維持在0.70 kg～1.10 kg，低于2006—2014年我國(guó)城市生活垃圾人均日清運(yùn)量（1.22 kg～1.27 kg）［7］，也低于大部分發(fā)達(dá)國(guó)家的人均日清運(yùn)量（1.26 kg～1.43 kg）［19］，但與很多已實(shí)行生活垃圾排放有償政策的國(guó)家和地區(qū)相比還是偏落后。例如，根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，垃圾收費(fèi)能使社區(qū)廢棄物排放量減少14%～27%［20］；20世紀(jì)90年代，韓國(guó)在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)行垃圾稱(chēng)重收費(fèi)，取得了顯著效果，人均日垃圾清運(yùn)量從1991年的2.3 kg減少到2010年的1.0 kg［7］；我國(guó)臺(tái)北市也是進(jìn)行垃圾分類(lèi)與資源回收政策最早且最成功的城市，其人均日垃圾清運(yùn)量從1995年的1.34 kg降低到了2012年的0.37 kg［21］，垃圾減量化效果明顯。未來(lái)，隨著我國(guó)城市人民生活生活水平的提高，生活垃圾排放量也將持續(xù)增長(zhǎng)［22］。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2035年，廣州市人均日垃圾處理量在政策情景下為2.55 kg，在減排情景下為2.30 kg，在強(qiáng)化減排情景下為2.1 kg。因此，應(yīng)從源頭即人們的生活習(xí)慣開(kāi)始，切實(shí)做到垃圾分類(lèi)，實(shí)行“誰(shuí)污染，誰(shuí)付費(fèi)”，提高城市生活垃圾回收利用率，從而減少個(gè)人垃圾產(chǎn)生量，有效抑制城市垃圾產(chǎn)生量和排放量。

（3）廣州市2035年前垃圾增長(zhǎng)量均不會(huì)出現(xiàn)增長(zhǎng)拐點(diǎn)，垃圾處理能力缺口將于2033年前后出現(xiàn)，需要啟動(dòng)新一輪垃圾處理設(shè)施規(guī)劃建設(shè)工作。廣州市得益于垃圾焚燒電廠(chǎng)的建設(shè)和投產(chǎn)，生活垃圾處理的溫室氣體排放量在2019年之后出現(xiàn)增長(zhǎng)拐點(diǎn)，2022—2027年間生活垃圾排放總量呈平穩(wěn)狀態(tài)，2028年之后在不增加焚燒處理容量的前提下，生活垃圾排放又將繼續(xù)上升。因此，若能適當(dāng)采取措施，根據(jù)預(yù)測(cè)，到2035年，廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放在減排情景下將較在政策情景下降低31%，在強(qiáng)化減排情景下較在政策情景下降低48%。

（4）減少生活垃圾填埋量所帶來(lái)的減排效應(yīng)明顯高于垃圾焚燒量的減少。因此，調(diào)整生活垃圾處理結(jié)構(gòu)，逐步減少生活垃圾填埋、力推生活垃圾焚燒［18］，增強(qiáng)現(xiàn)有生活垃圾設(shè)施處理能力，改進(jìn)原有的各種垃圾焚燒裝置及開(kāi)發(fā)新型焚燒爐，進(jìn)一步提高環(huán)境保護(hù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，使之朝著高效、節(jié)能、低污染的方向發(fā)展。此外，提升技術(shù)，提高生活垃圾填埋沼氣的回收率，將對(duì)于控制城市生活垃圾處理排放增量起到顯著作用。

注釋?zhuān)?/p>

1）根據(jù)2011—2018年《廣州統(tǒng)計(jì)年鑒》中相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。