引言

城市生活垃圾收運系統(tǒng)包含收集和轉(zhuǎn)運車輛、轉(zhuǎn)運站設(shè)施等部分，是連接生活垃圾產(chǎn)生源頭和終端處理設(shè)施的中間環(huán)節(jié)，因其建設(shè)和運行過程投入較大、操作過程復(fù)雜，已成為城市生活垃圾管理系統(tǒng)中非常重要的一部分。對于超特大城市而言，生活垃圾收運系統(tǒng)的運行費用約占總處理費用的50%，是地方環(huán)衛(wèi)部門的主要財政支出類型。應(yīng)對氣候變化是當今時代的“根本性問題”，各國已對積極應(yīng)對氣候變化基本達成共識，占世界經(jīng)濟70％和全球二氧化碳排放65％的國家已承諾將盡快實現(xiàn)凈零排放。2020年9月，習近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論中宣布，我國將力爭在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。2021年11月，習近平主席向《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十六次締約方大會（COP26）世界領(lǐng)導(dǎo)人峰會發(fā)表書面致辭，就如何應(yīng)對氣候變化、推動世界經(jīng)濟復(fù)蘇等重大時代課題貢獻了中國方案，提出維護多邊共識、聚焦務(wù)實行動、加速綠色轉(zhuǎn)型等主張。我國各行業(yè)對于綠色低碳轉(zhuǎn)型的需要也越發(fā)迫切。

生活垃圾分類暫存、收運和壓縮等過程均會產(chǎn)生直接和間接的溫室氣體排放，由于監(jiān)測方法和本土化數(shù)據(jù)的欠缺，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）推薦的國家溫室氣體核算框架固廢章節(jié)，僅考慮了末端處置環(huán)節(jié)的碳排放，尚未建立全生命周期下的垃圾管理系統(tǒng)碳排放核算方法。目前，生活垃圾收運系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)階段，尚未全面開展碳排放和碳減排考核，也少有從碳排放的角度衡量垃圾分類、分類收運環(huán)境效益的研究。目前關(guān)于生活垃圾收運系統(tǒng)主要構(gòu)成要素、全生命周期相關(guān)的碳排放的定量研究還較為欠缺，尤其是本土化數(shù)據(jù)還較為欠缺。因此，本研究以中新天津生態(tài)城生活垃圾收運系統(tǒng)作為典型案例，通過實際調(diào)研獲得本土化參數(shù)，構(gòu)建了城市生活垃圾不同收運模式下的輸入—輸出清單，運用GaBi等專業(yè)生命周期評價軟件，Eco-invent和CAS-RCEES專業(yè)數(shù)據(jù)庫，解析了車輛直運、中轉(zhuǎn)站轉(zhuǎn)運系統(tǒng)、氣力管道運輸系統(tǒng)全過程的碳排放，為我國環(huán)衛(wèi)系統(tǒng)實現(xiàn)“雙碳”目標提供了科學(xué)依據(jù)和決策支撐。

一、城市生活垃圾收運系統(tǒng)分析

中新天津生態(tài)城坐落于天津市濱海新區(qū)北部，毗鄰天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、天津港、海濱休閑旅游區(qū)，距天津中心城區(qū)45千米，總面積約31.23平方千米，規(guī)劃居住人口為35萬，是中國和新加坡兩國的戰(zhàn)略合作項目，規(guī)劃建設(shè)其成為資源節(jié)約、環(huán)境友好和社會和諧的生態(tài)城。2013年年底，濱海旅游區(qū)和中心漁港經(jīng)濟區(qū)并入中新天津生態(tài)城管轄范圍，其管轄范圍增至約150平方千米。中新天津生態(tài)城將垃圾分類和真空管道收集技術(shù)結(jié)合，建立起不同于傳統(tǒng)車輛收運的新型收運模式。本文的研究區(qū)域為天津中新生態(tài)城規(guī)劃管理范圍，面積150平方千米，包括生態(tài)城合作區(qū)和濱海旅游區(qū)等非合作區(qū)。生態(tài)城合作區(qū)普遍采用真空管道收運垃圾，其南部地區(qū)為建成區(qū)域，現(xiàn)有常住人口約10萬人，已建設(shè)運行的生活垃圾氣力運輸管道共5套；生態(tài)城非合作區(qū)建成區(qū)主要集中在東南部地區(qū)，采用常規(guī)生活垃圾收運方式。真空管道收集系統(tǒng)為居民端的垃圾分類投放、收集提供了更便利的方式，但是其建設(shè)和運行仍需要大量物料和能源投入，其綜合環(huán)境績效也一直受到行業(yè)關(guān)注。

（一）城市生活垃圾產(chǎn)生現(xiàn)狀

城市生活垃圾產(chǎn)生量受社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、收入水平、消費和使用習慣的影響。2020年，中新天津生態(tài)城生活垃圾總清運量為31 407 t，其中生活垃圾、廚余垃圾、可回收物和有害垃圾產(chǎn)生量分別為27 702 t、2427 t、1204 t和73 t（表1）。其中，合作區(qū)內(nèi)已推廣建設(shè)眾多垃圾分類精品小區(qū)，垃圾收運采用分類收運；根據(jù)建成區(qū)區(qū)位和系統(tǒng)實際運行情況調(diào)查，生活垃圾直運仍是主要的清運方式。

根據(jù)2020年《中新天津生態(tài)城生活垃圾成分調(diào)查與分析》，廚余類垃圾組分占比最大，廚余、紙類和橡塑類3個類別的含量超過了中新天津生態(tài)城生活垃圾總量的90%，其他類別合計占比不足10%（圖1）。

（二）城市生活垃圾收運系統(tǒng)現(xiàn)狀

生活垃圾收運系統(tǒng)與垃圾產(chǎn)生特征、管理方式和終端處理設(shè)施相關(guān)，可分為以下方式：（1）直運方式，即生活垃圾自居民區(qū)等地產(chǎn)生后直接由運輸車輛收集運送到終端處理設(shè)施處理處置的過程；（2）轉(zhuǎn)運方式，包括地埋式轉(zhuǎn)運站、普通轉(zhuǎn)運站等，即生活垃圾自居民區(qū)等產(chǎn)生源產(chǎn)生后先由物業(yè)、環(huán)衛(wèi)等單位收集轉(zhuǎn)運到中轉(zhuǎn)設(shè)施，經(jīng)過壓縮等再運輸?shù)浇K端處理設(shè)施；（3）氣力管道運輸＋轉(zhuǎn)運體系，即在前端通過氣力管道收集運輸生活垃圾到中央收集站，而后經(jīng)過壓縮等處理后再通過車輛運輸?shù)浇K端處理設(shè)施。前兩者是我國目前主要的生活垃圾收運體系形式，后者為近些年發(fā)展起來的新型收運方式，主要在中新天津生態(tài)城、北京市通州區(qū)、雄安新區(qū)和蘇州市吳中區(qū)等地應(yīng)用。

中新天津生態(tài)城多數(shù)建成區(qū)域已被真空管道收運范圍覆蓋，每套管道系統(tǒng)包括中央收集站、公共管網(wǎng)和物業(yè)管網(wǎng)，包括居民區(qū)、商業(yè)區(qū)等。2018—2020年，生活垃圾氣力運輸?shù)臄?shù)量分別占當年生活垃圾清運總量的19.70%、30.59%和17.6%。氣力管道運輸主要服務(wù)于社區(qū)分類后的生活垃圾（圖2）。

中新天津生態(tài)城尚有氣力管道未覆蓋的區(qū)域，通常采用直運方式收運垃圾，據(jù)調(diào)研，車輛直運線路共6條，針對服務(wù)區(qū)域的其他垃圾進行收運（圖3）。臨海新城區(qū)域已建成1座地埋式垃圾收集站，周邊區(qū)域的生活垃圾由物業(yè)人員駕駛收運車輛送往該收集站，之后由運輸車輛統(tǒng)一運往垃圾處理廠。廚余垃圾則全部采用直運方式，日產(chǎn)日清，最終運至廚余垃圾處理廠進行統(tǒng)一處理。對于可回收垃圾和有害垃圾，主要采用直運方式分別送往生態(tài)城外資源回收和有害垃圾處置企業(yè)。

二、城市生活垃圾收運系統(tǒng)的碳足跡及減排策略研究

（一）生活垃圾收運系統(tǒng)的碳排放定義

根據(jù)IPCC的范疇劃分，生活垃圾收運過程的碳足跡包括以下內(nèi)容：（1）生活垃圾在暫存和收運過程中由于自身降解而產(chǎn)生的碳排放，主要是來源于廚余垃圾，其在微生物作用下產(chǎn)生甲烷和氧化亞氮等溫室氣體；（2）化石能源燃燒過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放，主要是由于以化石能源為動力的收運車輛在收運行駛過程中因燃燒而產(chǎn)生的直接碳排放；（3）消耗能源生產(chǎn)過程中的碳排放，指生活垃圾收運過程所消耗的能源（包括電能、化石能源等）在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放；（4）其他物質(zhì)投入所隱含的碳排放，主要指收運車輛生產(chǎn)、氣力收運管道鋼材生產(chǎn)以及相關(guān)收運設(shè)備生產(chǎn)過程和建筑材料的生產(chǎn)消耗等過程的碳排放；（5）物料循環(huán)利用產(chǎn)生的碳排放削減，主要指收運車輛和氣力管道報廢后對其部分鋼材的循環(huán)利用替代了原生材料生產(chǎn)過程而產(chǎn)生的碳排放削減。

現(xiàn)有的垃圾收運方式主要包括：小區(qū)電瓶車收集＋車輛直運、小區(qū)電瓶車收集＋轉(zhuǎn)運站壓縮＋車輛運輸、真空管道收集＋中央收集站壓縮＋車輛運輸。以當前中新天津生態(tài)城建成區(qū)為案例開展研究，通過與環(huán)衛(wèi)主管和規(guī)劃部門的資料調(diào)研獲得2020年區(qū)域內(nèi)生活垃圾產(chǎn)生量及組分、處理處置設(shè)施位置、運輸車輛、氣力運輸管道和中央收集站等詳細資料，構(gòu)建了收運系統(tǒng)的輸入—輸出清單。

通過Eco-invent、CAS-RCEES等數(shù)據(jù)庫和實地調(diào)研數(shù)據(jù)結(jié)合，核算物料投入、設(shè)備生產(chǎn)和運行等過程的碳排放。通過調(diào)研和資料收集等方法獲得樣點的生活垃圾產(chǎn)生量、組分等特征，測算生活垃圾清運過程的直接碳排放，分析垃圾暫存、運輸和壓縮過程產(chǎn)生的CO2、CH4和N2O等溫室氣體排放。

對于生活垃圾中有機垃圾暫存和運輸過程的自身排放，計算方式如式（1）所示。

式中，GHG'表示暫存過程的碳排放總量，CO2-eq/d；Fe表示單位質(zhì)量有機垃圾暫存過程的溫室氣體排放，CO2-eq/d；M表示生活垃圾每天的清運量，t/d；Co表示生活垃圾中的有機垃圾組分占比，%。

對于直運模式，碳排放核算方式如式（2）所示。

式中，" " " " "表示直運過程的碳排放總量，CO2-eq/d；GHG'表示生活垃圾自身收運過程的碳排放，取18.99 CO2-eq/d；Mi表示第i個生活垃圾直運車一天收運的垃圾數(shù)量，kg/d；Si表示第i個生活垃圾直運車的行駛距離，km；" " 表示垃圾收運車運輸單位質(zhì)量生活垃圾單位距離的碳排放，kgCO2-eq/（kg·km），柴油生產(chǎn)和燃燒系數(shù)取1.21 kgCO2-eq/L；" " " 表示垃圾收運車生命周期內(nèi)的碳排放強度，取3.019 kgCO2-eq/kg。

對于轉(zhuǎn)運模式，碳排放核算方式如式（3）所示。

式中，" " " " "表示中轉(zhuǎn)運輸部分的碳排放總量，CO2-eq；Mi表示第i個收集車一天收集的垃圾數(shù)量，kg；Si表示第i個收集車一天的行駛距離，km；" " " "表示收集車運輸過程的碳排放強度，kgCO2-eq/d，柴油生產(chǎn)和燃燒系數(shù)取1.21 kgCO2-eq/L；" " " 表示收集車生命周期內(nèi)的碳排放強度，取3.019 kgCO2-eq/d；" " " 表示第j個中轉(zhuǎn)站的運行過程的碳排放強度，電力系數(shù)取0.55 kgCO2-eq/d；" " "表示第j個中轉(zhuǎn)站的生命周期內(nèi)的碳排放（折算到服務(wù)的單位質(zhì)量生活垃圾），取4.474 kgCO2-eq/d；Mj表示第j個中轉(zhuǎn)站的生活垃圾中轉(zhuǎn)量，t；Sj表示第j個生活垃圾運輸車一天的行駛距離，km；" " " "表示垃圾收運車運輸單位質(zhì)量生活垃圾的碳排放強度，柴油生產(chǎn)和燃燒系數(shù)取1.21 kgCO2-eq/d；" " " 表示垃圾收運車生命周期內(nèi)的碳排放強度（折算到運輸每噸生活垃圾），取3.019 kgCO2-eq/d。

對于氣力運輸模式，碳排放核算方式如式（4）所示。

式中，" " " "表示氣力系統(tǒng)收集部分的碳排放總量，CO2-eq；" " 表示氣力運輸管道的長度，km；" " "表示單位長度管道的碳排放強度，取298.95 kgCO2-eq/m；Mk表示第k個中央收集站一天中轉(zhuǎn)的垃圾數(shù)量，t/d；" " "表示第k個中央收集站的噸均碳排放，kgCO2-eq/t；" " 表示第k個中央收集站的生命周期內(nèi)的碳排放，取102.22 kgCO2-eq/d；Mj表示第j個生活垃圾運輸車一天運輸?shù)睦鴶?shù)量，t/d；Sj表示第j個生活垃圾運輸車一天的行駛距離，km/d；" " "表示生活垃圾運輸車運輸單位距離的碳排放強度，kgCO2-eq/km；" " "表示生活垃圾運輸車生命周期內(nèi)的碳排放強度（折算到運輸單位距離），取6.48 kgCO2-eq/km。

（二）生活垃圾收運系統(tǒng)的碳足跡結(jié)果

中新天津生態(tài)城的生活垃圾收運系統(tǒng)的碳足跡核算結(jié)果如表2所示，生活垃圾收運系統(tǒng)的碳足跡分配比例中，占比最高的其他垃圾氣力運輸系統(tǒng)碳足跡為2 490.34 kgCO2-eq/d，占比82.8%；其他垃圾直運過程的碳足跡為142.90 kgCO2-eq/d，占比4.7%；其他垃圾轉(zhuǎn)運過程的碳足跡為130.19 kgCO2-eq/d，占比為4.3%。

小區(qū)收集階段和餐廚垃圾收運的碳排放較為接近，分別為95.55 kgCO2-eq/d和98.20 kgCO2-eq/d，占比分別為3.2%和3.3%。除此之外，有機垃圾的直接碳排放、可回收物收運和有害垃圾收運這三部分的潛在碳排放，僅占生活垃圾收運系統(tǒng)總體碳排放的1.6%。

對氣力運輸系統(tǒng)的碳足跡進行分解如圖4所示，可以被分解為五個部分，分別為管道生產(chǎn)和報廢（133.33 kgCO2-eq/d）、氣力站建設(shè)和報廢（102.22 kgCO2-eq/d）、氣力站運行（2200 kgCO2-eq/d）、轉(zhuǎn)運車生產(chǎn)和報廢（12.93 kgCO2-eq/d）、轉(zhuǎn)運車運輸（41.57 kgCO2-eq/d）。氣力站運行過程的碳足跡占比超過氣力收運系統(tǒng)總碳足跡的80%，其中電力消耗貢獻了大部分。這與氣力收集站引風、分離、除臭等設(shè)備較高的電力能源消耗有關(guān)。由此可見，能源結(jié)構(gòu)的清潔化轉(zhuǎn)變，是未來降低氣力收運系統(tǒng)碳排放的關(guān)鍵措施。

（三）生活垃圾收運系統(tǒng)的碳減排對策

（1）垃圾收運系統(tǒng)的碳排放是值得關(guān)注的問題。全生命周期視角下，需要考慮建設(shè)、運行全生命周期的直接排放和間接排放，影響垃圾收運過程碳排放的因素包括收運車輛行駛過程產(chǎn)生的燃料直接碳排放，環(huán)衛(wèi)場站設(shè)施運行能耗及相關(guān)車輛、場站生產(chǎn)、建設(shè)、報廢等階段的碳排放。

（2）相對于轉(zhuǎn)運設(shè)施投入，多站轉(zhuǎn)運和少站轉(zhuǎn)運過程中運輸車輛和收運距離差異導(dǎo)致的碳排放變化不顯著，二者碳排放的主要差距集中于轉(zhuǎn)運設(shè)施的建設(shè)和轉(zhuǎn)運站運行過程的能源物質(zhì)消耗。因此，在進行環(huán)衛(wèi)規(guī)劃時，可從收運系統(tǒng)全周期碳足跡的角度出發(fā)，對轉(zhuǎn)運站進行優(yōu)化布局，并尋求低碳建材、綠色建筑以及降低轉(zhuǎn)運站能耗等方式減少碳排放。

（3）直運方式取消了轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)過程，相對于轉(zhuǎn)運方式減少了運輸車輛和轉(zhuǎn)運站設(shè)施的使用。因此，對于距離終端處理處置廠相對較近的區(qū)域，宜采用直運方式進行垃圾收運，以減少轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)中環(huán)衛(wèi)車輛、轉(zhuǎn)運建筑建設(shè)、運營過程的碳排放。還可以通過投入電力、氫燃料電池、生物柴油等清潔能源車輛，進一步降低直運環(huán)節(jié)的碳足跡。

（4）與常規(guī)的轉(zhuǎn)運和直運方式相比，氣力管道收運系統(tǒng)在收運階段采用真空管道代替了車輛，減少了城市道路交通負荷。但是，氣力收運系統(tǒng)在場站規(guī)模、建設(shè)運行費用、總體碳排方面仍有較大改進空間。特別是場站運行的電力消耗是造成其碳排放的主要因素，建議通過智能技術(shù)改造、負壓系統(tǒng)能效提升、綠電使用等方式，降低系統(tǒng)的整體碳排放。

三、展望

城市人口密度、開發(fā)強度、發(fā)展階段等社會經(jīng)濟因素和區(qū)位，都會對收運系統(tǒng)產(chǎn)生影響，在高強度開發(fā)區(qū)域用地緊張情況下，需要因地制宜地選擇垃圾收運方式，并將碳足跡作為績效指標。本研究以中新天津生態(tài)城為例，分析了基于化石能源消耗的車輛收運，以及基于電能消耗的氣力管道收運等不同垃圾收運方式下碳足跡的差異。研究表明，垃圾轉(zhuǎn)運站的設(shè)施設(shè)備建設(shè)、氣力管道輸送系統(tǒng)的運行電耗、垃圾轉(zhuǎn)運車輛油耗是主要的碳排放來源，建議采用優(yōu)化轉(zhuǎn)運設(shè)施布局、使用新能源車輛、提升氣力輸送系統(tǒng)能效等方式，降低城市垃圾分類收運系統(tǒng)的碳足跡水平。

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（責任編輯：張秋辰）