昆明市城市生活垃圾处理方法比较——基于环境保护和能源利用视角

王 婷，徐晓勇

(云南大学发展研究院，云南昆明 650091)

1 引言

在我国工业化发展进程中，党和政府高度重视环保工作，同时将垃圾的回收与处理列为环保工作的重点。1995年10月30日我国政府颁布的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》和2005年5月29日建设部、国家环境保护局和科技部发布的《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》均明确指出:对城市生活垃圾应该按照减量化、资源化、无害化的原则，加强对垃圾产生的全过程管理，从源头减少垃圾的产生，积极进行无害化回收和处理，防治环境污染。2007年，党的十七大报告指出“要建设生态文明，基本形成节约能源资源和保护生态环境的产业结构、增长方式、消费模式”，中央在“十一五”规划中也提出“每年节能4%，减排2%”的目标，并且要促进城市污水与城市生活垃圾处理。

然而，伴随着我国经济发展和城市化进程的加快，城市生活垃圾量逐年递增，导致了严重的土地资源占用和环境污染问题，并产生了巨大的社会经济损失。相关数据资料显示，全世界垃圾年均增长速度为8.42%，而我国垃圾增长率高达10%以上，其中我国城市生活垃圾年均产生量占全世界垃圾年均产生量的30.61%。截止2009年，我国固体垃圾堆存量已达到80亿t，堆占土地面积达13.33多万hm2，直接经济损失超过80亿元人民币。因此，实现城市生活垃圾处理的无害化、减量化和资源化成为当前我国面临的重大问题之一，如何从环境保护和能源利用的角度合理处理城市生活垃圾也引起了社会各界的广泛关注。

2 文献回顾

另外，许多学者也通过对某些城市情况进行分析，提出适合于当地城市生活垃圾处理的不同方案，比如:陈科等以北京市为例，计算了垃圾处理全程的社会成本，得出了从垃圾收集到堆肥、填埋、焚烧处理的价格［6］;张记市等提出对昆明市生活垃圾的处理采用分选回收、焚烧和卫生填埋于一体的综合处理方法［3］。以上研究都提出了城市生活垃圾处理的处理方法及应用，但是很大程度上混淆了城市生活垃圾处理所面临的环保和能源等方面的问题，从而使得所提方案不具有针对性。

从技术方法层面看，能值分析［1］方法在不同领域得到广泛应用，尤其在生态系统的能值计算和环境影响方面实现了技术性的突破，该方法可以从能级比较的角度衡量各种生态系统对环境的影响，以及所产生的能值大小。例如:杨德伟等运用能值分析方法，对四川省1998～2003年生态经济系统的净能值产出率、能值投入率、能值利用强度、可持续发展指数等指标及其变化趋势进行了定量分析，并与其它国家和地区进行了比较［7］;唐宁等引入能值分析理论对土地生态经济系统的可持续性进行评价，并探讨了土地生态经济系统的构成及其与土地可持续利用的关系［8］。基于能值分析的适用性，本文将借鉴以上研究理论和方法，试图将能值分析法应用于城市生活垃圾处理系统研究，并以云南省昆明市为案例，分别对垃圾填埋及沼气发电、垃圾焚烧发电和垃圾堆肥3种城市生活垃圾处理方式进行实证研究，通过测算得到的环境负载量(ELR)和能值产出率 (EYR)比较不同城市生活垃圾处理方法对环境污染和资源利用的影响。

3 能值分析法原理及指标

能值分析 (Emergy analysis)理论和方法是美国著名生态学家、系统能量分析先驱H.T.Odun为首于20世纪80年代所创立［1］。能值分析方法在生态经济系统结构功能、自然资源评估利用等方面均取得了开创性的应用。

3.1 基本原理

能值分析 (Emergy analysis)方法是以能值为基准，把生态系统或生态经济系统中不同种类、不同质量和不可比较的能量转换成统一的标准——能值 (Emergy)来进行比较和定量分析，以此评价不同类型的方法在其系统中的作用和地位。

经济系统中能值的投入和产出关系表现为:人类对经济系统投入可更新资源能值 (EmR1)和不可更新资源能值 (EmF)，同时获取自然环境中的可更新资源能值 (EmR)和不可更新资源能值(EmN)，最终产生新的系统产出能值 (EmY)，见图1。

3.2 指标选择

将以上所构建的经济生态系统应用于城市生活垃圾的处理，并通过对以下指标的分析可以判断出城市生活垃圾的不同处理方法对环境的影响以及能源利用程度。

(1)能值转换率 (Transformity):用K表示，该指标能将生态系统或生态经济系统内流动和存储的各种不同类别的能量转换为同一标准的能值，其中:M表示产品形成所需直接和间接投入应用的太阳能总量，单位:Sej;B表示某种能量或物质的质量，单位:J或g。

(2)能值/货币比 (Emergy/Money Ratio):用EDR表示，该指标体现某国家或地区单位货币所对应的能值量，其中:D代表购买某单位能值所需要的货币，单位:$。

那么本次会议提交的论文中其他的一些论文，表面上看好像和陆游从军南郑没有关系，其实也有相当大的关系。当然，这就涉及到会议的第二个主题，就是唐宋诗人与汉中，他们和陆游也有潜在的关系。比如说马强的论文《岑参梁州诗新考》谈岑参汉中诗，另外一方面因为岑参对陆游的影响是非常大的，陆游在《跋岑嘉州诗集》中间甚至认为岑嘉州唐宋诗人“太白、子美而后，一人而已”，《夜读岑嘉州诗集》：“公诗信豪伟，笔力追李杜。”所以这虽然不是谈陆游的，但是和陆游有关。刚才我们汇报里提到的胡可先《石门题刻文学的内涵和价值》文章，谈一个古迹，解剖我们的主题。

(3)环境负载率 (Environmental Loading Ratio):用ELR表示，该指标表示一定经济活动水平下环境系统所承受的压力，具有一定的环境预警作用。

(4)能值产出率 (Emergy Yield Ratio):用EYR表示，该指标用来判断资源使用的效益，相关公式为:

4 基于昆明市案例的实证测算

在城市生活垃圾处理文献回顾和能值分析方法原理介绍的基础上，本文进一步利用2003～2009年云南省昆明市相关数据进行实证测算，主要针对垃圾填埋及沼气发电、垃圾焚烧发电和垃圾堆肥3种城市生活垃圾处理方式，分别从环境保护和能源利用的角度，采用能值分析法测算不同处理方式的环境负载量 (ELR)和能值产出率(EYR)，以此构建和优化处理城市生活垃圾处理的最佳方案。根据相关文献标准，生活垃圾的热值取4.5MJ/kg，生活垃圾的能值转换率取3.34×1011Sej/kg，汇率按照1美元兑8.0元人民币计算，能值/货币比率取4.0×1012Sej/$。其中实证测算数据来源于对昆明市生活垃圾处理的调研和相关统计年鉴。

4.1 能值测算

4.1.1 生活垃圾填埋及沼气发电能值测算

将图1所示的经济生态系统改进为生活垃圾填埋及沼气发电能值系统，其中:城市生活垃圾属于自然环境中可再生能值投入，填埋服务和发电服务属于社会对系统的不可再生投入，冷却与燃烧空气是自然界不可再生投入，冷却用水属于系统中自然界投入的可再生能值，垃圾填埋及沼气发电的电力产出属于该系统对社会的产出能值。将2003～2009年昆明市生活垃圾量及相关填埋及沼气发电能值投入指标数据应用于公式 (1) ～(4)，分别得到各年度昆明市城市生活垃圾填埋及沼气发电能值计算结果，见表1。

表1 昆明市城市生活垃圾填埋及沼气发电能值计算结果表

4.1.2 城市生活垃圾焚烧发电能值测算

将图1所示的经济生态系统改进为生活垃圾焚烧发电能值系统，其中:城市生活垃圾属于自然环境中可再生能值投入，焚烧发电服务属于社会对系统的不可再生投入，冷却与燃烧空气是自然界不可再生投入，冷却用水属于系统中自然界投入的可再生能值，城市生活垃圾焚烧发电的电力产出属于该系统对社会的产出能值。将2003～2009年昆明市生活垃圾量及相关焚烧发电能值投入指标数据应用于公式 (1) ～(4)，分别得到各年度昆明市城市生活垃圾焚烧发电能值计算结果，见表2。

表2 昆明市城市生活垃圾焚烧发电能值计算结果表

4.1.3 城市生活垃圾堆肥能值测算

将图1所示的经济生态系统改进为生活垃圾堆肥能值系统，其中:城市生活垃圾属于自然环境中可再生能值投入，堆肥服务属于社会对系统的不可再生投入，城市生活垃圾堆肥的产出属于该系统对社会的产出能值。将2003～2009年昆明市生活垃圾量及相关堆肥能值投入指标数据应用于公式(1) ～(4)，分别得到各年度昆明市城市生活垃圾堆肥能值计算结果，见表3。

表3 昆明市城市生活垃圾堆肥能值计算结果表

4.2 结果分析

从以上得到的2003～2009年昆明市城市生活垃圾处理方法的比较测算结果可知，各种类型的生活垃圾处理方法对生态环境具有不同的影响，同时生活垃圾处理的资源利用也具有差异。

4.2.1 环境系统承载压力分析

对于采用垃圾填埋及沼气发电、垃圾焚烧发电和垃圾堆肥3种城市生活垃圾处理方式所得到的环境负载率可知，2003～2009年昆明市城市生活垃圾各种处理方法对环境的污染作用逐年增大。其中:垃圾焚烧发电对环境污染最大，7a间环境负载率的均值达到0.2208%，其次是垃圾填埋及沼气发电，平均环境负载率达到0.2021%，污染最小的是生活垃圾堆肥，平均环境负载率仅为0.1833%，见图2。

4.2.2 资源有效利用效率分析

对于采用垃圾填埋及沼气发电、垃圾焚烧发电和垃圾堆肥3种城市生活垃圾处理方式所得到能值产出率可知，2003～2009年昆明市城市生活垃圾处理对资源的有效利用率逐年减小。其中:生活垃圾填埋及沼气发电资源有效利用率最高，7a间能值产出率的均值为0.2495%，其次是垃圾焚烧发电，平均能值产出率为0.2407%，垃圾堆肥资源有效利用率最低，几乎为零，见图3。

5 研究结论及方案选择

本文根据国家提出的生活垃圾处理“减量化、资源化、无害化”的原则，分别从环境保护和能源利用的角度，比较分析了垃圾填埋及沼气发电、垃圾焚烧发电和垃圾堆肥3种城市生活垃圾处理方式的环境负载率和能值产出率。根据研究结论可知:从环境保护的角度讲最适合采用的是垃圾堆肥，最不适合采用的是垃圾焚烧;从能源利用的角度讲，最适合采用的是生活垃圾填埋和沼气发电，最不适合采用的是垃圾堆肥。但是，综合考虑3种生活垃圾处理方式的环境负载率和能值产出率的差异，3种处理方式的优劣顺序依次是垃圾填埋及沼气发电，垃圾焚烧发电，不适合采取垃圾堆肥，其原因是垃圾填埋及沼气发电所得到的净能值最高，其次是垃圾焚烧发电，而垃圾堆肥得到的净能值为负值。

［1］蓝盛芳，钦佩，陆宏芳.生态经济系统能值分析［M］.北京:化学工业出版社，2002.

［2］李维新.中国城市垃圾资源回收利用途径及对策［J］.资源科学，2000，(5):17－19.

［3］张记市，苏存荣，谢刚.昆明城市生活垃圾处理研究 ［J］.云南环境科学，2004，(3):3－5.

［4］郭海强，马应珍.我国城市生活垃圾处理现状与对策 ［J］.长治学院学报，2007，(7):18－20.

［5］欧阳培.城市生活垃圾处理现状与处理方式比较研究 ［J］.再生资源研究，2007，(4):33－36.

［6］陈科，梁进社.北京市生活垃圾定价及计量收费研究 ［J］.资源科学，2002，24(5):93－96.

［7］杨德伟，陈治谏.基于能值分析的四川省生态经济系统可持续性评估［J］.长江流域资源与环境，2006，(3):45－51.

［8］唐宁，廖铁军.基于能值分析的土地生态经济系统可持续性评价［J］.安徽农业科学，2007，(2):345－347.