校园生活垃圾分类收集调查及垃圾的厌氧发酵处理

黄爱民, 韩智勇,2,, 费勇强, 施国中, 吴 进, 魏珞宇

(1. 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059； 2.成都理工大学 国家环境保护水土污染协同控制与联合修复重点实验室，成都 610059； 3.农业部沼气科学研究所，成都 610041)

校园生活垃圾分类收集调查及垃圾的厌氧发酵处理

黄爱民1, 韩智勇1,2,3, 费勇强1, 施国中3, 吴 进3, 魏珞宇3

(1. 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059； 2.成都理工大学 国家环境保护水土污染协同控制与联合修复重点实验室，成都 610059； 3.农业部沼气科学研究所，成都 610041)

文章通过问卷调查、采样测试等方法，对某高校校园生活垃圾的特性、处理现状与大学生环保意识进行了研究，并核算了基于生活垃圾分类收集的沼气潜能，以期为高校生活垃圾的分类收集和资源化利用提供一定的理论支持和技术指导。研究表明：该高校学生人均生活垃圾产量介于0.068～0.186 kg·d-1之间，平均为0.104 kg·d-1；主要组分包括厨余类、纸类、橡塑类，占校园生活垃圾总量的88%左右；宿舍楼垃圾容重介于43.5～92.6 kg·m-3之间，平均为57.2 kg·m-3。问卷调查统计结果显示，高校学生对垃圾分类的意愿相对较高，达到88.4%，但是对生活垃圾特性的认识度不高，仅为32.2%；综合高校学生垃圾分类意愿，垃圾分类技术可行性、经济可行性和社会可行性等因素，文章设计了生活垃圾在学生宿舍源头按厨余类、洁净纸类、橡塑类及其他进行分类收集的模式，改进了宿舍楼所需垃圾桶的设置；将厨余作为原料进行厌氧发酵，可得到3650 m3·a-1的沼气，获得68.47万元的经济净现值，实现校园生活垃圾减量化和资源化。

大学校园生活垃圾； 分类收集； 厌氧发酵

目前我国处理生活垃圾的方式以传统的卫生填埋为主，这一方式会造成诸如地下水污染、环境卫生影响和土地资源浪费等危害[1-6]。资料显示，垃圾分类收集与处置可以有效地减少垃圾填埋量，实现垃圾资源化，减少对社会环境的危害，但垃圾分类收集与处置在我国尚未推广[7-9]。高校作为高素质人群聚集区，生活垃圾产生量巨大，可回收垃圾含量相对较多，通过垃圾分类收集后再进行处理与处置，既可带来一定的收入，还可节省处理高校生活垃圾的费用，经济效益较为显著[10-11]。汪文俊[12]等人调查显示，宿舍区的生活垃圾分类在现行条件下比较困难，但西方发达国家的实践和我国的垃圾分类收集试行均表明[13-15]，垃圾分类收集是可行的。生活垃圾分类收集的可行性受到环境行为因素的影响较大，其环境行为具有社会性、互动性、多元性、差异性以及利益驱动性[16]，但是在当前已构建的生活垃圾分类收集模式上，很少考虑社会因素对垃圾分类的影响。因此本文以成都市某高校为例，调研了该高校生活垃圾的特性，学生对生活垃圾特性的认识和分类意愿，并构建了基于垃圾分类和厌氧发酵的分类收集和处理模式，以期为高校生活垃圾的分类收集和资源化利用提供一定的理论支持和技术指导。

1 调查方法

1.1 垃圾特性调查方法

1.1.1 调查地点

2014年11月至2015年6月，笔者对四川省成都市某高校宿舍区和教学楼的生活垃圾的特性与分类收集进行了调查。

1.1.2 采样方法

基于校园的主要功能分区和不同的空间尺度，采用简单随机抽样方法，选取了2栋宿舍楼a,b和1栋教学楼c，对生活垃圾的产生量和组分特征，开展了单日的取样调查；同时在宿舍园区A,B,C,D中选取231个宿舍，对生活垃圾产生量开展了连续3日的取样调查。

其中垃圾产生量采取直接称量法；垃圾组分特征根据《生活垃圾采样和分析方法》(CJ/T 313-2009)分类要求，通过人工分拣、称量后计算得到；数据采用Excel 2007进行分析和统计；宿舍的简单随机抽样样本量按如下参数进行计算：样本总量N=6398个，其中可接受的误差限e为7%，调查估计值的置信度为95%，z=1.96，回答率r=0.9，方差p=0.5。

1.2 学生分类意愿调查方法

对于高校学生对生活垃圾的认知和垃圾分类意愿性调查，采用简单随机抽样方法，选取了507位学生，开展了有关校园垃圾分类收集的问卷调查。其中数据采用Excel 2007进行分析和统计。问卷的简单随机抽样样本量按如下参数进行计算：样本总量W=38088个，可接受的误差限e为0.0025，置信度为95%，z=1.96，回答率r=0.75，方差p=0.5。

其中调查了450份纸质问卷和57份电子问卷；实际有效问卷为398份，有效率为88.5%。问卷的主要内容包括：垃圾污染危害的认知、垃圾分类收集的必要性、生活垃圾分类类型、垃圾分类的意愿、垃圾设施对垃圾分类投放的影响、校园垃圾分类的建议。

2 结果与讨论

2.1 垃圾特性

2.1.1 生活垃圾产生量

由表1可知，该高校调查区人均垃圾产量为0.068～0.186 kg·d-1，波动较为明显。其中A园和宿舍楼a为本科女生宿舍，与本科男生宿舍的C园和宿舍楼b相比较，产生的垃圾较多，主要是因为A园和宿舍楼a的学生除上课外，大部分时间都在宿舍，而C园和宿舍楼b，由于男生零食消费较少，外卖浪费较少，故人均垃圾日产量较低；B园的部分宿舍为研究生寝室，研究生大多时间在实验室或外出实习，故其生活垃圾产生量最低；D园生活垃圾产生量最高，是因为该宿舍园区离图书馆和教学楼较远，促使学生更远在宿舍消费，故产生量最高。

表1 宿舍楼及寝室生活垃圾平均产生量

该高校生活垃圾人均产量为0.104 kg·d-1，低于武汉某高校试点学生公寓垃圾人均产量0.25 kg·d-1[6]，也低于西北大学长安校区学生区垃圾人均产量0.17 kg·d-1[10]。调查高校学生总人数约为3.8万人，除寒暑假外，一年按265天计算，生活垃圾年产生量约为1047 t。

2.1.2 物理组分

根据表2可知，该高校调查区生活垃圾主要组分为厨余类、纸类、橡塑类，其中厨余类占垃圾总量的40%左右，洁净纸类和橡塑类占垃圾总量的45%左右。洁净纸类主要为书本、包装盒(快递和食品等)，橡塑类主要为饮料瓶、外卖盒以及包装袋，具有较大回收价值。

表2 调查区生活垃圾组分特征 (%)

注：组分为质量百分比。

通过调查可知，宿舍楼的厨余类和橡塑类所占比例较高，为70%左右，是由于部分学生在宿舍购买外卖造成的；教学楼c橡塑类含量最高,是因为大多学生会携带饮料以及早餐去教室。受不同地区经济、社会、饮食结构等原因的影响，不同高校的生活垃圾组分比例差别较大。调查高校与合肥工业大学生活垃圾[17]相比，厨余类在介于26.05%～52.29%之间，是合肥工业大学的2到4倍，明显更高；灰土类、砖瓦陶瓷类、其他类、污染纸类仅占10%左右，只有合肥工业大学的1/3；洁净纸类、橡塑类重量比例之和相差不大，均在40%左右。

2.1.3 容重

该高校宿舍楼生活垃圾的容重在43.5～92.6 kg·m-3之间，平均值为57.2 kg·m-3。宿舍楼a、宿舍楼b、教学楼c生活垃圾平均容重分别为85.3 kg·m-3，92.6 kg·m-3，43.5 kg·m-3。低于华南某市生活垃圾平均容重220 kg·m-3[18]，也低于合肥工业大学生活垃圾平均容量350 kg·m-3[17]。因此该高校容重较小，这主要是因为生活垃圾组分的差异性导致。

2.2 分类收集认知与意愿

2.2.1 分类收集认知

该高校有97.7%的学生认为校园生活垃圾分类收集有必要，且91.0%的学生都能够认知垃圾污染的危害性，只有极少学生不清楚或者完全不了解垃圾污染危害(见表3)。这说明了该高校学生对校园生活垃圾的分类收集有一定认知，能够清楚垃圾污染的危害性和垃圾分类的必要性。

2.2.2 分类收集意愿

由表3可知，88.4%的学生愿意进行垃圾分类，可见垃圾分类在该高校有较好的分类意愿；其中不愿进行垃圾分类的学生中，有34.5%的学生不清楚垃圾分类的正确方法，有11.5%的学生认为没有垃圾分类投放点。这需要学校加强宣传垃圾分类知识教育，并且设置相应的垃圾分类投放点。奖励政策、学校硬性要求、配备完善的垃圾分类收集设施可以促进所有学生进行垃圾分类，其中配备完善的垃圾分类收集设施尤为重要。

表3 高校学生生活垃圾分类收集认知和意愿调查

影响该高校生活垃圾分类投放的因素有，垃圾箱的种类(有无垃圾分类标志)、垃圾箱的设置(分布均匀与否或距离远近)、他人的投放行为。其中垃圾桶的种类和垃圾桶的设置是影响校园生活垃圾分类投放的主要因素。

2.3 校园生活垃圾分类收集模式与可行性分析

2.3.1 校园生活垃圾分类收集模式

由上述生活垃圾特性可知，该高校学生更愿意接受可回收垃圾、不可回收垃圾、有害垃圾、其他的垃圾分类方式，这种垃圾分类方式更利于垃圾资源化。而该高校生活垃圾主要是厨余类、纸类及橡塑类，其中厨余类、洁净纸类和橡塑类所占比例达到88%左右，因而厨余类、纸类和橡塑类具有回收价值。但有害垃圾比重很少，考虑物力、财力的节约，不单独收集。故为提高分类回收效率，构建如图1所示的校园生活垃圾收集、运输、处理模式。

图1 校园生活垃圾收集、运输、处理模式图

2.3.2 垃圾桶的设置

通过计算可知，该高校宿舍楼每人每日厨余类、洁净纸类、橡塑类和其他平均产生量分别为0.05053 kg，0.01062 kg，0.03038 kg和0.02443 kg，其中该高校宿舍楼垃圾桶为0.078 m-3，设各宿舍楼每天转运3次垃圾至垃圾中转站。由此可对应设计出该高校规模为1000人的宿舍楼所需垃圾桶数量(见表4。)

表4 该校宿舍楼垃圾桶设置

注：以1000人的宿舍楼为例。

宿舍楼均设有垃圾桶，将所需垃圾桶分别标上分类标签，即可实行分类，无需额外购买垃圾设施。

2.3.3 沼气潜能计算

在广大农村中小学校大力发展沼气的背景下,高校也应响应以沼气为纽带的生态校园清洁工程建设[20]。该高校生活垃圾年产生量约为1048 t，其中高校厨余类生活垃圾年产生量约为580 t。

该高校每天产生的厨余类生活垃圾约为1600 kg,通过实验可知，厨余类生活垃圾含水率为65%，厨余类容重为380 kg·m-3[19]，水力滞留时间设为15 d。计算公式为：

V=(G×Ts×HRT)/(r×m)

=[1600×(1-65%)×15]/(380×85%)m3

=26 m3

式中：V为沼气池容积，m3；G为每天可供发酵的原料湿重，kg；Ts为原料中干物质含量的百分比，%；HRT为原料在池中的滞留天数，水力滞留期；r为发酵原料浓度换算成的容重，kg·m-3;m为池内装料有效容积，取85%。

通过计算可知，沼气池容积约为26 m3。该沼气池采用钢筋混凝土结构，厨余发酵料液的COD为7360 mg·L-1，CODCr去除率约70%～85%[20]，按池容产气率0.38 m3·d-1m-3计，每年可生产沼气3650 m3左右。

由此可见，该高校建设一个以厨余类为发酵原料的沼气工程，沼气潜能较大，不但使厨余类生活垃圾得到充分利用，还可以节约能源、改善和保护环境。

2.3.3 校园生活垃圾分类收集与处置的可行性分析

高校学生所产生的垃圾量较大，可回收垃圾含量较多，分类意识较好，因此基于“厨余+橡塑+洁净纸类+其他”的分类收集和厌氧发酵的生活垃圾收集和处理模式是可行的，具体如下。

2.3.3.1 技术可行性分析

通过调查可知，该高校学生总人数为3.8万人，生活垃圾年产生量约为1048 t。将校园生活垃圾分为纸类、橡塑类、厨余类以及其他。该高校每年生活垃圾的可回收量为年产生量的88%，则每年可回收量为922 t。由该高校生活垃圾产量及组分可知，如果能够在该高校实施简易的垃圾分类收集模式，不仅可减少回收资源的浪费，还可减少处理的垃圾量，具有较大技术可行性。

2.3.3.2 经济可行性分析

调查高校垃圾分类处理费用主要由四部分组成：沼气池修建费用、不可回收垃圾的填埋费用、清运车开支以及雇佣工人开支(见表5和表6)。

预计该高校沼气池修建费用为20万元[20-21]，使用年限20年，每年预计花费为1万元。

该高校的不可回收垃圾将会送至垃圾填埋场进行填埋，填埋费用60元·t-1[6]，垃圾量为126 t，因而垃圾填埋费用为0.76万元·年-1。由表5和6可知，清运车和雇佣工人开支的费用为每年88.54万元，故每年开支的费用为90.3万元。

表5 清运车开支一览表

表6 雇佣工人开支一览表

该高校可回收垃圾中的洁净纸类和橡塑类，则通过计算可得，138.9 t的洁净纸类，361.2 t的塑料类；洁净纸类回收价格为0.1万元·t-1, 塑胶类的回收价格为0.4万元·t-1[6]。每年该高校可回收垃圾中的洁净纸类和橡塑类所得收益为158.37万元。该高校厨余类在沼气池中每年产生的沼气量为3650 m3，相当于7000度的电，相当于创造0.4万元的收益。故每年该高校所得收益为158.77万元。由上面计算可知，每年支出的费用为90.3万元，所以该垃圾分类模式可创造68.47万元的收益。该高校在原有基础上构建的基于分类收集的厌氧发酵处理模式，不仅减少了垃圾运输费用和处理费用，还增加了因垃圾回收和厌氧发酵产沼气所得的收益，从经济可行性分析上来说具有可行性。

2.3.3.3 社会可行性分析

在广大农村中小学校大力发展沼气的背景下,高校也应响应以沼气为纽带的生态校园清洁工程建设，对学校厨余类生活垃圾进行无害化处理和资源化利用,不仅为学校提供生活用能,改善了学校卫生条件,还增强了广大师生节约能源和保护环境的意识,更构建了教书育人和循环经济共同发展的和谐校园[20]，从社会效益层面来说是具有极大的价值。

高校垃圾分类回收和发展沼气工程，可以提高环境质量、增加就业机会、减少中转成本、节约能源、增强环保意识等。从以往高校垃圾分类回收资料可知，会造成以下不良情况：拾荒者收入减少、初期垃圾投放收集习惯待改善、学校及周围分散的废品回收站业务量较低等。该高校构建的垃圾分类回收模式时，采取接收拾荒者从事打扫工作、配合适当的物质奖励、定期分发垃圾分类宣传单等措施，可避免产生以上不良情况。

综上所述，在高校开展基于分类收集(厨余/洁净纸类/橡塑/其他)的厌氧发酵处理模式是可行的。

3 结论

(1)调研高校学生人均垃圾产生量为0.104 kg·d-1；可回收垃圾为厨余类、洁净纸类和橡塑类，占总垃圾重量的88%左右；宿舍楼生活垃圾容重在43.5～92.6 kg·m-3，平均值为57.2 kg·m-3。

(2)调研高校91%的大学生知道垃圾污染危害性；88.4%的学生愿意进行垃圾分类，学校或者政府加强垃圾分类收集的宣传力度，并且设置相应的垃圾分类投放点，可促进学生的分类收集行为。

(3)调研高校以厨余类为原料进行厌氧发酵可产生沼气为3650 m3·a-1，增加0.4万·a-1的收益。

(4)构建的生活垃圾分类收集(厨余类/洁净纸类/橡塑类/其他)+厌氧发酵的处理模式，预计每年可获得68.47万元的经济净现值。

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ASurveyontheClassifiedCollectionofMunicipalSolidWasteandItsAnaerobicTreatmentonUniversityCampus

/HUANGAi-min1,HANZhi-yong1,2,FEIYong-qiang1,SHIGuo-zhong3,WUJin3,WEILuo-yu3

/ (1.ChengduUniversityofTechnology，StateKeyLaboratoryofGeohazardPreventionandGeoenvironmentProtection,Chengdu610059,China; 2.ChengduUniversityofTechnology，StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofSynergeticControlandJointRemediationforSoilWaterPollution,Chengdu610059,China; 3.BiogasInstituteofMinistryofAgriculture,Chengdu610041,China)

Taking one university as an example, the college students' environmental awareness and the characteristics of municipal solid waste (MSW) on campus were investigated through questionnaire survey and sample testing, and the biogas production potential of campus solid waste based on classified collection was calculated. The results showed that the per capita living garbage output ranged between 0.068 ～ 0.186 kg·d-1with an average of 0.104 kg·d-1.The main components included kitchen waste, paper, rubber and plastic, accounting for 88% of the total MSW. The MSW density were 43.5～92.6 kg·m-3with an average of 57.2 kg·m-3. the college students' environmental awareness was high, up to 88.4%, but their understanding of living garbage features were not high, only 32.2%. A classified collection mode for student dormitory was designed based on the survey to collect kitchen waste, paper, rubber and plastic separately, among which the kitchen waste could be taken as raw material for anaerobic digestion,3650 m3of methane could be obtained each year. In this way, reduction and recycling of campus waste could be realized.

university campus； municipal solid waste； classified collection； anaerobic digestion

2017-08-29

黄爱民(1992- )，女，在读硕士，主要从事固体废物处理处置技术研究工作，E-mail：851541472@qq.com

施国中，Email：shiguozhong@caas.cn

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A

1000-1166(2017)05-0033-06