垃圾分类逐步实施下校园有机垃圾堆肥绿化利用分析
2021-03-23王婉静周庆生庞天赐陈海博徐永贵
王婉静 周庆生 庞天赐 陈海博 徐永贵
关键词：有机垃圾堆肥;再生利用;资源量;潜在需求量;需供比
1973年，保罗·帕尔默首次使用了无废（zero waste）一词，直至20世纪90年代后期，这一理念才受到社会各界的广泛关注。无废理念的核心是对废弃物价值的重新定义，需要意识到废物是潜在的资源[1]。近年来，欧美国家不断通过政策法案减少垃圾卫生填埋量和焚烧量[2]。减少垃圾填埋和焚烧最有效的办法是源头减量和再生资源化利用。焚烧垃圾中的有机物质占有较高的比例[3]，因此，世界各国不断研究这些有机物质的再生资源化利用[4]。
有机生活垃圾成分复杂，具有“危害性”和“资源性”双重属性[5]。近年来，随着中国经济快速发展和居民消费水平的提高，生活垃圾的品种和产生量都出现迅速增长趋势[6]，也引发了处理及再生资源化利用等问题[7]。2019年，我国生活垃圾中的有机物质所占比例高达59.30%，年产生量约9 000万t[8]。另外，我国有机生活垃圾具有高含水率、高盐、高有机质和高油脂等特点[9]，极易腐化发臭[10]和滋生致病微生物，严重威胁生态环境和人体健康[11]。此外，目前我國城市生活垃圾无害化处理57.22%依靠卫生填埋，40.24%依靠焚烧[12]，再生资源化利用在生活垃圾处理中所占比例仍然较低。垃圾焚烧产生的污染物质以及卫生填埋处理，同样会引发一定的漏水漏气等环境问题[13]。
有机生活垃圾主要有堆肥化[14]和发酵制沼气[15 -16]等再生资源化利用对策。有机生活垃圾经过上述方法处理，不但能减轻污染物对地下水的污染，减少温室气体的排放，使废物实现资源化[17]，还能有效避开食物链，防止生物富集危害人类[18]。城市有机生活垃圾存在有机成分不稳定和大规模搬运困难等不利因素[19]，因此，发酵制沼气存在较大难度。另外，城市有机生活垃圾堆肥在农业利用中，同样存在养分不固定和运输范围的经济性等问题[20]，广域农业施用难度较大。本研究认为，城市有机生活垃圾集中堆肥化并且在发生区域内利用，是高效的、经济的集约型再生资源化利用方法，具有较高的学术研究价值[21]。
高校是城市的重要组成部分，也是青年人群食宿较为集中的地方，有机生活垃圾的产生量恒定可控。文献显示，全国在校生若每人每天产生0.1 kg有机生活垃圾，年校园垃圾产生量将高达95万t[22]。另外，由于外卖业的兴起和配送产业的蓬勃发展，校园有机生活垃圾的产生不局限于校园食堂，不但给有机生活垃圾的集中收集造成很大麻烦，还扩大了污染范围。在校内进行垃圾分类，将校园有机生活垃圾堆肥化处理并进行校园绿化循环利用，不但能强化大学生的环境保护意识，而且对促进绿色大学发展意义重大。校园有机生活垃圾（包括学校食堂餐厨垃圾中的骨骼内脏、蔬菜叶、剩饭剩菜等和学生宿舍中的果皮、过期食品及茶叶渣等有机物质，下同）集中堆肥化并且最大限度地在校园区域内实施绿化（包括乔木、灌木、草坪、花卉等，下同）利用，是高效的、经济的集约型再生资源化利用方法，可促进大学生活垃圾的再生资源化利用，对建设绿色校园、保护生态环境和推动我国绿色低碳循环发展的经济体系具有重要意义。
1 研究方法与目的
本研究以大学校园内有机生活垃圾堆肥绿化利用的需求和供给可能性、需求供给平衡分析为中心进行探究，研究技术路线如图1所示。利用校园有机生活垃圾排出的现场调研和数据收集以及文献梳理和定量分析等具体研究方法，对校园有机生活垃圾转化为堆肥的资源量（理论可供给量，下同）和堆肥绿化利用潜在需求量（理论最大需求量，下同）的计算定式化，对需求供给平衡分析模式化。以郑州师范学院为研究代表事例（model case），以该校的东、西两校区为研究区域进行试点分析，为研究区域有机生活垃圾堆肥的校园绿化利用可能性提供有效的科学依据，构筑集约型校园有机生活垃圾堆肥资源绿化利用分析体系，并推广应用。本项目的完成对加强郑州师范学院有机生活垃圾的再生资源化利用、促进全国校园垃圾再生资源化利用及推动我国绿色大学的发展都起到重要作用。
2 研究对象有机生活垃圾产生量的调查与统计
郑州师范学院的校园由东、西两个校区组成，校园有机生活垃圾主要集中在学生宿舍和学校食堂。西校区由3栋学生宿舍楼（包括1栋男生宿舍、2栋女生宿舍）和1个综合食堂（包括1个民族餐厅、1个学生餐厅、1个教师餐厅）组成;东校区由10栋学生宿舍楼（包括2栋男生宿舍、8栋女生宿舍）和1个综合食堂（包括1个民族餐厅、2个学生餐厅、2个教师餐厅）组成。本研究分别对各校区、各学生宿舍和各食堂的有机生活垃圾产生量进行了调查和统计。统计时间为2020—2021学年第一学期（即2020年9月1日—2021年1月10日，下同）。
学生宿舍主要采取有机生活垃圾投放宣传、设置回收箱（各学生宿舍每层楼梯口分别设置回收箱并张贴投放说明）及对回收箱设置点进行定期观察统计等，估算出每天、每周及每学期各校区学生宿舍有机生活垃圾产生量。统计结果如表1所示。
学校食堂有机生活垃圾产生量的调查统计同样采取现场调研和数据整理等方法。通过专人记录的方式，在各校区、各食堂对一日三餐的有机生活垃圾产生量进行统计，估算出每天、每周及每学期各校区、各食堂有机生活垃圾的产生量。统计结果如表2所示。
3 研究对象有机生活垃圾堆肥资源量和绿化堆肥潜在需求量的计算
3.1 研究对象有机垃圾堆肥资源量的计算
2020—2021学年第一学期东、西校区的校园有机生活垃圾堆肥资源量根据公式（1）计算。通过校园有机生活垃圾产生量Wij乘堆肥转化系数D，计算出有机生活垃圾堆肥资源量Zij。
Zij=Wij×D （1）
式中：Wij—有机生活垃圾产生量，t;D—堆肥转化系数;Zij—有机生活垃圾堆肥资源量，t;j—学期;i—校区（东校区和西校区）。
有机生活垃圾经过发酵、干燥等过程，被制成符合国家标准的堆肥，在转化为堆肥的过程中质量减小。本研究将堆肥的质量和有机生活垃圾质量之比定义为堆肥转化系数。转化系数D参考文献值，约为0.3[23]。有机生活垃圾产生量Wij利用表1和表2研究对象（学生宿舍和校园食堂）的有机生活垃圾产生量的调查和统计值，根据公式（1）计算出东西校区2020—2021学年第一学期的有机生活垃圾堆肥资源量，如表3所示。
3.2 研究对象校园绿化堆肥潜在需求量的计算
2020—2021学年第一学期东、西校区的校园绿化对堆肥的潜在需求量根据公式（2）计算。通过绿化面积Sij乘綠化堆肥施用标准X，计算出校园绿化对堆肥的潜在需求量Mij。
Mij=Sij×X （2）
式中：Mji—绿化对堆肥的潜在需求量，t/hm2;X—绿化对堆肥的标准，t/hm2;Sij—绿化面积，hm2;j—学期;i—校区（东校区和西校区）。
研究对象的绿化面积Sij由校方提供。绿化堆肥施用基准X参考文献值[24]。文献显示，绿化堆肥的年施用标准为20 t /（hm2·年），绿化施肥一般为一年两次（每次10 t /hm2），因此，本研究对2020—2021学年第一学期的绿化施肥单位设定为10 t / hm2。东、西校区2020—2021学年第一学期校园绿化堆肥潜在需求量的计算结果如表4所示。
4 研究对象有机生活垃圾堆肥需求供给平衡分析
2020—2021学年第一学期东、西校区有机生活垃圾转换为堆肥的资源量、校园绿化的堆肥需求量及堆肥需供比（需求量/资源量）的计算结果如表5所示。
由表5得知，2020—2021学年第一学期的校园有机生活垃圾转化为堆肥的资源总量约为148.58 t，校园绿化对堆肥的潜在需求总量约为270.00 t，总需供比约为1.82。该研究对象的校园绿化堆肥需求量大于供给量，出现了供不应求的状况，由此可判断出研究对象的校园有机生活垃圾转化为堆肥后全部可以被校园绿化利用。该研究对象的绿化覆盖率高且对堆肥的需求量较大，是造成此结果的主要原因之一。东、西校区的堆肥需供比分别约为1.57和2.47，东校区的需供比远大于西校区，东校区是新建校区，规划相对合理，而绿化覆盖面积较大是造成此结果的主要原因。
5 结语
以郑州师范学院为研究对象，利用校园有机生活垃圾排出的现场调研、数据收集统计及文献梳理等研究方法，通过对各校区、各学生宿舍和各食堂有机生活垃圾产生量的调查和统计，得出2020—2021学年第一学期的校园有机生活垃圾产生量，根据有机生活垃圾堆肥转化率，估算出校园有机生活垃圾堆肥资源量。通过校园绿化面积和绿化堆肥施用标准，推算出校园绿化对堆肥的潜在需求量。根据以上计算结果，对该研究对象的校园有机生活垃圾堆肥绿化利用需求供给平衡进行了定量分析。研究结果表明，郑州师范学院2020—2021学年第一学期的校园有机生活垃圾转化为堆肥的资源总量约为148.58 t，校园绿化对堆肥的潜在需求总量约为270.00 t，总需供比（需求量/资源量）约为1.82，需求量远大于供给量，由此可判断，郑州师范学院的校园有机生活垃圾转化为堆肥后全部可以被校园绿化利用，为校园有机生活垃圾的资源化利用提供了一定的科学依据。作为今后的研究方向，对校园有机生活垃圾的效率化收集方法和校园内堆肥设施的科学性设计等探究也很有必要。
