北京市城市生活垃圾处理温室气体排放特征及减排策略

刘春红，郝学军，刘枫

1.北京市科学技术研究院资源环境研究所

2.北京建筑大学环境与能源学院

人类社会的飞速发展和物质生活的极大丰富，带来废物及其处理过程中温室气体排放量的日益增多，因此废物的管理和减排成为世界各国关注的焦点。作为发展中国家，我国人口众多，对能源需求巨大，为了减少能源的过度消耗和减轻环境污染，将传统污染物减排和温室气体排放协同治理，对于促进我国实现碳达峰碳中和目标，走可持续发展道路具有重要意义。党的十九大报告明确要求“加强固体废物和垃圾处置”，因此减排及合理处置城市生活垃圾显得尤为重要。

随着碳达峰碳中和目标的提出，我国各城市展开了温室气体排放测算的研究。随着城市生活垃圾产生量增加，生活垃圾处理排放的温室气体测算受到较多研究人员的关注。邹琼等[1]根据《IPCC国家温室气体清单指南》和《省级温室气体清单编制指南》核算了云南省2005—2018年生活垃圾处理排放的温室气体量；唐伟等[2]基于《2006年IPCC国家温室气体清单指南》及《浙江省市县温室气体清单编制指南》核算了杭州市2005—2016年生活垃圾处理排放的温室气体量。潘玲阳等[3]研究并测算了北京市2001—2007年生活垃圾处理排放的温室气体量，但由于目前北京市生活垃圾处理方式与以往有较大的差别，因此从时效性与科学性角度来讲非常有必要重新测算北京市生活垃圾处理的温室气体排放量。

2019年北京市生活垃圾产生量约占我国生活垃圾产生总量的4.19%，同时北京市生活垃圾处理能力高于我国平均水平，与发达国家达到相似水平，因此研究北京市生活垃圾处理过程中的温室气体排放可为其他高水平处理能力城市的碳减排策略制定提供参考。笔者以北京市2010—2019年城市生活垃圾处理过程中温室气体（以CO2、N2O和CH4为主）排放为主要研究对象，通过分析生活垃圾产生、排放和处理情况，借鉴《IPCC国家温室气体清单指南》，核算生活垃圾处理过程中温室气体的排放量，并就生活垃圾产生量与温室气体协同减排提出建议，旨在为政府部门制定相关政策提供参考。

1 我国城市生活垃圾处理基本情况

近年来我国城市生活垃圾的产生量和处理量快速增加，2019年城市生活垃圾的清运量增至24 106.2万t[4]，较2010年增长了52.52%，并以每年4.82%的平均速度递增。《中国统计年鉴》（2011—2020年）显示，我国城市生活垃圾无害化处理量随清运量的升高而增加，且无害化处理率由2010年的77.94%提高到2019年的99.61%。

我国城市生活垃圾的处理方式主要包括卫生填埋、焚烧和堆肥，其他处理方式占比较低。卫生填埋曾是我国生活垃圾的主要处理方式，但随着垃圾处理量的快速增加，填埋土地资源变得紧张，加之其他处理技术不断进步及处理成本的降低，焚烧逐渐成为我国城市生活垃圾处理的主流方式。2019年我国城市生活垃圾焚烧量已超过填埋量(图1)，标志着我国城市生活垃圾处理能力和水平得到显著提升。

图1 我国城市生活垃圾不同处理方式的处理量变化Fig.1 Change of MSW treatment capacity of different treatment methods in China

2 北京市生活垃圾产生、排放与处理情况

2.1 生活垃圾产生与处理概况

根据《中国统计年鉴》（2011—2020年）及北京市住房和城乡建设委员会提供的相关资料，北京市生活垃圾的产生量、处理量及人均日产生量分别见表1及图2。由表1可知，北京市2019年生活垃圾的人均日产生量约为 1.286 kg，比 2010 年 (0.887 kg)高出近45个百分点。由图2可知，2010—2019年，北京市生活垃圾产生量及无害化处理量呈持续增长趋势，产生量从2010年的634.9万t增至2019年1 011.2万t，平均年增长率为5.31%；处理量从2010年的613.7万t增至2019年的1 010.9万t，平均年增长率为5.70%。北京市生活垃圾年处理率（按清运量计算）平均为99.25%，基本满足城市生活垃圾收集及处理无害化、减量化、资源化的原则要求。

图2 2010—2019年北京市城市生活垃圾产生量、处理量及处理率Fig.2 Generation, treatment capacity and treatment rate of MSW in Beijing in 2010-2019

表1 2010—2019年北京市生活垃圾的人均日产生量Table 1 Daily production of MSW per capita in Beijing in 2010-2019 kg/(人·d)

2.2 生活垃圾处理设施及处理能力

垃圾处理方式的选择与城市经济状况、人口规模、城市规模和技术水平等因素有关。发达国家多采取技术先进的焚烧方式取代卫生填埋，在严格控制污染排放的同时，有效实现了温室气体的减排。北京市生活垃圾处理以卫生填埋、焚烧和堆肥3种方式为主，处理设施数量随垃圾产生量及处理量的增多而逐年增加。2010—2019年北京市生活垃圾3种处理方式的处理量发生了较大的变化(图3)：生活垃圾填埋处理量在2015年达到最高值，之后呈逐年下降趋势；而垃圾焚烧处理量及堆肥处理量呈逐年上升趋势，其中垃圾焚烧处理量在2018年超过垃圾填埋处理量。

图3 2010—2019年北京市生活垃圾3种处理方式的处理量变化Fig.3 Treatment capacity of the three MSW treatment methods in Beijing from 2010 to 2019

2019年北京市正常运行的生活垃圾处理设施有40座，其中焚烧厂11座，设计处理能力为16 650 t/d；填埋设施 10 座，设计处理能力为 7 931 t/d；堆肥（生化）处理设施 19 座，设计处理能力为 8 130 t/d。北京生活垃圾无害化处理量达到2.77万t/d，其中焚烧处理量为1.50万t/d，卫生填埋处理量为0.80万t/d，堆肥处理量为0.46万t/d。3种方式的处理量（图4）中，焚烧处理量占北京市生活垃圾处理量的1/2以上，焚烧、填埋处理量合计占北京市生活垃圾处理量的83%。

图4 2019年北京市生活垃圾3种处理方式的处理量占比Fig.4 Proportion of treatment capacity of three MSW treatment methods in Beijing in 2019

2010—2019年北京城市生活垃圾处理设施数量变化如图5所示。由图5可知，卫生填埋场的数量由2014年的16座减少到2019年的10座；而焚烧厂数量呈现逐年增长的趋势，由2014年的3座增加到2019年的11座。

图5 2010—2019年北京市生活垃圾处理设施数量变化Fig.5 Variation of the number of MSW treatment facilities in Beijing in 2010-2019

3 北京市生活垃圾处理温室气体排放量测算

3.1 测算依据与方法

3.1.1 测算依据

生活垃圾温室气体排放量测算主要根据城市温室气体排放核算和报告通用标准——《城市温室气体国际核算标准》以及《联合国气候变化公约》缔约方国家编制地方温室气体排放清单，具体包括《1996年IPCC国家温室气体清单指南修订本》《IPCC国家温室气体清单优良做法指南》（简称《IPCC优良做法指南》）和《2006年IPCC国家温室气体清单指南》（简称《2006 IPCC 指南》）。同时还参考了2011年5月国家发展和改革委员会办公厅印发的《省级温室气体清单编制指南（试行）》（发改办气候〔2011〕1041号，简称《省级指南》）第五章废弃物处理第二条固体废物处理。

3.1.2 不同垃圾处理方式温室气体排放量测算方法

将固定生活垃圾视为完全分解，采用质量平衡法进行核算。质量平衡法量化了生活垃圾的产生、排放、氧化和回收，简化了复杂过程和影响因素，是被广泛采用的模型[5]。

3.1.2.1 卫生填埋

垃圾卫生填埋是依据一定的理论基础和严格的规范标准要求，对垃圾进行填埋处理和有效控制，达到无害化、稳定化和资源化处理目标的技术。卫生填埋是垃圾处理最基本的方法[6]。城市生活垃圾中有机成分占65%～75%。生活垃圾填埋气体的产生，是一个具有物理、化学和生物反应的复杂过程，其中以生物反应为主，并且受垃圾成分、填埋时间、气候条件及填埋场水文地质条件等因素的制约[7-8]，尤其是垃圾中有机成分越多，产生的填埋气体就越多。由于相关统计报表中缺少生活垃圾物理组分相关数据，本研究通过查询相关文献[9-13]，获得北京市2010—2019年生活垃圾物理组分占比（缺少2017年、2019年的数据），具体见表2。由于无机垃圾不含可降解的有机物，塑料中虽含有有机物，但降解速度很慢，因此本研究忽略玻璃、金属、砖瓦陶瓷、灰土及塑料中有机物的降解。

表2 2010—2019年北京市生活垃圾的物理组分占比Table 2 Proportion of physical components of MSW in Beijing in 2010-2019%

由表2可知，2010—2019年北京市生活垃圾的组分中，厨余垃圾、塑料、纸类年均合计占比在85%以上。根据《省级指南》有关规定，固体废物处置场所非化石废物排放的CO2属于生物成因，不计入温室气体排放量，而只有填埋发酵过程产生的CH4（其温室效应是同体积CO2的21倍[14]）才被列入温室气体清单，因此本研究只计算CH4的排放量。公式如下：

L0计算公式如下：

式中：MCF为CH4修正因子，取0.9[16]；DOC为可降解有机碳在垃圾中的占比，取0.15[17]；DOCj为可降解有机碳在有机碳中的占比，取0.5[15,18]；F为垃圾填埋气体中CH4的占比，取0.5[15,19]。MCF、DOC与垃圾填埋处理方式、处置技术及垃圾成分关系密切。

3.1.2.2 焚烧

北京市焚烧处理设施多采用炉排炉，其技术优势表现为对生活垃圾适应性强，处理能力大，宜成规模建设、运行[19]。生活垃圾焚烧处理产生的温室气体包括化石成因和生物成因排放的CO2，仅将化石成因排放的CO2纳入温室气体排放总量中。CO2排放量计算公式如下：

表3 2010—2019年北京市焚烧垃圾中矿物碳占比Table 3 Proportion of mineral carbon in waste incineration in Beijing in 2010-2019%

3.1.2.3 堆肥

垃圾堆肥基本上采用好氧工艺，经过一次发酵和二次发酵，产生温室气体CO2、CH4、N2O。其中CO2的产生来源为生物质碳，故不计入温室气体排放总量中。用缺省值法计算CH4、N2O排放量，计算公式如下：

式中：MSWd为堆肥处理的生活垃圾量，万 t/a；EFC为堆肥处理的CH4排放因子，g/kg；EN2O为堆肥处理的N2O排放量，万t/a；EFN为堆肥处理的N2O排放因子，g/kg。

3.2 不同处理方式下温室气体排放量变化

2010—2019年北京市生活垃圾卫生填埋、焚烧和堆肥3种处理方式的温室气体排放量分别如图6～图8所示。由图6可知，北京市生活垃圾填埋气体CH4的排放量总体呈先增加后减小的趋势，2015年CH4排放量达到峰值（19.93万t），之后出现

图6 2010—2019年北京市生活垃圾卫生填埋CH4排放量变化Fig.6 Trends of CH4 emissions from MSW landfills in Beijing in 2010-2019

逐年下降的趋势，由2016年的19.15万t减少到2019年的11.83万t。由图7可知，北京市生活垃圾焚烧CO2排放量2014年之后增长较快，由2014年的 41.00万 t增长到 2019年的 132.31万 t，增长了3.2倍，这与北京市生活垃圾焚烧处理量的变化直接相关。随着未来垃圾焚烧处理量占比的进一步提高，其CO2排放量还将进一步增长。由图8可知，北京市生活垃圾堆肥CH4、N2O的排放量总体呈波动上升趋势，2018年达到峰值，之后下降。

图7 2010—2019年北京市生活垃圾焚烧CO2排放量变化Fig.7 Trend of CO2 emissions from MSW incineration in Beijing in 2010-2019

图8 2010—2019年北京市生活垃圾堆肥CH4、N2O排放量变化Fig.8 Trend of CH4 and N2O emissions from MSW composting in Beijing in 2010-2019

3.3 温室气体排放量随时间变化特征

根据2007年联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第4次评估报告，CH4、N2O产生的温室效应分别是相同质量CO2的21、298倍，将其折算成CO2当量，得出2010—2019年北京市生活垃圾处理CO2排放量如图9所示。由图9可知，2010—2019年北京市生活垃圾处理CO2排放量总体呈先增后减的趋势，且变动幅度减缓；2016年之后垃圾处理CO2排放总量呈下降趋势，其中2019年达到10年来的最低水平，这主要与近年来北京市垃圾填埋处理量减少，垃圾处理方式从以填埋为主转变为以焚烧为主有关。2018年垃圾焚烧处理量已超过填埋处理量（图3），而焚烧处理CO2排放量远低于填埋处理排放量（图9），表明焚烧处理方式CO2排放强度低于填埋处理方式CO2排放强度，因此即使生活垃圾产生量逐年增加，但由于处理方式的转变，CO2排放量仍逐年减少。北京市垃圾填埋处理方式及垃圾产生量对碳排放影响较大。

图9 2010—2019年北京市生活垃圾处理CO2的排放量Fig.9 CO2 emissions from MSW treatment in Beijing in 2010-2019

随着垃圾填埋场数量逐年递减以及相对低排放强度的CO2垃圾焚烧处理厂数量增加，加之目前《北京市生活垃圾管理条例》的实施，可以预测，北京生活垃圾处理的CH4和CO2排放量将继续下降。同时，垃圾分类在使生活垃圾产生量减少的同时，增加了垃圾焚烧厂垃圾的热值，提高了垃圾焚烧效率，减少了二噁英等有毒有害气体的产生，为将来北京生活垃圾处理碳中和提供支持。

4 北京市生活垃圾处理碳减排策略

4.1 推进生活垃圾源头减量

（1）提升低碳意识，倡导绿色消费

养成低碳的生活方式和消费模式，响应国家号召，践行绿色低碳、简约适度的消费模式，合理、理性购物和消费，推动政府绿色采购、绿色办公，推广使用可循环利用物品，限制使用一次性用品，倡导净菜和洁净农副产品进城，从源头上减少垃圾产生量。垃圾处理的全过程离不开公众的参与，因此建立低碳管理体系，培养公众的低碳意识至关重要。公众参与不仅可以提高居民垃圾分类的参与度，还可以促进垃圾处理全过程中各环节的节能、节水、节电。

（2）促进垃圾分类及垃圾资源回收

可回收的垃圾被投放进焚烧炉，不仅造成资源浪费，同时增加碳排放量。由于塑料的FCF及CCW远高于其余垃圾成分，当含有较多塑料成分的生活垃圾焚烧时会有较多的碳排放。垃圾分类既有助于减少垃圾处理量，也可减少碳排放量。目前北京市已实施垃圾分类收集，但在部分地区效果不好，其中一个重要原因就是居民的随意投放。因此，未来工作的重点是加强教育和引导，做好日常宣传，设置垃圾分类收集箱提示，安排工作人员对小区居民投放进行现场指导；同时建立垃圾资源回收的投放点，推动垃圾收运系统与再生资源回收系统有效衔接，保证有价值的再生资源都可以得到回收利用，从根本上减少垃圾排放量。

4.2 合理推进垃圾处理设施的建设

2010—2019年北京市生活垃圾产生量逐年升高，而垃圾处理产生的温室气体排放量却呈下降趋势，单位垃圾处理排放强度明显下降的原因在于生活垃圾处理方式的转变，即从排放强度高的卫生填埋逐渐转变为排放强度较低的焚烧及堆肥处理。随着北京市大力推进垃圾分类，厨余垃圾占比提高，因此需要合理推进垃圾焚烧及堆肥处理设施的建设，将垃圾填埋场只用作垃圾焚烧和堆肥的残渣填埋以及应急处置。从而在实现垃圾资源化、减量化、无害化的基础上实现降碳的目的。

4.3 优化垃圾收运系统

生活垃圾中的厨余垃圾（如瓜果蔬菜、食物残渣等）含有大量有机成分，无序化管理和处置不合理会导致其污染可回收物，造成资源浪费或增加可回收物二次清洁工序，导致间接碳排放。

合理规划垃圾中转站，缩短收运距离，用大型密闭垃圾转运车替代小型垃圾收运车，采用清洁能源车辆替代传统化石能源车辆等。中转站运营时，要全面推行车间、卸料工位的全密闭化，充分考虑除尘、除臭、噪声防治以及垃圾渗滤液与污水处理。

4.4 防止垃圾处理过程中的二次污染

生活垃圾处理过程中可能会因为各种情况产生二次污染，并引起大气、水体等污染，增加环境负担，还可能造成一定的间接碳排放，因此需要加强垃圾处理二次污染防控。对新建垃圾处理设施要严格执行国家或地方有关污染防治的最新标准，对现行垃圾处理设施也要通过工艺完善和技术改造逐步满足相关标准要求。

5 结论

（1）2010—2019年北京市生活垃圾产生量与处理量分别以平均每年5.31%、5.70%的速率递增。2019年北京市生活垃圾处理率达到99.94%，垃圾的焚烧处理量超过了卫生填埋处理量。

（2）北京市生活垃圾处理的CO2排放量受生活垃圾产生量及处理设施结构影响，2010—2015年排放量持续增长，2016年达到峰值，之后呈逐年下降的趋势，2019年降到最低水平（426.03万t）。这主要是由于生活垃圾填埋处理量减少，垃圾处理方式从以填埋为主转变为以焚烧为主。

（3）建议继续推进生活垃圾源头减量，合理推进垃圾处理设施的建设，优化垃圾收运系统，防止垃圾处理产生二次污染，以促进北京市生活垃圾处理过程中的碳减排。