中国生活垃圾焚烧环境损害成本研究

摘要：环境损害成本分析可以衡量人类活动造成的污染对最终主体的影响。目前，我国生活垃圾焚烧（MSWI）所造成的环境损害成本仍不清楚。作者基于环境损害模型（LIME-3）对中国MSWI 所产生的环境损害成本进行了研究，包括初级生产力（NPP）、社会资产（SA）、生物多样性（BIO）和人体健康（HH）四个端点影响类别，并分析了时空分布和影响因素等。结果显示，2004～2019年，中国 MSWI 的环境损害总成本分别为133、54、23、5亿美元，SA（61%）gt;HH（25%）gt;BIO（11%）gt;NPP（3%），华东地区占比最大，西南以及华中地区增长趋势比较明显。这些结果可以为整个中国生活垃圾管理系统以及地区特定废物的管理政策制定提供数据支撑。

关键词：生活垃圾焚烧；LIME-3模型；环境损害成本

中图分类号：X705""" 文献标识码：A"" 文章编号：1009-3583（2024）-0074-04

Study on the Environmental Damage Cost of Domestic Waste Incineration in China

LUO Huan1 ， HUANG Yuan-dong1 ， LI Bin1 ， WANG Guo-rui1 ， CHEN Xiao-Jia1， 2*

（1.School of Environment and Architecture， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China;2. a. Collab-orative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology， b. Key Laboratory of High Technology Researchon Atmospheric Environment Monitoring and Pollution Control of Jiangsu Province， c. School of Environmental Science and Engineer-ing， Nanjing University of Information Science amp; Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract： Environmental damage cost analysis can measure the impact of pollution caused by human activities on the final subject from an endpoint perspective. At present， the environmental damage cost caused by municipal solid waste incineration （MSWI） in China is still unclear. Based on the LIME-3 model， the environmental damage cost caused by MSWI in China was studied， including four end- point impact categories of primary productivity （NPP）， social assets （SA）， biodiversity （BIO） and human health （HH）. The Spatial-tem- poral distribution and influencing factors were analyzed. The results show that from 2004 to 2019， the environmental damage cost of MSWI in China was 13.3 billion， 5.4 billion， 2.3 billion and 500 million US dollars respectively， SA （61%）gt;HH （25%）gt;BIO （11%）gt; NPP （3%）. East China has the largest proportion and the growth trend in Southwest and Middle China were most obvious. These results can provide support from the overall Chinese MSW management system and the formulation of specific waste management policies in specific regions.

keywords： municipal solid waste incineration; LIME-3 model; environmental damage cost

由于生活垃圾量的快速增长，城市固体废物管理面临挑战。我国生活垃圾无害化处理方法主要有填埋、焚烧和堆肥等，但是无论哪种处理方法都会对环境和人类健康产生一些负面影响。2020年，我国生活垃圾清运量23511.7万吨，无害化处理率达到99.7%，而焚烧所占比例为62.3%，相比于2004年的4.9%上升了57.4%[1]，这说明生活垃圾焚烧在未来的垃圾无害化处理中有着越来越重要的地位。所以，分析垃圾焚烧对环境和人体的影响是有必要的。

生命周期影响评估（LCIA）可以从终点的角度定量衡量产品和服务系统整个生命周期对环境的影响，货币化可以使结果更加透明[2]。近年来，越来越多的研究人员关注从终点的角度来评估产品或服务所造成的环境损害成本。书保仁[3]等基于 LIME 模型比较了垃圾填埋场和焚烧的环境损害成本，发现垃圾填埋场的生态指数大于焚烧。LIU [4] 等利用 LIME-3模型评估了上海市城市生活垃圾处理的环境损害成本，结果显示，2014～2018年初级生产力（NPP）、社会资产（SA）、生物多样性（BIO）和人类健康（HH）的环境损害成本分别为113.7、116.9、140.0、144.0和1.708亿美元。但这些研究多主要集中于以某个城市作为评估对象，不能全面地反映我国现状。

为了更全面和准确地评估我国生活垃圾焚烧处理对环境和人体带来的影响，本研究计算了2004～2019年生活垃圾焚烧的环境损害成本，并分析了时空变化特征和影响因素，这些结果可以为整个中国生活垃圾管理政策的制定提供数据支撑。

1研究方法

1.1物理模型

LIME 模型（生命周期基于端点建模的影响评估方法），是一种以损坏为导向的 LCIA 方法，用于量化事件引起的环境影响，并且具有高度的透明度[2]。 LIME 适用于 LCIA 方法的三个因素：（1）表征，（2）损害评估，（3）加权。积分因子（IF）[5]通过损伤因子（DF）乘以加权因子（WF）得到，总环境损害成本I 的积分结果用公式（1）（2）表示。

式中，lnv（X）表示污染物 X 的清单数据。

1.2清单计算

1.2.1 SO2、NOx 排放清单计算

在本研究中，结合省级生活垃圾焚烧量的统计数据，收集不同年份、不同焚烧炉型和烟气净化装置的排放因子。本研究采用排放因子法计算2004～2019年我国垃圾焚烧所产生的 SO2和 NOx 排放量，算法公式如（3）所示[6， 7]：

式中，ET 为 SO2、NOx 的排放量，单位为吨；A 为垃圾焚烧量（万吨/年）；CEF为污染物综合排放因子（克/吨）[6-10]；j 为焚烧炉类型（GFI 为炉排炉焚烧炉、 FBI 为流化床焚烧炉）；i 为省份；t 为年份。

1.2.2 CO2排放清单计算

编制地方温室气体排放清单时参考的指南主要有《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》，计算方法如公式（4）[11]。

式中，ICO2为CO2排放量（万吨/年）；MSW为生活垃圾焚烧湿重的总量（万吨/年）；f为组分j 的含量（%）；d m为干物质成分j 中的比例（%）；ce为干物质中碳的比例（%）；Fce是化石碳的比例（%）；of 为氧化因子。

2 结果与讨论

2.1清单结果分析

排放清单作为排放特征的综合反映，对制定产业发展规划、排放标准和污染治理战略具有重要意义，2004～2019年我国生活垃圾焚烧 SO2、NOX、CO2的历史排放趋势如图1所示。2019年SO2、NOX、CO2分别排放了1.2、4.06、4254万吨，CO2的排放处于逐年上升趋势，SO2、NOX 排放量在2014年以前逐年上升，2014年达到峰值或增长速度减慢，2016年后趋于稳定。这种排放趋势与《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485-2014）的有效时间正好一致，2014年新标准的实施促进了MSWI 空气污染控制设备的升级，同时提高了焚烧炉的管理水平，从而减少了空气污染物的排放。

2.2环境损害总成本分析

环境损害总成本可表示生活垃圾焚烧多年后对环境的累积效应，2004～2019年环境损害总成本如图2所示，在研究的四个保障主体（SA、HH、BIO、NPP）中，2004～2019年16年我国生活垃圾焚烧的环境损害总成本分别为133、55、23、5亿美元，其中 SA（61%）gt; HH（25%）gt;BIO（11%）gt;NPP（3%），四个类别中 SA损害成本较大，是重点控制对象。

2.3时空变化特征分析

2.3.1时间特征

2004～2019年每种保障主体（SA 、HH 、BIO、 NPP）的变化趋势如图3所示。2004年各成本分别为0.83、0.58、0.13、0.03亿美元，2019年增长到了23.14、6.46、4.09、0.94亿美元，环境损害成本随着焚烧量的增加迅速增加。但是从成本所占比例的年变化来分析，HH 所占比例逐年下降，从37%下降到19%；而 SA 占比一直在增加，从53%增加到67%。所以，控制总成本的增长应先控制 SA。

2.3.2空间特征

2004～2019年我国环境损害成本的空间分布如图4所示，华东和华南等沿海地区分布比较集中，这与其垃圾处理量密切相关。2019年不同地区的损害成本分布为华东（15.87亿美元）、华南（6.13亿美元）、华北（3.88亿美元）、西南（4.02亿美元）、华中（2.80亿美元）、东北（1.36亿美元）、西北（5.69亿美元），这一分布特征与这些地区的垃圾焚烧量基本一致，2019年华东地区的垃圾焚烧量占了全国的51%，其损害成本占了全国的46%。西南以及华中地区从2004～2019年损害成本占比明显上升。西南从5%增加到了11%，华中从2%增长到9%。这主要与两地区近年来垃圾焚烧量的增长速度有关。

2.4影响因素

2.4.1焚烧量

垃圾焚烧量是影响环境损害成本最主要的因素，焚烧每吨垃圾所造成的环境损害成本为30.87美元，其中 SA 为18.98美元/吨，HH 为7.82美元/吨， BIO 为3.29美元/吨，NPP 为0.77美元/吨。我国生活垃圾焚烧量从2004年的448.9万吨增长到2019年的12148.6万吨，增长了26倍，但可以看出HH 的单位损害成本随着焚烧量的增加呈下降趋势，这可能是由于焚烧技术的升级、净化装置的优化以及排放标准的提高使污染物的排放得到了有效控制，所以对人体健康的影响也逐渐减小。

2.4.2排放量和垃圾组成成分

环境损害成本的影响因素如图5所示。在四个端点的影响中，SA、NPP 主要受垃圾组成成分的影响，CO2对 BIO 的贡献最大，HH 同时受 SO2和 CO2 的影响。食品垃圾、塑料和橡胶对 SA 和 NPP 这两种损害成本的影响较大。2019年食品垃圾、塑料和橡胶的SA 损害成本分别为12亿美元和3.2亿美元。 SA、NPP 中的食物垃圾对总成本的贡献率为54%，而东北和华东地区垃圾中的食品垃圾比例较高，尤其是华东地区达到了64.5%，所以从源头将食品垃圾进行分类显得格外重要。

3结论

基于LIME 模型对中国生活垃圾焚烧产生的环境损害成本进行了研究，研究包括初级生产力（NPP）、社会资产（SA）、生物多样性（BIO）和人体健康（HH）四个端点影响类别，分析了环境损害成本的时间、空间分布和影响因素等，得出以下主要结论。

（1）2004～2019年，中国生活垃圾焚烧造成的环境损害总成本分别为133、54、23、5亿美元。SA （61%）gt;HH（25%）gt;BIO（11%）gt;NPP（3%），SA 的比重在不断上升，应重点控制其增长。

（2）华东地区占比最大，西南以及华中地区增长趋势明显，应优先控制华东地区，重点关注西南和华中地区的发展趋势。

（3）HH 的单位损害成本在近些年呈现下降趋势，主要是由于焚烧技术的升级、净化装置的优化以及排放标准的提高使污染物的排放得到了有效控制，所以对人体健康的影响也逐渐减小。

（4）CO2对 BIO 和 HH 的贡献率都比较高，同时 HH 还受到 SO2的影响，另外，食品垃圾对 SA、NPP 的贡献率相较于其他垃圾组分超过了总体的一半，达到54%，所以推行垃圾分类，从源头分离食品垃圾显得格外重要。

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（责任编辑：朱彬）