昆明市城市生活垃圾處理方法比較——基于環境保護和能源利用視角

王 婷，徐曉勇

(云南大學發展研究院，云南昆明 650091)

1 引言

在我國工業化發展進程中，黨和政府高度重視環保工作，同時將垃圾的回收與處理列為環保工作的重點。1995年10月30日我國政府頒布的《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》和2005年5月29日建設部、國家環境保護局和科技部發布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》均明確指出:對城市生活垃圾應該按照減量化、資源化、無害化的原則，加強對垃圾產生的全過程管理，從源頭減少垃圾的產生，積極進行無害化回收和處理，防治環境污染。2007年，黨的十七大報告指出“要建設生態文明，基本形成節約能源資源和保護生態環境的產業結構、增長方式、消費模式”，中央在“十一五”規劃中也提出“每年節能4%，減排2%”的目標，并且要促進城市污水與城市生活垃圾處理。

然而，伴隨著我國經濟發展和城市化進程的加快，城市生活垃圾量逐年遞增，導致了嚴重的土地資源占用和環境污染問題，并產生了巨大的社會經濟損失。相關數據資料顯示，全世界垃圾年均增長速度為8.42%，而我國垃圾增長率高達10%以上，其中我國城市生活垃圾年均產生量占全世界垃圾年均產生量的30.61%。截止2009年，我國固體垃圾堆存量已達到80億t，堆占土地面積達13.33多萬hm2，直接經濟損失超過80億元人民幣。因此，實現城市生活垃圾處理的無害化、減量化和資源化成為當前我國面臨的重大問題之一，如何從環境保護和能源利用的角度合理處理城市生活垃圾也引起了社會各界的廣泛關注。

2 文獻回顧

另外，許多學者也通過對某些城市情況進行分析，提出適合于當地城市生活垃圾處理的不同方案，比如:陳科等以北京市為例，計算了垃圾處理全程的社會成本，得出了從垃圾收集到堆肥、填埋、焚燒處理的價格［6］;張記市等提出對昆明市生活垃圾的處理采用分選回收、焚燒和衛生填埋于一體的綜合處理方法［3］。以上研究都提出了城市生活垃圾處理的處理方法及應用，但是很大程度上混淆了城市生活垃圾處理所面臨的環保和能源等方面的問題，從而使得所提方案不具有針對性。

從技術方法層面看，能值分析［1］方法在不同領域得到廣泛應用，尤其在生態系統的能值計算和環境影響方面實現了技術性的突破，該方法可以從能級比較的角度衡量各種生態系統對環境的影響，以及所產生的能值大小。例如:楊德偉等運用能值分析方法，對四川省1998～2003年生態經濟系統的凈能值產出率、能值投入率、能值利用強度、可持續發展指數等指標及其變化趨勢進行了定量分析，并與其它國家和地區進行了比較［7］;唐寧等引入能值分析理論對土地生態經濟系統的可持續性進行評價，并探討了土地生態經濟系統的構成及其與土地可持續利用的關系［8］。基于能值分析的適用性，本文將借鑒以上研究理論和方法，試圖將能值分析法應用于城市生活垃圾處理系統研究，并以云南省昆明市為案例，分別對垃圾填埋及沼氣發電、垃圾焚燒發電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式進行實證研究，通過測算得到的環境負載量(ELR)和能值產出率 (EYR)比較不同城市生活垃圾處理方法對環境污染和資源利用的影響。

3 能值分析法原理及指標

能值分析 (Emergy analysis)理論和方法是美國著名生態學家、系統能量分析先驅H.T.Odun為首于20世紀80年代所創立［1］。能值分析方法在生態經濟系統結構功能、自然資源評估利用等方面均取得了開創性的應用。

3.1 基本原理

能值分析 (Emergy analysis)方法是以能值為基準，把生態系統或生態經濟系統中不同種類、不同質量和不可比較的能量轉換成統一的標準——能值 (Emergy)來進行比較和定量分析，以此評價不同類型的方法在其系統中的作用和地位。

經濟系統中能值的投入和產出關系表現為:人類對經濟系統投入可更新資源能值 (EmR1)和不可更新資源能值 (EmF)，同時獲取自然環境中的可更新資源能值 (EmR)和不可更新資源能值(EmN)，最終產生新的系統產出能值 (EmY)，見圖1。

3.2 指標選擇

將以上所構建的經濟生態系統應用于城市生活垃圾的處理，并通過對以下指標的分析可以判斷出城市生活垃圾的不同處理方法對環境的影響以及能源利用程度。

(1)能值轉換率 (Transformity):用K表示，該指標能將生態系統或生態經濟系統內流動和存儲的各種不同類別的能量轉換為同一標準的能值，其中:M表示產品形成所需直接和間接投入應用的太陽能總量，單位:Sej;B表示某種能量或物質的質量，單位:J或g。

(2)能值/貨幣比 (Emergy/Money Ratio):用EDR表示，該指標體現某國家或地區單位貨幣所對應的能值量，其中:D代表購買某單位能值所需要的貨幣，單位:$。

那么本次會議提交的論文中其他的一些論文，表面上看好像和陸游從軍南鄭沒有關系，其實也有相當大的關系。當然，這就涉及到會議的第二個主題，就是唐宋詩人與漢中，他們和陸游也有潛在的關系。比如說馬強的論文《岑參梁州詩新考》談岑參漢中詩，另外一方面因為岑參對陸游的影響是非常大的，陸游在《跋岑嘉州詩集》中間甚至認為岑嘉州唐宋詩人“太白、子美而后，一人而已”，《夜讀岑嘉州詩集》：“公詩信豪偉，筆力追李杜。”所以這雖然不是談陸游的，但是和陸游有關。剛才我們匯報里提到的胡可先《石門題刻文學的內涵和價值》文章，談一個古跡，解剖我們的主題。

(3)環境負載率 (Environmental Loading Ratio):用ELR表示，該指標表示一定經濟活動水平下環境系統所承受的壓力，具有一定的環境預警作用。

(4)能值產出率 (Emergy Yield Ratio):用EYR表示，該指標用來判斷資源使用的效益，相關公式為:

4 基于昆明市案例的實證測算

在城市生活垃圾處理文獻回顧和能值分析方法原理介紹的基礎上，本文進一步利用2003～2009年云南省昆明市相關數據進行實證測算，主要針對垃圾填埋及沼氣發電、垃圾焚燒發電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式，分別從環境保護和能源利用的角度，采用能值分析法測算不同處理方式的環境負載量 (ELR)和能值產出率(EYR)，以此構建和優化處理城市生活垃圾處理的最佳方案。根據相關文獻標準，生活垃圾的熱值取4.5MJ/kg，生活垃圾的能值轉換率取3.34×1011Sej/kg，匯率按照1美元兌8.0元人民幣計算，能值/貨幣比率取4.0×1012Sej/$。其中實證測算數據來源于對昆明市生活垃圾處理的調研和相關統計年鑒。

4.1 能值測算

4.1.1 生活垃圾填埋及沼氣發電能值測算

將圖1所示的經濟生態系統改進為生活垃圾填埋及沼氣發電能值系統，其中:城市生活垃圾屬于自然環境中可再生能值投入，填埋服務和發電服務屬于社會對系統的不可再生投入，冷卻與燃燒空氣是自然界不可再生投入，冷卻用水屬于系統中自然界投入的可再生能值，垃圾填埋及沼氣發電的電力產出屬于該系統對社會的產出能值。將2003～2009年昆明市生活垃圾量及相關填埋及沼氣發電能值投入指標數據應用于公式 (1) ～(4)，分別得到各年度昆明市城市生活垃圾填埋及沼氣發電能值計算結果，見表1。

表1 昆明市城市生活垃圾填埋及沼氣發電能值計算結果表

4.1.2 城市生活垃圾焚燒發電能值測算

將圖1所示的經濟生態系統改進為生活垃圾焚燒發電能值系統，其中:城市生活垃圾屬于自然環境中可再生能值投入，焚燒發電服務屬于社會對系統的不可再生投入，冷卻與燃燒空氣是自然界不可再生投入，冷卻用水屬于系統中自然界投入的可再生能值，城市生活垃圾焚燒發電的電力產出屬于該系統對社會的產出能值。將2003～2009年昆明市生活垃圾量及相關焚燒發電能值投入指標數據應用于公式 (1) ～(4)，分別得到各年度昆明市城市生活垃圾焚燒發電能值計算結果，見表2。

表2 昆明市城市生活垃圾焚燒發電能值計算結果表

4.1.3 城市生活垃圾堆肥能值測算

將圖1所示的經濟生態系統改進為生活垃圾堆肥能值系統，其中:城市生活垃圾屬于自然環境中可再生能值投入，堆肥服務屬于社會對系統的不可再生投入，城市生活垃圾堆肥的產出屬于該系統對社會的產出能值。將2003～2009年昆明市生活垃圾量及相關堆肥能值投入指標數據應用于公式(1) ～(4)，分別得到各年度昆明市城市生活垃圾堆肥能值計算結果，見表3。

表3 昆明市城市生活垃圾堆肥能值計算結果表

4.2 結果分析

從以上得到的2003～2009年昆明市城市生活垃圾處理方法的比較測算結果可知，各種類型的生活垃圾處理方法對生態環境具有不同的影響，同時生活垃圾處理的資源利用也具有差異。

4.2.1 環境系統承載壓力分析

對于采用垃圾填埋及沼氣發電、垃圾焚燒發電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式所得到的環境負載率可知，2003～2009年昆明市城市生活垃圾各種處理方法對環境的污染作用逐年增大。其中:垃圾焚燒發電對環境污染最大，7a間環境負載率的均值達到0.2208%，其次是垃圾填埋及沼氣發電，平均環境負載率達到0.2021%，污染最小的是生活垃圾堆肥，平均環境負載率僅為0.1833%，見圖2。

4.2.2 資源有效利用效率分析

對于采用垃圾填埋及沼氣發電、垃圾焚燒發電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式所得到能值產出率可知，2003～2009年昆明市城市生活垃圾處理對資源的有效利用率逐年減小。其中:生活垃圾填埋及沼氣發電資源有效利用率最高，7a間能值產出率的均值為0.2495%，其次是垃圾焚燒發電，平均能值產出率為0.2407%，垃圾堆肥資源有效利用率最低，幾乎為零，見圖3。

5 研究結論及方案選擇

本文根據國家提出的生活垃圾處理“減量化、資源化、無害化”的原則，分別從環境保護和能源利用的角度，比較分析了垃圾填埋及沼氣發電、垃圾焚燒發電和垃圾堆肥3種城市生活垃圾處理方式的環境負載率和能值產出率。根據研究結論可知:從環境保護的角度講最適合采用的是垃圾堆肥，最不適合采用的是垃圾焚燒;從能源利用的角度講，最適合采用的是生活垃圾填埋和沼氣發電，最不適合采用的是垃圾堆肥。但是，綜合考慮3種生活垃圾處理方式的環境負載率和能值產出率的差異，3種處理方式的優劣順序依次是垃圾填埋及沼氣發電，垃圾焚燒發電，不適合采取垃圾堆肥，其原因是垃圾填埋及沼氣發電所得到的凈能值最高，其次是垃圾焚燒發電，而垃圾堆肥得到的凈能值為負值。

［1］藍盛芳，欽佩，陸宏芳.生態經濟系統能值分析［M］.北京:化學工業出版社，2002.

［2］李維新.中國城市垃圾資源回收利用途徑及對策［J］.資源科學，2000，(5):17－19.

［3］張記市，蘇存榮，謝剛.昆明城市生活垃圾處理研究 ［J］.云南環境科學，2004，(3):3－5.

［4］郭海強，馬應珍.我國城市生活垃圾處理現狀與對策 ［J］.長治學院學報，2007，(7):18－20.

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［6］陳科，梁進社.北京市生活垃圾定價及計量收費研究 ［J］.資源科學，2002，24(5):93－96.

［7］楊德偉，陳治諫.基于能值分析的四川省生態經濟系統可持續性評估［J］.長江流域資源與環境，2006，(3):45－51.

［8］唐寧，廖鐵軍.基于能值分析的土地生態經濟系統可持續性評價［J］.安徽農業科學，2007，(2):345－347.