校園生活垃圾分類收集調查及垃圾的厭氧發酵處理

黃愛民, 韓智勇,2,, 費勇強, 施國中, 吳 進, 魏珞宇

(1. 成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059； 2.成都理工大學 國家環境保護水土污染協同控制與聯合修復重點實驗室，成都 610059； 3.農業部沼氣科學研究所，成都 610041)

校園生活垃圾分類收集調查及垃圾的厭氧發酵處理

黃愛民1, 韓智勇1,2,3, 費勇強1, 施國中3, 吳 進3, 魏珞宇3

(1. 成都理工大學 地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都 610059； 2.成都理工大學 國家環境保護水土污染協同控制與聯合修復重點實驗室，成都 610059； 3.農業部沼氣科學研究所，成都 610041)

文章通過問卷調查、采樣測試等方法，對某高校校園生活垃圾的特性、處理現狀與大學生環保意識進行了研究，并核算了基于生活垃圾分類收集的沼氣潛能，以期為高校生活垃圾的分類收集和資源化利用提供一定的理論支持和技術指導。研究表明：該高校學生人均生活垃圾產量介于0.068～0.186 kg·d-1之間，平均為0.104 kg·d-1；主要組分包括廚余類、紙類、橡塑類，占校園生活垃圾總量的88%左右；宿舍樓垃圾容重介于43.5～92.6 kg·m-3之間，平均為57.2 kg·m-3。問卷調查統計結果顯示，高校學生對垃圾分類的意愿相對較高，達到88.4%，但是對生活垃圾特性的認識度不高，僅為32.2%；綜合高校學生垃圾分類意愿，垃圾分類技術可行性、經濟可行性和社會可行性等因素，文章設計了生活垃圾在學生宿舍源頭按廚余類、潔凈紙類、橡塑類及其他進行分類收集的模式，改進了宿舍樓所需垃圾桶的設置；將廚余作為原料進行厭氧發酵，可得到3650 m3·a-1的沼氣，獲得68.47萬元的經濟凈現值，實現校園生活垃圾減量化和資源化。

大學校園生活垃圾； 分類收集； 厭氧發酵

目前我國處理生活垃圾的方式以傳統的衛生填埋為主，這一方式會造成諸如地下水污染、環境衛生影響和土地資源浪費等危害[1-6]。資料顯示，垃圾分類收集與處置可以有效地減少垃圾填埋量，實現垃圾資源化，減少對社會環境的危害，但垃圾分類收集與處置在我國尚未推廣[7-9]。高校作為高素質人群聚集區，生活垃圾產生量巨大，可回收垃圾含量相對較多，通過垃圾分類收集后再進行處理與處置，既可帶來一定的收入，還可節省處理高校生活垃圾的費用，經濟效益較為顯著[10-11]。汪文俊[12]等人調查顯示，宿舍區的生活垃圾分類在現行條件下比較困難，但西方發達國家的實踐和我國的垃圾分類收集試行均表明[13-15]，垃圾分類收集是可行的。生活垃圾分類收集的可行性受到環境行為因素的影響較大，其環境行為具有社會性、互動性、多元性、差異性以及利益驅動性[16]，但是在當前已構建的生活垃圾分類收集模式上，很少考慮社會因素對垃圾分類的影響。因此本文以成都市某高校為例，調研了該高校生活垃圾的特性，學生對生活垃圾特性的認識和分類意愿，并構建了基于垃圾分類和厭氧發酵的分類收集和處理模式，以期為高校生活垃圾的分類收集和資源化利用提供一定的理論支持和技術指導。

1 調查方法

1.1 垃圾特性調查方法

1.1.1 調查地點

2014年11月至2015年6月，筆者對四川省成都市某高校宿舍區和教學樓的生活垃圾的特性與分類收集進行了調查。

1.1.2 采樣方法

基于校園的主要功能分區和不同的空間尺度，采用簡單隨機抽樣方法，選取了2棟宿舍樓a,b和1棟教學樓c，對生活垃圾的產生量和組分特征，開展了單日的取樣調查；同時在宿舍園區A,B,C,D中選取231個宿舍，對生活垃圾產生量開展了連續3日的取樣調查。

其中垃圾產生量采取直接稱量法；垃圾組分特征根據《生活垃圾采樣和分析方法》(CJ/T 313-2009)分類要求，通過人工分揀、稱量后計算得到；數據采用Excel 2007進行分析和統計；宿舍的簡單隨機抽樣樣本量按如下參數進行計算：樣本總量N=6398個，其中可接受的誤差限e為7%，調查估計值的置信度為95%，z=1.96，回答率r=0.9，方差p=0.5。

1.2 學生分類意愿調查方法

對于高校學生對生活垃圾的認知和垃圾分類意愿性調查，采用簡單隨機抽樣方法，選取了507位學生，開展了有關校園垃圾分類收集的問卷調查。其中數據采用Excel 2007進行分析和統計。問卷的簡單隨機抽樣樣本量按如下參數進行計算：樣本總量W=38088個，可接受的誤差限e為0.0025，置信度為95%，z=1.96，回答率r=0.75，方差p=0.5。

其中調查了450份紙質問卷和57份電子問卷；實際有效問卷為398份，有效率為88.5%。問卷的主要內容包括：垃圾污染危害的認知、垃圾分類收集的必要性、生活垃圾分類類型、垃圾分類的意愿、垃圾設施對垃圾分類投放的影響、校園垃圾分類的建議。

2 結果與討論

2.1 垃圾特性

2.1.1 生活垃圾產生量

由表1可知，該高校調查區人均垃圾產量為0.068～0.186 kg·d-1，波動較為明顯。其中A園和宿舍樓a為本科女生宿舍，與本科男生宿舍的C園和宿舍樓b相比較，產生的垃圾較多，主要是因為A園和宿舍樓a的學生除上課外，大部分時間都在宿舍，而C園和宿舍樓b，由于男生零食消費較少，外賣浪費較少，故人均垃圾日產量較低；B園的部分宿舍為研究生寢室，研究生大多時間在實驗室或外出實習，故其生活垃圾產生量最低；D園生活垃圾產生量最高，是因為該宿舍園區離圖書館和教學樓較遠，促使學生更遠在宿舍消費，故產生量最高。

表1 宿舍樓及寢室生活垃圾平均產生量

該高校生活垃圾人均產量為0.104 kg·d-1，低于武漢某高校試點學生公寓垃圾人均產量0.25 kg·d-1[6]，也低于西北大學長安校區學生區垃圾人均產量0.17 kg·d-1[10]。調查高校學生總人數約為3.8萬人，除寒暑假外，一年按265天計算，生活垃圾年產生量約為1047 t。

2.1.2 物理組分

根據表2可知，該高校調查區生活垃圾主要組分為廚余類、紙類、橡塑類，其中廚余類占垃圾總量的40%左右，潔凈紙類和橡塑類占垃圾總量的45%左右。潔凈紙類主要為書本、包裝盒(快遞和食品等)，橡塑類主要為飲料瓶、外賣盒以及包裝袋，具有較大回收價值。

表2 調查區生活垃圾組分特征 (%)

注：組分為質量百分比。

通過調查可知，宿舍樓的廚余類和橡塑類所占比例較高，為70%左右，是由于部分學生在宿舍購買外賣造成的；教學樓c橡塑類含量最高,是因為大多學生會攜帶飲料以及早餐去教室。受不同地區經濟、社會、飲食結構等原因的影響，不同高校的生活垃圾組分比例差別較大。調查高校與合肥工業大學生活垃圾[17]相比，廚余類在介于26.05%～52.29%之間，是合肥工業大學的2到4倍，明顯更高；灰土類、磚瓦陶瓷類、其他類、污染紙類僅占10%左右，只有合肥工業大學的1/3；潔凈紙類、橡塑類重量比例之和相差不大，均在40%左右。

2.1.3 容重

該高校宿舍樓生活垃圾的容重在43.5～92.6 kg·m-3之間，平均值為57.2 kg·m-3。宿舍樓a、宿舍樓b、教學樓c生活垃圾平均容重分別為85.3 kg·m-3，92.6 kg·m-3，43.5 kg·m-3。低于華南某市生活垃圾平均容重220 kg·m-3[18]，也低于合肥工業大學生活垃圾平均容量350 kg·m-3[17]。因此該高校容重較小，這主要是因為生活垃圾組分的差異性導致。

2.2 分類收集認知與意愿

2.2.1 分類收集認知

該高校有97.7%的學生認為校園生活垃圾分類收集有必要，且91.0%的學生都能夠認知垃圾污染的危害性，只有極少學生不清楚或者完全不了解垃圾污染危害(見表3)。這說明了該高校學生對校園生活垃圾的分類收集有一定認知，能夠清楚垃圾污染的危害性和垃圾分類的必要性。

2.2.2 分類收集意愿

由表3可知，88.4%的學生愿意進行垃圾分類，可見垃圾分類在該高校有較好的分類意愿；其中不愿進行垃圾分類的學生中，有34.5%的學生不清楚垃圾分類的正確方法，有11.5%的學生認為沒有垃圾分類投放點。這需要學校加強宣傳垃圾分類知識教育，并且設置相應的垃圾分類投放點。獎勵政策、學校硬性要求、配備完善的垃圾分類收集設施可以促進所有學生進行垃圾分類，其中配備完善的垃圾分類收集設施尤為重要。

表3 高校學生生活垃圾分類收集認知和意愿調查

影響該高校生活垃圾分類投放的因素有，垃圾箱的種類(有無垃圾分類標志)、垃圾箱的設置(分布均勻與否或距離遠近)、他人的投放行為。其中垃圾桶的種類和垃圾桶的設置是影響校園生活垃圾分類投放的主要因素。

2.3 校園生活垃圾分類收集模式與可行性分析

2.3.1 校園生活垃圾分類收集模式

由上述生活垃圾特性可知，該高校學生更愿意接受可回收垃圾、不可回收垃圾、有害垃圾、其他的垃圾分類方式，這種垃圾分類方式更利于垃圾資源化。而該高校生活垃圾主要是廚余類、紙類及橡塑類，其中廚余類、潔凈紙類和橡塑類所占比例達到88%左右，因而廚余類、紙類和橡塑類具有回收價值。但有害垃圾比重很少，考慮物力、財力的節約，不單獨收集。故為提高分類回收效率，構建如圖1所示的校園生活垃圾收集、運輸、處理模式。

圖1 校園生活垃圾收集、運輸、處理模式圖

2.3.2 垃圾桶的設置

通過計算可知，該高校宿舍樓每人每日廚余類、潔凈紙類、橡塑類和其他平均產生量分別為0.05053 kg，0.01062 kg，0.03038 kg和0.02443 kg，其中該高校宿舍樓垃圾桶為0.078 m-3，設各宿舍樓每天轉運3次垃圾至垃圾中轉站。由此可對應設計出該高校規模為1000人的宿舍樓所需垃圾桶數量(見表4。)

表4 該校宿舍樓垃圾桶設置

注：以1000人的宿舍樓為例。

宿舍樓均設有垃圾桶，將所需垃圾桶分別標上分類標簽，即可實行分類，無需額外購買垃圾設施。

2.3.3 沼氣潛能計算

在廣大農村中小學校大力發展沼氣的背景下,高校也應響應以沼氣為紐帶的生態校園清潔工程建設[20]。該高校生活垃圾年產生量約為1048 t，其中高校廚余類生活垃圾年產生量約為580 t。

該高校每天產生的廚余類生活垃圾約為1600 kg,通過實驗可知，廚余類生活垃圾含水率為65%，廚余類容重為380 kg·m-3[19]，水力滯留時間設為15 d。計算公式為：

V=(G×Ts×HRT)/(r×m)

=[1600×(1-65%)×15]/(380×85%)m3

=26 m3

式中：V為沼氣池容積，m3；G為每天可供發酵的原料濕重，kg；Ts為原料中干物質含量的百分比，%；HRT為原料在池中的滯留天數，水力滯留期；r為發酵原料濃度換算成的容重，kg·m-3;m為池內裝料有效容積，取85%。

通過計算可知，沼氣池容積約為26 m3。該沼氣池采用鋼筋混凝土結構，廚余發酵料液的COD為7360 mg·L-1，CODCr去除率約70%～85%[20]，按池容產氣率0.38 m3·d-1m-3計，每年可生產沼氣3650 m3左右。

由此可見，該高校建設一個以廚余類為發酵原料的沼氣工程，沼氣潛能較大，不但使廚余類生活垃圾得到充分利用，還可以節約能源、改善和保護環境。

2.3.3 校園生活垃圾分類收集與處置的可行性分析

高校學生所產生的垃圾量較大，可回收垃圾含量較多，分類意識較好，因此基于“廚余+橡塑+潔凈紙類+其他”的分類收集和厭氧發酵的生活垃圾收集和處理模式是可行的，具體如下。

2.3.3.1 技術可行性分析

通過調查可知，該高校學生總人數為3.8萬人，生活垃圾年產生量約為1048 t。將校園生活垃圾分為紙類、橡塑類、廚余類以及其他。該高校每年生活垃圾的可回收量為年產生量的88%，則每年可回收量為922 t。由該高校生活垃圾產量及組分可知，如果能夠在該高校實施簡易的垃圾分類收集模式，不僅可減少回收資源的浪費，還可減少處理的垃圾量，具有較大技術可行性。

2.3.3.2 經濟可行性分析

調查高校垃圾分類處理費用主要由四部分組成：沼氣池修建費用、不可回收垃圾的填埋費用、清運車開支以及雇傭工人開支(見表5和表6)。

預計該高校沼氣池修建費用為20萬元[20-21]，使用年限20年，每年預計花費為1萬元。

該高校的不可回收垃圾將會送至垃圾填埋場進行填埋，填埋費用60元·t-1[6]，垃圾量為126 t，因而垃圾填埋費用為0.76萬元·年-1。由表5和6可知，清運車和雇傭工人開支的費用為每年88.54萬元，故每年開支的費用為90.3萬元。

表5 清運車開支一覽表

表6 雇傭工人開支一覽表

該高校可回收垃圾中的潔凈紙類和橡塑類，則通過計算可得，138.9 t的潔凈紙類，361.2 t的塑料類；潔凈紙類回收價格為0.1萬元·t-1, 塑膠類的回收價格為0.4萬元·t-1[6]。每年該高校可回收垃圾中的潔凈紙類和橡塑類所得收益為158.37萬元。該高校廚余類在沼氣池中每年產生的沼氣量為3650 m3，相當于7000度的電，相當于創造0.4萬元的收益。故每年該高校所得收益為158.77萬元。由上面計算可知，每年支出的費用為90.3萬元，所以該垃圾分類模式可創造68.47萬元的收益。該高校在原有基礎上構建的基于分類收集的厭氧發酵處理模式，不僅減少了垃圾運輸費用和處理費用，還增加了因垃圾回收和厭氧發酵產沼氣所得的收益，從經濟可行性分析上來說具有可行性。

2.3.3.3 社會可行性分析

在廣大農村中小學校大力發展沼氣的背景下,高校也應響應以沼氣為紐帶的生態校園清潔工程建設，對學校廚余類生活垃圾進行無害化處理和資源化利用,不僅為學校提供生活用能,改善了學校衛生條件,還增強了廣大師生節約能源和保護環境的意識,更構建了教書育人和循環經濟共同發展的和諧校園[20]，從社會效益層面來說是具有極大的價值。

高校垃圾分類回收和發展沼氣工程，可以提高環境質量、增加就業機會、減少中轉成本、節約能源、增強環保意識等。從以往高校垃圾分類回收資料可知，會造成以下不良情況：拾荒者收入減少、初期垃圾投放收集習慣待改善、學校及周圍分散的廢品回收站業務量較低等。該高校構建的垃圾分類回收模式時，采取接收拾荒者從事打掃工作、配合適當的物質獎勵、定期分發垃圾分類宣傳單等措施，可避免產生以上不良情況。

綜上所述，在高校開展基于分類收集(廚余/潔凈紙類/橡塑/其他)的厭氧發酵處理模式是可行的。

3 結論

(1)調研高校學生人均垃圾產生量為0.104 kg·d-1；可回收垃圾為廚余類、潔凈紙類和橡塑類，占總垃圾重量的88%左右；宿舍樓生活垃圾容重在43.5～92.6 kg·m-3，平均值為57.2 kg·m-3。

(2)調研高校91%的大學生知道垃圾污染危害性；88.4%的學生愿意進行垃圾分類，學校或者政府加強垃圾分類收集的宣傳力度，并且設置相應的垃圾分類投放點，可促進學生的分類收集行為。

(3)調研高校以廚余類為原料進行厭氧發酵可產生沼氣為3650 m3·a-1，增加0.4萬·a-1的收益。

(4)構建的生活垃圾分類收集(廚余類/潔凈紙類/橡塑類/其他)+厭氧發酵的處理模式，預計每年可獲得68.47萬元的經濟凈現值。

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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

黃愛民(1992- )，女，在讀碩士，主要從事固體廢物處理處置技術研究工作，E-mail：851541472@qq.com

施國中，Email：shiguozhong@caas.cn

X705

A

1000-1166(2017)05-0033-06