廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放現狀與預測

謝鵬程，王文軍，王文秀，廖翠萍，趙黛青

（中國科學院廣州能源研究所，廣東廣州 510640）

1 研究背景

目前，我國超過一半的大中城市被垃圾包圍［1］。由于城市地區人口眾多、環境容量有限，生活垃圾增長率不斷提高，污染日趨嚴重，生活垃圾的管理逐漸成為一個城市綜合管理中的重要問題。本研究團隊基于對廣州市2010年至2018年溫室氣體排放清單的持續跟蹤研究，發現廣州市溫室氣體排放增量的主要來源已從能源活動逐步過渡到廢棄物處理（見圖1）：2011年相對于2010年，排放增量中能源活動占89%，廢棄物為0；2014年相對于2013年，排放增量中能源活動占58%，廢棄物占25%；2018年相對于2017年，排放增量中能源活動占29%，廢棄物占70%。其中，甲烷（CH4）的排放量占2018年各類溫室氣體總排放增量比例為73.3%，這與廢棄物處理排放量的90%以上來源于生活垃圾處理中的垃圾填埋是一致的。可見，控制生活垃圾處理的溫室氣體排放增量將對控制城市溫室氣體總排放量放起到促進作用。

圖1 廣州市溫室氣體排放增量分布

國內外對城市生活垃圾的研究主要集中在生活垃圾的處理現狀、影響因素和管理評價，如李曉東等［2］對我國部分城市的生活垃圾熱值進行分析，為垃圾焚燒提供參考；黃和平等［3］對南昌市生活垃圾衛生填埋的生命周期進行評價；孫向軍［4］、毛凱等［5］分別對高效能、低排放的生活垃圾焚燒爐結構型式以及生活垃圾焚燒發電煙氣處理技術的優化控制進行了探討；唐偉等［6］從生活垃圾處理產生揮發性有機物（VOCs）的角度分析了杭州市生活垃圾排放狀況；孔令強等［7］從時空特征分析了我國2006—2014年的生活固體垃圾排放特征；李彬華［8］、張英民等［9］從城市生活垃圾處理技術方面開展了相關研究；Liu等［10-11］基于碳流和能源流，對未來我國生活垃圾處理管理策略進行分析，同時對不同城市固體廢物管理情景的環境績效進行評價；Chen［12］、Cristina等［13］對如何從城市固體廢物中回收能源和減少溫室氣體排放的潛力進行了評估；Nina等［14］對廢棄物管理的溫室氣體排放清單邊界開展討論；Chen［15］利用廢物-能源轉化技術評估城市及其工業固體廢棄物的溫室氣體排放和能源回收；Chung等［16］以韓國為例，分析了不同垃圾處理方式所帶來的溫室氣體排放減緩潛力和經濟影響。總體來看，目前國內外對城市生活垃圾處理所產生的溫室氣體排放量及其中長期預測的研究較少。

廣州市作為國際商貿中心，在我國經濟社會發展中一直發揮著引領的作用，作為標桿城市，廣州市勢必成為國內其他城市的效仿對象。與城市經濟發展以及人口增長相伴而來的是生活消費品的增加，未來我國城市生活垃圾量將不斷創新高，隨之而來的是垃圾處理產生的驚人溫室氣體排放量，這對于我國溫室氣體減排工作將是一個巨大挑戰。作為國家低碳城市試點和“中國達峰先鋒城市聯盟”（APPC）成員，廣州市已承諾力爭CO2排放量在2020年左右達峰，要實現這一目標，廣州市仍面臨著巨大的挑戰。本研究將廣州市作為研究對象，對其近10年來的生活垃圾排放情況進行動態研究，定量分析和比較影響垃圾排放量的因素，以城市常住人口、人均垃圾產生量、垃圾焚燒電廠日處理能力、甲烷回收率等參數設置了3個情景，預測廣州市到2035年城市生活垃圾處理量及其產生的溫室氣體排放量，并在此基礎上提出控制城市生活垃圾處理溫室氣體排放的建議，同時以期為控制我國城市生活垃圾處理溫室氣體排放提供參考。

2 廣州市生活垃圾現狀

廣州市是廣東省會城市、粵港澳大灣區四大中心城市之一，下轄11個區，全市土地總面積為7 434.4 km2，地處廣東省東南部、珠江三角洲北緣，瀕臨南海，毗鄰香港和澳門，是華南地區中心城市、交通通信樞紐，是我國的“南大門”。2010—2018年廣州全市生產總值（GDP）平均增速為10%，2018年實現GDP為22 859.35億元；產業結構不斷優化，2018年三次產業比重為0.98∶27.27∶71.75；常住人口年均增速為2%，2018年年末常住人口為1 490.44萬人，城鎮化率為86.38%1）。

廣州市生活垃圾清運量增長迅速，從2010年的328.04萬t增長至2018年的601.62萬t，與GDP同步增長（見圖2）。生活垃圾處理方式主要包括填埋和焚燒兩種，廣州市的生活垃圾處理以填埋方式為主，2010年垃圾填埋量為垃圾焚燒量的10倍。隨著廣州市垃圾焚燒電廠不斷建成和投入運行，廣州市垃圾的焚燒量逐步增加，占總處理量比例從2010年的9%增長到2018年的24%。

圖2 廣州市2010—2018年GDP與生活垃圾處理量

從表1至表3可見，廣州市生活垃圾處理方式以填埋為主，2018年通過填埋方式處理的垃圾量是焚燒方式處理量的3倍多。垃圾填埋產生的CH4增溫潛勢高于焚燒排放的CO2，對溫室氣體濃度的影響更大；雖然垃圾填埋后產生的CH4氣體部分得到回收，但是從總量看，垃圾填埋排放的溫室氣體量仍然遠遠高于垃圾焚燒排放。隨著經濟增長、人口聚集和城市化水平提高，未來廣州市垃圾填埋場和焚燒廠將不斷增加。截至2018年年底，廣州市生活垃圾填埋場共計5處：興豐填埋場、火燒崗填埋場、獅嶺填埋場、棠廈填埋場和陳家林填埋場，日均處理生活垃圾約1.4萬t；垃圾焚燒廠共計2家：廣州市第一資源熱力電廠一分廠、二分廠，日均總處理生活垃圾能力約3 000 t；在建資源熱力電廠5家，日均總處理能力約1.1萬t；計劃新建資源熱力電廠5家，日均總處理能力約1.6萬t。屆時，廣州市日均垃圾焚燒處理能力將達到3萬t。

表1 2010—2018年廣州市生活垃圾處理量 單位：萬t

表2 2010—2018年廣州市生活垃圾類別構成

表3 2010—2018年廣州市生活垃圾填埋處理的甲烷回收量

3 廣州市生活垃圾處理溫室氣體排放現狀

3.1 總體情況

生活垃圾處理中產生的溫室氣體主要包括CH4和CO2。在本研究中，溫室氣體排放量計算方法采用我國《省級溫室氣體排放清單編制指南（試行）》提供的質量平衡法。根據計算結果（見表4和圖3），廣州市生活垃圾的溫室氣體排放總量整體呈逐年上升趨勢：2014年較2013年雖然垃圾處理量持平，但排放量下降10%，原因在于2014年廣州市第一資源熱力電廠二分廠建成投產，每日垃圾焚燒能力從之前1 000 t提升至3 000 t；2014年較2013年的垃圾填埋量下降12%、焚燒量增加82%，2015年較2014年垃圾處理量增加10%，但排放量下降8%，原因在于2015年垃圾處理中CH4回收量較2014年增加88%。由此可見，在生活垃圾處理過程中，降低填埋率、提高焚燒率、加強CH4回收對控制生活垃圾處理的溫室氣體排放均能起到較好的促進作用。

>表4 2010—2018年廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放量 單位：萬t

表4（續）

圖3 2010—2018年廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放趨勢

3.2 生活垃圾處理與常住人口的變化趨勢

根據2010—2018年廣州市常住人口、生活垃圾產生量及排放量，計算人均垃圾處理量及排放量。根據計算結果可知（見表5和圖4），常駐人口增長是影響廣州市生活垃圾排放總量的重要因素，2010年至2018年廣州市人均垃圾處理量呈逐年上升趨勢，除2014、2015年相對于前幾年提高垃圾焚燒率和CH4回收率引起溫室氣體排放量下降之外，垃圾處理產生的溫室氣體排放量整體趨勢仍然是持續增長的。

表5 2010—2018年廣州市常住人口及人均生活垃圾處理的溫室氣體排放量

圖4 2010—2018年廣州市人均生活垃圾處理量及人均溫室氣體排放量

3.3 生活垃圾處理的溫室氣體排放與人均GDP變化趨勢

圖5顯示，2018年廣州市人均GDP較2010年增長80%，生活垃圾處理的溫室氣體排放總量較2010年增長50%；2010年至2018年期間，人均GDP平均增速約為8%，生活垃圾處理溫室氣體排放量平均增速為5%。

圖5 2010—2018年廣州市人均GDP與生活垃圾處理的溫室氣體排放量

一般來講，經濟越發達的地區，其人均垃圾產量也就越高［7］。2017年全球人均垃圾產生量最高的國家是美國，約為每天每人2.45 kg，表明城市生活垃圾排放量與其GDP存在正相關關系，同時會受垃圾處理方式的影響。未來隨著人民生活生活水平的提高，生活垃圾排放量也將持續增長，目前需要做的是積極采取各種垃圾治理措施減少垃圾產生量，采用更合理的垃圾處理方式來降低垃圾處理的溫室氣體排放量，爭取盡早到達峰值并使達到峰值的垃圾溫室氣體排放量減少，使垃圾溫室氣體排放增長與經濟增長脫鉤，實現城市綠色發展。

4 未來廣州市生活垃圾處理量及溫室氣體排放量預測

根據2017—2035年廣州市總體規劃，2020年廣州市常住人口將達到1 550萬人，2035年常住人口規模將控制在2 000萬人左右［17］，由此，本文推算2020年至2035年間廣州市人口平均增長率為1.71%，據此計算2020年至2035年廣州市各年度常住人口數量，并建立方程來估算2020年至2035年廣州市生活垃圾的填埋量和焚燒量，進而計算2020年至2035年廣州市生活垃圾處理產生的溫室氣體排放量。具體的方程形式分別如下：

式（1）至式（3）中：Si表示各年度生活垃圾總處理量（萬t）；Ei表示各年度人均生活垃圾量（萬t）；Pi表示各年度常住人口數量（萬人）；Qi表示各年度垃圾焚燒量（萬t）；Vi表示不同年度垃圾焚燒電廠日處理能力（萬t）；Ri代表不同年度垃圾焚燒電廠的負荷率；Li表示各年度生活垃圾填埋總量（萬t）。

在計算生活垃圾填埋處理的溫室氣體排放量時，應扣除CH4回收量，因此，本研究以城市常住人口、人均垃圾產生量、垃圾焚燒電廠日處理能力、CH4回收率這4個參數設置3種情景，分別研究廣州市未來生活垃圾處理的排放量（見圖6）。3種情景分別為：

（1）政策情景，即常住人口依據現有規劃，垃圾日處理能力根據垃圾電廠和填埋場規劃，人均生活垃圾量根據近10年數據線性增長，CH4回收率采用近5年平均值。

（2）減排情景，即在政策情景的基礎上提高垃圾焚燒比例和CH4回收率，人均生活垃圾增量有所降低。

（3）強化減排情景，即在低碳情景的基礎上進一步提高垃圾焚燒和CH4回收率，人均生活垃圾增量進一步降低。

圖6 2010—2035年廣州市生活垃圾處理量預測

如圖7所示，3種情景下廣州市生活垃圾處理量在2035年前不會出現增長拐點，仍將呈現持續增長的態勢。在政策情景下，廣州市的生活垃圾處理能力缺口將于2033年前后出現，而根據垃圾處理設施建設經驗，設施建設從立項到投產建成周期約5年，因此，如不啟動新一輪垃圾處理設施規劃建設工作，廣州市將再次面臨“垃圾圍城”困境。同時，在政策情景下，廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放量在2019年之后出現增長拐點，這緣于廣州市有新的垃圾焚燒電廠建設和投產：2019年生活垃圾的焚燒能力較之前提高4.7倍；2022—2027年間生活垃圾焚燒能力在2019年的基礎上提高2.1倍，基本能消納全市生活垃圾處理量，生活垃圾處理的溫室氣體排放總量呈平穩狀態；2028年以后，生活垃圾焚燒能力不足，部分垃圾又將選擇填埋處理，導致溫室氣體排放量迅速增長。到2035年，廣州市生活垃圾處理在減排情景下較政策情景下的填埋量減少34%，相應的，溫室氣體排放量減少42%；在強化減排情景下較政策情景下的填埋量減少55%，相應的，溫室氣體排放量減少66%。同樣，廣州市生活垃圾處理在減排情景下較政策情景下的焚燒量減少7%，相應的，溫室氣體排放量減少7%；在強化減排情景下較政策情景下的焚燒量減少13%，相應的，溫室氣體排放量也是減少13%。可見，減少垃圾填埋量所帶來的溫室氣體減排效應明顯高于垃圾焚燒量的減少。

圖7 2010—2035年廣州市生活垃圾處理的溫室氣體放量預測

5 結論和建議

（1）城市生活垃圾處理量及其溫室氣體排放量呈逐年增長趨勢。2010年至2018年廣州市生活垃圾處理量的平均增速為7.85%，生活垃圾處理的溫室氣體排放量平均增速為5.16%，且后期增速大于前期。目前廣州市的生活垃圾處理以填埋為主，各年度的生活垃圾填埋量占生活垃圾處理總量約80%以上，各年度生活垃圾處理的溫室氣體排放量占垃圾處理溫室氣體排放總量約96%。從國外主要的生活垃圾處理方式來看，美國從2002年開始大幅降低垃圾填埋率，目前其垃圾焚燒電廠的容量位居世界第一；日本焚燒處理的生活垃圾量占其生活垃圾總產生量的75%以上，直接填埋量不足3%而且填埋量還在逐年下降。根據預測，廣州市生活垃圾填埋處理的溫室氣體排放占比將逐步降低，到2035年，在政策情景下，生活垃圾填埋處理的溫室氣體排放量占比約78%；在減排情景下，這一占比為66%；在強化減排情景下，這一占比為51%。

（2）城市人口和GDP是影響城市生活垃圾排放總量的重要因素。城市的人口數量越多，生活垃圾量越大［18］。廣州市2010年至2018年人均日垃圾處理量呈逐年上升趨勢，基本維持在0.70 kg～1.10 kg，低于2006—2014年我國城市生活垃圾人均日清運量（1.22 kg～1.27 kg）［7］，也低于大部分發達國家的人均日清運量（1.26 kg～1.43 kg）［19］，但與很多已實行生活垃圾排放有償政策的國家和地區相比還是偏落后。例如，根據美國環境保護署的統計數據顯示，垃圾收費能使社區廢棄物排放量減少14%～27%［20］；20世紀90年代，韓國在全國范圍內實行垃圾稱重收費，取得了顯著效果，人均日垃圾清運量從1991年的2.3 kg減少到2010年的1.0 kg［7］；我國臺北市也是進行垃圾分類與資源回收政策最早且最成功的城市，其人均日垃圾清運量從1995年的1.34 kg降低到了2012年的0.37 kg［21］，垃圾減量化效果明顯。未來，隨著我國城市人民生活生活水平的提高，生活垃圾排放量也將持續增長［22］。根據預測，到2035年，廣州市人均日垃圾處理量在政策情景下為2.55 kg，在減排情景下為2.30 kg，在強化減排情景下為2.1 kg。因此，應從源頭即人們的生活習慣開始，切實做到垃圾分類，實行“誰污染，誰付費”，提高城市生活垃圾回收利用率，從而減少個人垃圾產生量，有效抑制城市垃圾產生量和排放量。

（3）廣州市2035年前垃圾增長量均不會出現增長拐點，垃圾處理能力缺口將于2033年前后出現，需要啟動新一輪垃圾處理設施規劃建設工作。廣州市得益于垃圾焚燒電廠的建設和投產，生活垃圾處理的溫室氣體排放量在2019年之后出現增長拐點，2022—2027年間生活垃圾排放總量呈平穩狀態，2028年之后在不增加焚燒處理容量的前提下，生活垃圾排放又將繼續上升。因此，若能適當采取措施，根據預測，到2035年，廣州市生活垃圾處理的溫室氣體排放在減排情景下將較在政策情景下降低31%，在強化減排情景下較在政策情景下降低48%。

（4）減少生活垃圾填埋量所帶來的減排效應明顯高于垃圾焚燒量的減少。因此，調整生活垃圾處理結構，逐步減少生活垃圾填埋、力推生活垃圾焚燒［18］，增強現有生活垃圾設施處理能力，改進原有的各種垃圾焚燒裝置及開發新型焚燒爐，進一步提高環境保護執行標準，使之朝著高效、節能、低污染的方向發展。此外，提升技術，提高生活垃圾填埋沼氣的回收率，將對于控制城市生活垃圾處理排放增量起到顯著作用。

注釋：

1）根據2011—2018年《廣州統計年鑒》中相關指標數據進行統計分析。