人工生态系统垃圾分解能力研究

周咏馨 苏瑛 黄国华 田鹏许*

（1苏州科技学院土木学院 江苏苏州 215009 2盐城工学院土木学院 江苏盐城 224002）

生态系统按其形成的影响力和原动力，可分为人工生态系统、半自然生态系统和自然生态系统三类。自然生态系统的物质流动量主要取决于植物、动物和细菌、微生物的种类和数量。生产者、消费者和分解者之间以食物营养为纽带形成食物链和食物网，系统中产生的废弃物是复生细菌、真菌、某些动物的食物。人工生态系统中物质流动种类与量是以人的需要为纽带。人类在满足自己物质需要的同时，制造了大量的生产生活垃圾。地球自然生态系统已没有能力及时将这些废弃物还原为简单无机物。如果垃圾不能资源化，根据质量守恒定律，地球资源中能够为人类开采利用的资源将越来越少。解决人工生态系统中垃圾的资源化、无害化的关键是开发、创造垃圾的分解能力。

1 分解能力比较

自然生态系统中没有人工合成的有机物，有的只是动植物的尸体。这些尸体大多被其他生物消化、分解，剩余的骨架在条件适应时也会风化，不会对生态环境造成污染。植物尸体的分解时间见表1，动物尸体的分解时间见表2。

由于光照和温度的不同，枯枝落叶的分解速率不同。叶片中的有机物被分解者（细菌真菌等）分解后，残余的无机物可用作肥料。

表2 动物尸体分解所需要的时间表

动物尸体最终被分解成简单无机物，成为地球自然资源的一部分。从表1和表2的数据可以理解为什么在自然界中，树叶不断凋落，动物不断死亡，落叶和尸体却没有堆积如山。大自然的神奇在于自己创造的产物自己有能力分解消化。

人工生态系统中，由于人类需求的膨胀，生产技术的发展，人类一方面不断地从生态系统中掠夺资源满足自己的贪欲，一方面源源不断地制造着成分越来越复杂的垃圾，而这些人工合成垃圾的自然分解时间已超出环境的自净能力。部分生活垃圾完全分解时间见表3。

表3 部分生活垃圾完全分解时间表

通过表1、表2和表3的比较，可以看出人工生态系统的分解能力远远低于自然生态系统。人类只有大力发展垃圾无害化、资源化分解技术，才能确保人工生态系统物质循环和能量流动的延续。

2 现有垃圾处理方式分解能力分析

目前垃圾处理方式主要有焚烧、堆肥、填埋和回收利用。焚烧法有占地面积小、减容量大、无害化程度高、热能可回收等优点，但使用焚烧法处理垃圾时需要注意几个问题。一是垃圾焚烧一般要求垃圾的最低热值3360kJ·kg-1以上[1]，如果热值低，将增加运营成本，不适宜焚烧；二是垃圾焚烧存在环境污染隐患主要是二恶英的排放；三是如果垃圾不分类，不但会浪费可回收垃圾和可堆肥垃圾，也会增加运营成本，降低焚烧法的效率。如果能从源头上分类收集垃圾、剥离出可回收、可堆肥垃圾，提高焚烧垃圾的热值，妥善处理焚烧烟气、使尾气中的二恶英达到排放标准，那么焚烧法将会成为人类处理垃圾的重要技术手段。堆肥是处理有机垃圾最有效，最适宜的技术手段之一。但由于垃圾混装，垃圾堆肥前期分选工作复杂且不彻底，结果是处理成本高，堆肥的质量难以保证。目前堆肥处理在我国的发展前景并不理想。资源回收利用是指回收可再生循环的“垃圾”，如纸类、玻璃、金属、塑料等废弃物。许多国家已将资源的回收利用作为补充资源、能源需求的有效途径。填埋由于具有处理费用低、技术成熟等特点，比较常用。填埋的弊端一是没有经过无害化处理的填埋的垃圾会造成地球资源的二次污染（渗滤液和沼气泄漏、汞、铅等有毒重金属污染等），一旦泄漏，造成的污染基本上无法修复的；二是填埋物分解还原为可利用地球资源的时间太长。也就是说，填埋只是将垃圾移动到不可视的范围，难以能做到垃圾的减量化、资源化、无害化处理。 混装垃圾简单填埋是一种极不负责的鸵鸟式垃圾处理方式。

填埋是我国处理城市生活垃圾的主要方式，我国的垃圾填埋处理量大约占垃圾总量的80%[2]。人造垃圾自然状态下的分解还原为地球资源需要的时间长，而且一些垃圾会污染环境。垃圾的混合焚烧，不但热值低，更为致命的是烧毁了大量可直接资源化的垃圾。如果我国每年产生的几百万吨、几亿吨垃圾被直接埋掉或烧掉，造成资源浪费与污染。

3 我国政府对垃圾分解能力的重视程度

由于人类制造的生产生活垃圾的成分越来越复杂，量越来越大，它的分解需要人类自己充当分解者，需要人类科学的投入一定的人力、物力和精力专门处理人工生态系统产生的垃圾。目前我国治理环境和保护环境的费用主要依靠国家投资，投资状况可以反映政府对治理环境和保护环境的重视程度。在我国统计年鉴中生活垃圾处理的投资归属于市容环境投资指标来统计，为了研究我国生活垃圾处理情况，本文以中国、北京、上海和广州为基础，收集了地区生产总值、垃圾清运量、固定资产投资、市容环境卫生指标的2000年至2012年的数据，利用公式1从时间维度上研究了环境保护投资与人均GDP、户籍人口、垃圾清运量和固定资产投资的相关性情况，计算结果见表4。

其中：y:市容环境卫生；

x:生产总值、垃圾清运量、固定资产投资。

表4 全国及三城市市容环境卫生与生产总值、垃圾清运量、固定资产投资等线性相关系数

根据相关系数的判断准则：｜r｜<0.3，低度相关；0.3≤｜r｜<0.7，中度相关；｜r｜≥0.7，高度相关。表中相关系数表明：

从表5可以看出，（1）就全国范围讲，市容环境卫生与生产总值、固定资产投资等线性相关程度很高，而与垃圾清运量相关度中度偏上；（2）北京、上海、广州全国三大城市的市容环境卫生与生产总值、垃圾清运量、固定资产投资等分别是中度相关，其中北京市容环境卫生与生产总值、固定资产投资的相关度都是中度偏下，广州市容环境卫生与垃圾清运量的相关度也是中度偏下。

相关性分析结果只是反应各指标随时间变化的趋势，单纯的相关系数值不能够准确客观地反应各指标之间应有的客观规律和逻辑关系，需要结合其他指标值来确定各因素之间的相互关系，因此选取了市容环境投资占全社会固定资产投资比重指标来分析我国政府对生活垃圾管理的力度和态度。

从人类可持续、地球资源循环的可持续角度讲，市容环境卫生投资应该随人口的增加，经济的发展，垃圾清运量的增加而同步增加。结合相关性分析结果和市容环境投资比重曲线（图1）可以看出，我国发展现状反映出市容环境卫生没有与生产总值、垃圾清运量、固定资产投资等社会经济现象及时、同步、协调地发展和进步。

图1 市容环境投资占固定资产投资比重图

从图1可以看出，北京、上海和广州的市容环境卫生投资无规律可循，每年投入资金量的大小波动性大，说明投资政策具有随意性，没有科学的规划。全国市容环境比重由于是各城市的平均值，波动性小，但是比值很低，最高竟是2000年得0.256%，最低值为2012念得0.106%。这些现象和数据都说明我国政府不重视生活垃圾处理问题。

重视程度不够，现有的法律法规就得不到落实，相关制度的建设及法律的完善也就遥遥无期；重视程度不够，环境保护的资金就得不到落实，研发垃圾分解技术的团队也就会缺乏相应的政策和资金的支持。随着人们生活水平的提高，经济的发展，垃圾的成分将越来越复杂，垃圾产生量也越来越大，如果不重视垃圾处理问题，不重视市容环境投资与垃圾清运量等社会经济现象的同步协调发展问题，环境污染问题将制约和遏制经济的发展和人类的生存。构建人工生态系统的分解能力是人类可持续、经济可持续的需要。

4 构筑垃圾分解能力的建议

垃圾处理问题不是一个单纯的环卫技术问题，它是社会发展过程中出现的各种矛盾的综合作用的结果。垃圾问题的处理，需要政府以源头减量化、利用资源化和处理无害化为宗旨，构筑垃圾综合治理对策。

4.1 制定具有执行力的生活垃圾分装法律条文

垃圾成分不同，资源化、无害化的处理方式不同。混装生活垃圾从根本上否定了各种垃圾处理方式的优势，即增加了垃圾处理成本，也降低了现有垃圾处理技术的处理效率。垃圾分类，一方面减少固体废弃物的产生量，减轻固体废弃物填埋或者焚烧的压力，另一方面也可以为一些企业提供原料，实现废弃物的资源化。从垃圾收集的源头上将各类垃圾分门别类的收集，有助于发挥各种垃圾处理方式的优势，提升垃圾的分解率和利用率。

现行《环境保护法》等法律法规中，缺失具有执行力的生活垃圾的分装与统收条文。日本现有8个不同分类的垃圾桶，而我国的一项调查显示，70%的网友表示我国垃圾分类标准不明确[3]。我国需要有明确的法律条文规定生活垃圾的分类体系和违法处罚体系。这些规定应该明确垃圾如何分类、分为哪几类，违反分类原则、随意丢弃垃圾应该承担怎样的法律责任，如何承担相应的法律责任，那个部门来执法。这些有执行力的、可操作的法律法规将会强制每个垃圾制造者重视垃圾处理问题，将会调动全民参与生活垃圾的治理问题，从源头上提高垃圾的处理效率。

4.2 构建垃圾收费制度

构建垃圾收费制度需要依据“谁污染、谁负责；多排放、多负担”原则，落实该原则有两项工作必须得做，一是建立垃圾计量收费的标准，二是将垃圾收费员工作职业化。垃圾计量收费标准的制定需要考虑垃圾的成分。垃圾的成分不同，处理的成本及收益不同，收费标准也应不同。至少应分为三大类：可回收垃圾、可堆肥垃圾和可焚烧垃圾。收费标准大类下是否需要细化设置，应根据当地情况确定。垃圾收费标准确定后，如何实施收费制度是关键。落实多排放，多负担原则，就得由收费主体自行安排收费员挨家挨户上门收取。而且实行垃圾收费实名制，即每户居民的垃圾得有与其身份对应的号码，这样才能将垃圾分类责任落实到居民个人。即方便执行收费制度，又便于监察和执法。

环境保护工作人人有责，垃圾收费员的工作应得到应有的尊重。除隶属于企业的垃圾收费员外，政府部门应该根据需要设置垃圾收费员岗位。我国职业共划分为8个大类，66个中类，413个小类，1838个细类(职业)[4]，但是里面没有垃圾收费员职业。

4.3 构建特殊商品垃圾回收押金返还制度

垃圾回收押金返还制度是指某些商品价格中包括商品废弃物回收价格，产品销售的各个环节都需要向上层销售渠道先行垫付废弃物回收等值押金，消费者也需要消费商品前先行支付押金，归还该商品废弃物后，可取回押金。最终使这类产品的分解集中化，有助于从源头上实现垃圾处理的资源化、无害化宗旨。如电子类产品、机械类产品、瓶装罐装类等产品，可实行电池以旧换新，电器以旧换新等消费限制。在德国，循环经济最初被称为“垃圾经济”[5]。

4.4 以“零垃圾”思想为指导构建生产企业垃圾清运制度

人工生态系统是个开放的系统，需要外部系统不断地输入物质，同时也向系统外输出物质及废弃物，它自身无法独立完成物质循环和能量转换。人工生态系统中的生产生活用品在市场机制作用下，会有大量企业和个人主动生产经营这些产品以满足人类的需求。然而，生产这些产品的过程中一定会衍生出大量的生产废弃物。由于处置这些废弃物收益率低甚至无收益、负收益，生产企业往往外泄这些废弃物，造成污染环境。因此政府需要从垃圾生产全寿命期中的每个环节贯彻“零垃圾”思想和政策，制定相应的具有操作性的法律条文，形成各生产企业生产产品和包装可循环制度，提升企业的废物再利用率，使企业为了达到检查标准，生产之初就研发生产带来的废弃物变废为宝的环保技术和渠道，使生产企业的垃圾清运问题从垃圾产生的源头上得到治理。

4.5 鼓励和引导私人企业从事生活垃圾处理行业

由于我国人口众多，即使不发展工业，不断增长的生活垃圾不妥善处理，也会使环境不断恶化。如果生活垃圾处理的技术、人力、资金、物力等问题完全依靠政府，则垃圾问题将是个沉重的社会包袱。政府也不能把处理生活垃圾的责任据为己有，需要考虑如何借助社会资源去治理生活垃圾。只要垃圾处理行业有利可图，就会有企业主动介入。政府一方面要制定适宜的政策鼓励和引导私人企业从事生活垃圾处理行业。一方面加大垃圾处理技术的科研投资力度，为科研单位和个人提供研发需要的资金、技术和政策。德国政府付费并委托专业的垃圾处理公司对垃圾进行无害化处理[6]。德国现在至少有500家WEEE回收处理企业[5](Waste ElectricalAndElectronicEquipment)。用处理过的废弃物生产生物燃料来替代汽油，可望使全球碳排放减少80%[7]。

垃圾处理市场化政策和垃圾处理技术研发政策，配合垃圾收费制度，使垃圾处理企业的收益（垃圾的收购费、处理垃圾带来的收益等）减去企业运营成本后，能够盈利。以此来引导和鼓励企业自己收购和处理垃圾，逐渐使垃圾处理业产业化，市场化。

[1]吕瑞鹤.垃圾焚烧在我国的发展现状及展望[J].河南建材,2009,5:105-106.

[2]张英民,等.城市生活垃圾处理技术现状与管理对策[J].生态环境学报,2011(2):389-396.

[3]鲁先锋.垃圾分类管理中的外压机制与诱导机制[J]．城市问题,2013.(1):86-91.

[4]中华人民共和国国家职业分类大典.

[5]高辉清,钱敏泽,郝彦菲.建立促进绿色消费的政策体系[J].中国改革,2006.(8):44-46.

[6]于洪波.从“生废”走向“消废”[J].生态经济,2011.(10):97-100.

[7]废弃物制生物燃料可减全球80%碳排放[J].再生资源与循环经济,2009.(1):44.

[8]2007-2013年中国统计年鉴.

[9]2007-2013年北京统计年鉴.

[10]2007-2013年上海中国统计年鉴.

[11]2007-2013年广州中国统计年鉴.