广州市生活垃圾处理的温室气体排放现状与预测

谢鹏程，王文军，王文秀，廖翠萍，赵黛青

（中国科学院广州能源研究所，广东广州 510640）

1 研究背景

目前，我国超过一半的大中城市被垃圾包围［1］。由于城市地区人口众多、环境容量有限，生活垃圾增长率不断提高，污染日趋严重，生活垃圾的管理逐渐成为一个城市综合管理中的重要问题。本研究团队基于对广州市2010年至2018年温室气体排放清单的持续跟踪研究，发现广州市温室气体排放增量的主要来源已从能源活动逐步过渡到废弃物处理（见图1）：2011年相对于2010年，排放增量中能源活动占89%，废弃物为0；2014年相对于2013年，排放增量中能源活动占58%，废弃物占25%；2018年相对于2017年，排放增量中能源活动占29%，废弃物占70%。其中，甲烷（CH4）的排放量占2018年各类温室气体总排放增量比例为73.3%，这与废弃物处理排放量的90%以上来源于生活垃圾处理中的垃圾填埋是一致的。可见，控制生活垃圾处理的温室气体排放增量将对控制城市温室气体总排放量放起到促进作用。

图1 广州市温室气体排放增量分布

国内外对城市生活垃圾的研究主要集中在生活垃圾的处理现状、影响因素和管理评价，如李晓东等［2］对我国部分城市的生活垃圾热值进行分析，为垃圾焚烧提供参考；黄和平等［3］对南昌市生活垃圾卫生填埋的生命周期进行评价；孙向军［4］、毛凯等［5］分别对高效能、低排放的生活垃圾焚烧炉结构型式以及生活垃圾焚烧发电烟气处理技术的优化控制进行了探讨；唐伟等［6］从生活垃圾处理产生挥发性有机物（VOCs）的角度分析了杭州市生活垃圾排放状况；孔令强等［7］从时空特征分析了我国2006—2014年的生活固体垃圾排放特征；李彬华［8］、张英民等［9］从城市生活垃圾处理技术方面开展了相关研究；Liu等［10-11］基于碳流和能源流，对未来我国生活垃圾处理管理策略进行分析，同时对不同城市固体废物管理情景的环境绩效进行评价；Chen［12］、Cristina等［13］对如何从城市固体废物中回收能源和减少温室气体排放的潜力进行了评估；Nina等［14］对废弃物管理的温室气体排放清单边界开展讨论；Chen［15］利用废物-能源转化技术评估城市及其工业固体废弃物的温室气体排放和能源回收；Chung等［16］以韩国为例，分析了不同垃圾处理方式所带来的温室气体排放减缓潜力和经济影响。总体来看，目前国内外对城市生活垃圾处理所产生的温室气体排放量及其中长期预测的研究较少。

广州市作为国际商贸中心，在我国经济社会发展中一直发挥着引领的作用，作为标杆城市，广州市势必成为国内其他城市的效仿对象。与城市经济发展以及人口增长相伴而来的是生活消费品的增加，未来我国城市生活垃圾量将不断创新高，随之而来的是垃圾处理产生的惊人温室气体排放量，这对于我国温室气体减排工作将是一个巨大挑战。作为国家低碳城市试点和“中国达峰先锋城市联盟”（APPC）成员，广州市已承诺力争CO2排放量在2020年左右达峰，要实现这一目标，广州市仍面临着巨大的挑战。本研究将广州市作为研究对象，对其近10年来的生活垃圾排放情况进行动态研究，定量分析和比较影响垃圾排放量的因素，以城市常住人口、人均垃圾产生量、垃圾焚烧电厂日处理能力、甲烷回收率等参数设置了3个情景，预测广州市到2035年城市生活垃圾处理量及其产生的温室气体排放量，并在此基础上提出控制城市生活垃圾处理温室气体排放的建议，同时以期为控制我国城市生活垃圾处理温室气体排放提供参考。

2 广州市生活垃圾现状

广州市是广东省会城市、粤港澳大湾区四大中心城市之一，下辖11个区，全市土地总面积为7 434.4 km2，地处广东省东南部、珠江三角洲北缘，濒临南海，毗邻香港和澳门，是华南地区中心城市、交通通信枢纽，是我国的“南大门”。2010—2018年广州全市生产总值（GDP）平均增速为10%，2018年实现GDP为22 859.35亿元；产业结构不断优化，2018年三次产业比重为0.98∶27.27∶71.75；常住人口年均增速为2%，2018年年末常住人口为1 490.44万人，城镇化率为86.38%1）。

广州市生活垃圾清运量增长迅速，从2010年的328.04万t增长至2018年的601.62万t，与GDP同步增长（见图2）。生活垃圾处理方式主要包括填埋和焚烧两种，广州市的生活垃圾处理以填埋方式为主，2010年垃圾填埋量为垃圾焚烧量的10倍。随着广州市垃圾焚烧电厂不断建成和投入运行，广州市垃圾的焚烧量逐步增加，占总处理量比例从2010年的9%增长到2018年的24%。

图2 广州市2010—2018年GDP与生活垃圾处理量

从表1至表3可见，广州市生活垃圾处理方式以填埋为主，2018年通过填埋方式处理的垃圾量是焚烧方式处理量的3倍多。垃圾填埋产生的CH4增温潜势高于焚烧排放的CO2，对温室气体浓度的影响更大；虽然垃圾填埋后产生的CH4气体部分得到回收，但是从总量看，垃圾填埋排放的温室气体量仍然远远高于垃圾焚烧排放。随着经济增长、人口聚集和城市化水平提高，未来广州市垃圾填埋场和焚烧厂将不断增加。截至2018年年底，广州市生活垃圾填埋场共计5处：兴丰填埋场、火烧岗填埋场、狮岭填埋场、棠厦填埋场和陈家林填埋场，日均处理生活垃圾约1.4万t；垃圾焚烧厂共计2家：广州市第一资源热力电厂一分厂、二分厂，日均总处理生活垃圾能力约3 000 t；在建资源热力电厂5家，日均总处理能力约1.1万t；计划新建资源热力电厂5家，日均总处理能力约1.6万t。届时，广州市日均垃圾焚烧处理能力将达到3万t。

表1 2010—2018年广州市生活垃圾处理量 单位：万t

表2 2010—2018年广州市生活垃圾类别构成

表3 2010—2018年广州市生活垃圾填埋处理的甲烷回收量

3 广州市生活垃圾处理温室气体排放现状

3.1 总体情况

生活垃圾处理中产生的温室气体主要包括CH4和CO2。在本研究中，温室气体排放量计算方法采用我国《省级温室气体排放清单编制指南（试行）》提供的质量平衡法。根据计算结果（见表4和图3），广州市生活垃圾的温室气体排放总量整体呈逐年上升趋势：2014年较2013年虽然垃圾处理量持平，但排放量下降10%，原因在于2014年广州市第一资源热力电厂二分厂建成投产，每日垃圾焚烧能力从之前1 000 t提升至3 000 t；2014年较2013年的垃圾填埋量下降12%、焚烧量增加82%，2015年较2014年垃圾处理量增加10%，但排放量下降8%，原因在于2015年垃圾处理中CH4回收量较2014年增加88%。由此可见，在生活垃圾处理过程中，降低填埋率、提高焚烧率、加强CH4回收对控制生活垃圾处理的温室气体排放均能起到较好的促进作用。

>表4 2010—2018年广州市生活垃圾处理的温室气体排放量 单位：万t

表4（续）

图3 2010—2018年广州市生活垃圾处理的温室气体排放趋势

3.2 生活垃圾处理与常住人口的变化趋势

根据2010—2018年广州市常住人口、生活垃圾产生量及排放量，计算人均垃圾处理量及排放量。根据计算结果可知（见表5和图4），常驻人口增长是影响广州市生活垃圾排放总量的重要因素，2010年至2018年广州市人均垃圾处理量呈逐年上升趋势，除2014、2015年相对于前几年提高垃圾焚烧率和CH4回收率引起温室气体排放量下降之外，垃圾处理产生的温室气体排放量整体趋势仍然是持续增长的。

表5 2010—2018年广州市常住人口及人均生活垃圾处理的温室气体排放量

图4 2010—2018年广州市人均生活垃圾处理量及人均温室气体排放量

3.3 生活垃圾处理的温室气体排放与人均GDP变化趋势

图5显示，2018年广州市人均GDP较2010年增长80%，生活垃圾处理的温室气体排放总量较2010年增长50%；2010年至2018年期间，人均GDP平均增速约为8%，生活垃圾处理温室气体排放量平均增速为5%。

图5 2010—2018年广州市人均GDP与生活垃圾处理的温室气体排放量

一般来讲，经济越发达的地区，其人均垃圾产量也就越高［7］。2017年全球人均垃圾产生量最高的国家是美国，约为每天每人2.45 kg，表明城市生活垃圾排放量与其GDP存在正相关关系，同时会受垃圾处理方式的影响。未来随着人民生活生活水平的提高，生活垃圾排放量也将持续增长，目前需要做的是积极采取各种垃圾治理措施减少垃圾产生量，采用更合理的垃圾处理方式来降低垃圾处理的温室气体排放量，争取尽早到达峰值并使达到峰值的垃圾温室气体排放量减少，使垃圾温室气体排放增长与经济增长脱钩，实现城市绿色发展。

4 未来广州市生活垃圾处理量及温室气体排放量预测

根据2017—2035年广州市总体规划，2020年广州市常住人口将达到1 550万人，2035年常住人口规模将控制在2 000万人左右［17］，由此，本文推算2020年至2035年间广州市人口平均增长率为1.71%，据此计算2020年至2035年广州市各年度常住人口数量，并建立方程来估算2020年至2035年广州市生活垃圾的填埋量和焚烧量，进而计算2020年至2035年广州市生活垃圾处理产生的温室气体排放量。具体的方程形式分别如下：

式（1）至式（3）中：Si表示各年度生活垃圾总处理量（万t）；Ei表示各年度人均生活垃圾量（万t）；Pi表示各年度常住人口数量（万人）；Qi表示各年度垃圾焚烧量（万t）；Vi表示不同年度垃圾焚烧电厂日处理能力（万t）；Ri代表不同年度垃圾焚烧电厂的负荷率；Li表示各年度生活垃圾填埋总量（万t）。

在计算生活垃圾填埋处理的温室气体排放量时，应扣除CH4回收量，因此，本研究以城市常住人口、人均垃圾产生量、垃圾焚烧电厂日处理能力、CH4回收率这4个参数设置3种情景，分别研究广州市未来生活垃圾处理的排放量（见图6）。3种情景分别为：

（1）政策情景，即常住人口依据现有规划，垃圾日处理能力根据垃圾电厂和填埋场规划，人均生活垃圾量根据近10年数据线性增长，CH4回收率采用近5年平均值。

（2）减排情景，即在政策情景的基础上提高垃圾焚烧比例和CH4回收率，人均生活垃圾增量有所降低。

（3）强化减排情景，即在低碳情景的基础上进一步提高垃圾焚烧和CH4回收率，人均生活垃圾增量进一步降低。

图6 2010—2035年广州市生活垃圾处理量预测

如图7所示，3种情景下广州市生活垃圾处理量在2035年前不会出现增长拐点，仍将呈现持续增长的态势。在政策情景下，广州市的生活垃圾处理能力缺口将于2033年前后出现，而根据垃圾处理设施建设经验，设施建设从立项到投产建成周期约5年，因此，如不启动新一轮垃圾处理设施规划建设工作，广州市将再次面临“垃圾围城”困境。同时，在政策情景下，广州市生活垃圾处理的温室气体排放量在2019年之后出现增长拐点，这缘于广州市有新的垃圾焚烧电厂建设和投产：2019年生活垃圾的焚烧能力较之前提高4.7倍；2022—2027年间生活垃圾焚烧能力在2019年的基础上提高2.1倍，基本能消纳全市生活垃圾处理量，生活垃圾处理的温室气体排放总量呈平稳状态；2028年以后，生活垃圾焚烧能力不足，部分垃圾又将选择填埋处理，导致温室气体排放量迅速增长。到2035年，广州市生活垃圾处理在减排情景下较政策情景下的填埋量减少34%，相应的，温室气体排放量减少42%；在强化减排情景下较政策情景下的填埋量减少55%，相应的，温室气体排放量减少66%。同样，广州市生活垃圾处理在减排情景下较政策情景下的焚烧量减少7%，相应的，温室气体排放量减少7%；在强化减排情景下较政策情景下的焚烧量减少13%，相应的，温室气体排放量也是减少13%。可见，减少垃圾填埋量所带来的温室气体减排效应明显高于垃圾焚烧量的减少。

图7 2010—2035年广州市生活垃圾处理的温室气体放量预测

5 结论和建议

（1）城市生活垃圾处理量及其温室气体排放量呈逐年增长趋势。2010年至2018年广州市生活垃圾处理量的平均增速为7.85%，生活垃圾处理的温室气体排放量平均增速为5.16%，且后期增速大于前期。目前广州市的生活垃圾处理以填埋为主，各年度的生活垃圾填埋量占生活垃圾处理总量约80%以上，各年度生活垃圾处理的温室气体排放量占垃圾处理温室气体排放总量约96%。从国外主要的生活垃圾处理方式来看，美国从2002年开始大幅降低垃圾填埋率，目前其垃圾焚烧电厂的容量位居世界第一；日本焚烧处理的生活垃圾量占其生活垃圾总产生量的75%以上，直接填埋量不足3%而且填埋量还在逐年下降。根据预测，广州市生活垃圾填埋处理的温室气体排放占比将逐步降低，到2035年，在政策情景下，生活垃圾填埋处理的温室气体排放量占比约78%；在减排情景下，这一占比为66%；在强化减排情景下，这一占比为51%。

（2）城市人口和GDP是影响城市生活垃圾排放总量的重要因素。城市的人口数量越多，生活垃圾量越大［18］。广州市2010年至2018年人均日垃圾处理量呈逐年上升趋势，基本维持在0.70 kg～1.10 kg，低于2006—2014年我国城市生活垃圾人均日清运量（1.22 kg～1.27 kg）［7］，也低于大部分发达国家的人均日清运量（1.26 kg～1.43 kg）［19］，但与很多已实行生活垃圾排放有偿政策的国家和地区相比还是偏落后。例如，根据美国环境保护署的统计数据显示，垃圾收费能使社区废弃物排放量减少14%～27%［20］；20世纪90年代，韩国在全国范围内实行垃圾称重收费，取得了显著效果，人均日垃圾清运量从1991年的2.3 kg减少到2010年的1.0 kg［7］；我国台北市也是进行垃圾分类与资源回收政策最早且最成功的城市，其人均日垃圾清运量从1995年的1.34 kg降低到了2012年的0.37 kg［21］，垃圾减量化效果明显。未来，随着我国城市人民生活生活水平的提高，生活垃圾排放量也将持续增长［22］。根据预测，到2035年，广州市人均日垃圾处理量在政策情景下为2.55 kg，在减排情景下为2.30 kg，在强化减排情景下为2.1 kg。因此，应从源头即人们的生活习惯开始，切实做到垃圾分类，实行“谁污染，谁付费”，提高城市生活垃圾回收利用率，从而减少个人垃圾产生量，有效抑制城市垃圾产生量和排放量。

（3）广州市2035年前垃圾增长量均不会出现增长拐点，垃圾处理能力缺口将于2033年前后出现，需要启动新一轮垃圾处理设施规划建设工作。广州市得益于垃圾焚烧电厂的建设和投产，生活垃圾处理的温室气体排放量在2019年之后出现增长拐点，2022—2027年间生活垃圾排放总量呈平稳状态，2028年之后在不增加焚烧处理容量的前提下，生活垃圾排放又将继续上升。因此，若能适当采取措施，根据预测，到2035年，广州市生活垃圾处理的温室气体排放在减排情景下将较在政策情景下降低31%，在强化减排情景下较在政策情景下降低48%。

（4）减少生活垃圾填埋量所带来的减排效应明显高于垃圾焚烧量的减少。因此，调整生活垃圾处理结构，逐步减少生活垃圾填埋、力推生活垃圾焚烧［18］，增强现有生活垃圾设施处理能力，改进原有的各种垃圾焚烧装置及开发新型焚烧炉，进一步提高环境保护执行标准，使之朝着高效、节能、低污染的方向发展。此外，提升技术，提高生活垃圾填埋沼气的回收率，将对于控制城市生活垃圾处理排放增量起到显著作用。

注释：

1）根据2011—2018年《广州统计年鉴》中相关指标数据进行统计分析。