2024, Vol. 45
2. 中广核铀业发展有限公司, 北京 100029;
3. 中央民族大学北京市食品环境与健康工程技术研究中心, 北京 100081
2. CGNPC Uranium Resources Co., Ltd., Beijing 100029, China;
3. Beijing Engineering Research Center of Food Environment and Health, Minzu University of China, Beijing 100081, China
近年来, 我国生活垃圾的管理压力凸显[1], 以焚烧和卫生填埋处置为主[2]. 混合收集后的生活垃圾在填埋和焚烧过程中均存在弊端, 填埋占地面积大、地下水污染风险高并释放填埋气[3 ~ 5], 焚烧的入炉垃圾热值低[6, 7]. 分类收运和分质处置是改善生活垃圾管理环境效益的重要方式, 针对我国生活垃圾的属性和管理需求, 分类以“干湿分离”为核心, 重点将厨余垃圾与其他垃圾分离, 为垃圾的后续妥善利用和处置提供有利条件[8]. 随着生活垃圾分类工作的推进, 厨余垃圾分出量增长[9], 但末端分质处置能力建设在短时间内难以完全匹配, 分类对生活垃圾管理环境效益的提升效果尚未充分显现[10].
2000年后我国更加重视垃圾分类[11, 12], 包括苏州在内的46座城市于2019年开展生活垃圾分类并在2019年底实施全面生活垃圾强制分类[13]. 苏州市位于江苏省南部, 是长江三角洲重要的中心城市之一, 2021年GDP总量达到2.27×104亿元, 常住人口增至1.27×107, 生活垃圾年清运量为484.28万t[14], 生活垃圾管理压力很大. 《苏州市生态文明建设规划（2021~2025年）》提出, 全市按照“大分流、细分类”模式开展垃圾分类工作, 到2025年全市“三定一督”源头分类方式实现全覆盖. 《苏州市环境卫生专项规划（2021-2035年）》提出, 全市环境卫生规划近期指标为至2025年生活垃圾无害化处理率100%, 原生生活垃圾“零填埋”, 将碳排放强度降低目标纳入全市高质量发展考核指标.
苏州市推行生活垃圾分类能否缓解城市管理的环境压力, 应采取哪些管理方式以进一步提高生活垃圾全过程管理的环境效益, 值得深入讨论. 本文以生命周期视角, 核算苏州市生活垃圾分类前后的环境影响潜值；基于苏州市2021年生活垃圾管理现状, 设置不同垃圾分类典型情况和不同末端处置能力匹配情景, 测算各情景下单位质量生活垃圾收运-处置的环境影响潜值及碳排放强度；建立线性模型预测到2035年的生活垃圾年清运量, 结合苏州市垃圾分质处置能力建设规划, 计算不同前端分类-末端处置情景的总环境影响潜势及碳排放总量, 以期为苏州有效控制生活垃圾的环境影响提供技术建议.
1 材料与方法 1.1 数据来源苏州市包含市区（姑苏、虎丘、吴中、相城和吴江等区）和常熟、张家港、昆山、太仓等4个县级市. 本文参考2017~2021年的《苏州统计年鉴》《苏州市固体废物污染环境防治信息公告》以及苏州市城市管理局发布的垃圾处理月报等, 梳理了苏州市这5 a的生活垃圾清运量及处置情况. 据报道, 2020年苏州市区可回收物和厨余垃圾的分出率分别为2.65%和11.19%, 较2019年底实施生活垃圾分类前分别增长136%和138%；2021年苏州市区可回收物和厨余垃圾的分出率分别提升至8.20%和22.66%[15]. 由此本文将苏州市2021年的可回收物和厨余垃圾分出率分别记为8.00%和23.00%, 2020年的可回收物和厨余垃圾分出率分别记为3.00%和11.00%, 2017~2019年的可回收物和厨余垃圾分出率均分别假设为2.00%和8.00%.
根据苏州市县级市——张家港市垃圾组分实测报道数据, 厨余垃圾纯度变化范围为70.00%~100.00%[16], 且参考南方地区厨余垃圾纯度（83.70%）[17]、2021年上海市生活垃圾分类后厨余垃圾纯净度（99.00%以上）[18]和我国生活垃圾分类后厨余垃圾中杂质含量（大约30.00%）[19], 苏州市生活垃圾分类前厨余垃圾质量占比按60.00%计, 分类后2020年及2021年厨余垃圾纯度按80.00%计. 进而计算得到2021年苏州市生活垃圾分类后其他垃圾中厨余组分占比为29.86%, 与2021年苏州市某生活垃圾焚烧厂进场垃圾中厨余组分占比（33.30%）近似[20].
2020年和2021年苏州市区的其他垃圾末端焚烧处置比例分别为94.95%和94.81%, 生活垃圾分类前混合垃圾焚烧处置比例约为60.00%[15]. 故本文中将苏州市2020年和2021年的其他垃圾焚烧处置比例均记为95.00%, 2017~2019年的混合垃圾焚烧处置比例记为60.00%. 截至2021年6月, 苏州市拥有9座厨余垃圾大型集中处理设施、245座小型分散式处理设施, 厨余垃圾处置能力达到179.03万t·a-1[21]. 本文2017~2021年前端分类分出的厨余垃圾依照《苏州市垃圾处理监管周报数据》报道的实际情况分别进入厌氧消化-制肥处置工艺及填埋处置. 基于苏州市2021年生活垃圾管理情况建立情景和预测未来时, 则结合苏州市生活垃圾处置设施规划, 其他垃圾的处置以焚烧-发电为主, 厨余垃圾的处置以厌氧消化-制肥为主, 仍有未处置的垃圾则按填埋处置.
1.2 计算方法本文各情景环境影响潜值及碳排放的计算方法和相关计算参数参考文献[10, 22], 利用当量因子[23]将具有同一种环境影响潜值的污染物特征化并归一化, 利用标准化系数将具有温室效应的污染物均折算为CO2排放强度, 再利用标准化系数及权重系数将同一种环境影响的污染物加权测算环境影响潜值, 从而直观比较不同情景的环境影响水平. 标准化系数采用荷兰莱顿大学环境科学研究中心开发的CML-IA数据库中的World 2000参考值[24], 权重系数采用杨建新等[25]的研究结果.
1.3 生命周期评价系统清单和情景设置结合苏州市生活垃圾管理现状和规划, 根据《苏州市2021~2035年环境保护和建设三年行动计划》《苏州市国土空间总体规划（2021-2035年）》, 参考本课题组前期研究中张家港市的原生生活垃圾处置系统边界及其系统简化假设条件[26], 以焚烧、厌氧消化-制肥、填埋和可回收物运输至资源再生厂为范围, 处置生活垃圾为功能单元（图 1）, 厌氧消化-制肥处置工艺中有机肥产品土地利用不作为产物存在电能抵消的情况, 后续的污染排放不再计入[26]. 将全球变暖（CO2、CO、CH4、N2O）、酸化（SO2、NOx）、化学臭氧合成（CO、PM10）、富营养化（NOx）和人体毒性（Cd、Hg、二
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图 1 原生生活垃圾处置系统边界 Fig. 1 Boundary of the native MSW disposal system |
假设苏州市的生活垃圾组分特征保持稳定, 分出的可回收物纯度为100%, 其他垃圾中厨余组分占比经物质守恒核算获得. 基于2021年苏州市生活垃圾的收运-处置实际情况, 设置了生活垃圾末端处置能力现状和按规划配套提升的2类共8种情景（表 1）. 情景A为2021年生活垃圾全过程管理实际情景（厨余垃圾分出率23.00%, 纯度80.00%）, 情景B、情景C和情景D的垃圾前端分类效果以2021年的成效为基准梯度提升, 设厨余垃圾分出率依次为30.00%、40.00%和50.00%, 厨余垃圾纯度梯度为85.00%、90.00%和95.00%；可回收物分出率依次为15.00%、20.00%和25.00%. 截至2021年6月, 苏州市垃圾能力达1.68万t·d-1, 共有3座卫生填埋设施、7座生活垃圾焚烧处置设施, 生活垃圾实际焚烧处置能力从2016年的1.27万t·d-1上升至2020年的1.4万t·d-1. 依照《苏州市环境卫生专项规划（2021-2035年）》, 苏州市区规划布局7座厨余垃圾集中处理设施, 总规模将达到3 770 t·d-1, 常熟、张家港、昆山和太仓等辖市规划建设10座厨余垃圾集中处理设施, 总规模将达到4 090 t·d-1, 全市每日处理厨余垃圾能力7 860 t·d-1, 以实现环境卫生近期指标生活垃圾无害化处理率100%、原生生活垃圾“零填埋”的目标. 基于生活垃圾处置规划规模, 假设情景A′、情景B′、情景C′和情景D′为末端处置协同配套的4个情景.
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表 1 基于2021年清运情况的苏州市生活垃圾不同管理情景设计 Table 1 Design of Suzhou MSW management scenarios based on removal-transportation situation of 2021 |
参考本课题组前期研究中生命周期污染排放清单参数的设定方法[10, 26], 结合苏州市[20]、杭州市[27]和上海市[10]的垃圾焚烧厂数据, 以及与苏州市相似工艺的填埋场运行参数[28, 29], 得出各情景对应的不同处理工艺的生命周期排放强度[26, 27, 30]（表 2~4）. 燃煤发电过程的污染排放数据主要参考中国燃煤电厂的研究结果, 燃煤电厂生产1 000 kW·h电能排放的污染物量为：CO2 608.02 kg, CO 10.84 kg, CH4 0.04 kg, N2O 1.26 kg, SO2 19.22 kg, NOx 2.27 kg[26, 31]. 垃圾处置回收的电能可并入电网使用, 抵消燃煤电厂的发电量, 降低污染排放, 处置设施回收的电能扣除垃圾处置本身所需电能后折算为燃煤发电对应的污染排放量, 获得电能回收量折算后的环境影响潜值[26].
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表 2 厨余垃圾和可回收物的污染排放强度清单 Table 2 Life cycle inventory of food waste and recyclables disposal |
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表 3 其他垃圾焚烧处置的污染排放强度清单 Table 3 Life cycle inventory for incineration disposal of residual waste |
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表 4 其他垃圾填埋处置的污染排放强度清单 Table 4 Life cycle inventory for landfill disposal of residual waste |
1.4 苏州市生活垃圾清运量的预测模型构建
张后虎等[32]开展了江苏省城市生活垃圾清运量的相关因素分析和灰色模型预测, 以城市人口数量、15~64岁人口比例、人均年可支配收入和消费性支出等数据预测了2009~2021年江苏省城市生活垃圾清运量[33]. Yuan等[34]通过分析影响南充市生活垃圾产量的主要因素, 确定以城镇人口和城镇居民人均消费支出为主, 并利用二元线性回归模型预测了南充市未来的垃圾产量. Teshome等[35]通过实地访谈和测量90个家庭及69个非住宅区样本的社会经济和固体废物数据, 发现生活垃圾产生量与家庭月收入和文化程度呈显著正相关（P < 0.05）, 建立的模型满足多元线性回归假设. Chung[36]使用多元线性回归模型根据废物历史数据和其他社会经济因素预测了中国香港的生活垃圾增长趋势. Popli等[37]基于老挝生活垃圾的统计数据, 结合社会人口、经济参数和多元线性回归方法预测了老挝2030年、2040年和2050年的垃圾产量. Kumar等[38]采用多元线性回归技术建立了两个模型分别用于预测印度丹巴德市的可生物降解生活垃圾产量及不可生物降解生活垃圾产量, 两模型精度测试的预测值与实测值近似. 苏州是江苏省经济快速发展城市, 本文通过线性回归模型[39]预测其2022~2035年生活垃圾清运量, 基于苏州市2009~2021年历年《苏州统计年鉴》中生活垃圾清运量、常住人口数量、15~64岁人口比例、人均年可支配收入及消费性支出等相关数据筛选模型参数. 通过相关性分析发现[图 2（a）], 生活垃圾清运量与人均年支出和人均年消费呈显著正相关（r = 0.66, P < 0.05）, 与15~60岁人口数量呈正相关（r = 0.50）, 确定常住人口数量和人均年消费支出为影响苏州市生活垃圾清运量的主要因子. 构建线性回归模型[式（1）]利用最小二乘法原理求解β1和β2.
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（a）生活垃圾年清运量的影响因素相关性分析（1.生活垃圾量, 2.常住人口, 3.15~65岁人口, 4.15~65岁人口比例, 5.人均年收入, 6.人均年支出；*表示P < 0.05, **表示P < 0.01）；（b）2022~2035年苏州市常住人口趋势；（c）2022~2035年苏州市人均年支出趋势；（d）2022~2035年生活垃圾年清运量预测 图 2 2022~2035年苏州市生活垃圾的年清运量预测 Fig. 2 Forecast of the annual volume of MSW in Suzhou from 2022 to 2035 |
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(1) |
式中, y为预测垃圾量, 单位万t；β0为偏置量, 记为3.64×1010；β1和β2为模型参数, 分别为-2.33×109和4.84×109；x1为常住人口数量, 单位人；x2为人均年消费支出, 单位元.
基于《苏州市国土空间总体规划（2021-2035年）》, 预计到2035年苏州市常住人口1 700~1 800万人, 全市人均地区生产总值较2020年增长1倍, 居民收入增幅及消费支出与经济增长保持同步. 苏州市2021~2035年常住人口根据历年趋势及2035年常住人口数量预测值插值测算[图 2（b）], 类似地, 2021~2035年苏州市居民人均年支出预测结果如图 2（c）所示. 生活垃圾逐年清运量预测结果如图 2（d）所示, 至2035年苏州市的生活垃圾年清运量增加至696.50万t.
1.5 苏州市未来至2035年的生活垃圾管理情景设置基于苏州市2021年生活垃圾收运-处置过程现状, 结合《苏州市环境卫生专项规划（2021-2035年）》《苏州市国土空间总体规划（2021-2035年）》, 假设每5 a为一组技术改进调整单元, 参考基于2021年总产量的苏州市生活垃圾管理情景设计中各指标数值梯度, 设置6种预测情景（表 5）. 情景α为生活垃圾分类效果和末端处置能力保持2021年水平的基准情景；末端处置能力不变, 情景β和情景γ的厨余垃圾分出率在2021年（22.66%）的基础上呈现梯度变化（情景β为40.00%、情景γ为50.00%）, 可回收物分出率分别提高至18.00%（情景β）和25.00%（情景γ）. 假设情景α表示未来15年内厨余垃圾纯度不变, 记为78%, 第一次提高厨余垃圾分出率（40.00%）后, 情景β的未来15年内设每5 a为一组改进调整单元, 随着居民垃圾分类习惯的改善, 厨余垃圾纯度假设以5.00%的梯度由80.00%提升至90.00%, 第二次提高厨余垃圾分出率（50.00%）后情景γ的厨余垃圾纯度由90.00%梯度提升至100.00%, 以探究前端厨余垃圾纯度的改变所导致的生活垃圾收运-处置过程中造成的环境影响. 依据《苏州市环境卫生专项规划（2021-2035年）》的处置能力, 在提高生活垃圾前端分类效果各情景的基础上, 进一步设置处置规模配套改善情景（情景α′、情景β′和情景γ′）.
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表 5 苏州市2021~2035年的典型生活垃圾管理情景设计 Table 5 Scenario design of typical MSW management in Suzhou from 2021 to 2035 |
2 结果与分析 2.1 2017~2021年分类前后的苏州市生活垃圾管理的环境影响潜值
苏州市2021年生活垃圾清运量484.28万t, 市区生活垃圾年清运量346.24万t, 占比71.50%, 厨余垃圾、其他垃圾、可回收物的分出量分别为109.38万、335.19万和39.71万t, 无害化处理率已达100.00%. 苏州市2015年成为全国首批26个生活垃圾分类示范城市之一, 2018年底市区全面实现公共机构及相关企业生活垃圾分类全覆盖, 2019年底全市全面推行生活垃圾分类, 与2017年生活垃圾混合收运（清运量481.18万t）相比[图 3（a）], 苏州市区和各辖市的生活垃圾年清运量于2018~2021年大体持平, 厨余垃圾分出比例由2017年的8.11%增加至2021年的22.01%[图 3（b）], 可回收物分出比例由2017年的1.95%增长至2021年的8.20%[图 3（b）], 在2017~2021年5年内垃圾清运量涨幅不大的情况下厨余垃圾和可回收物分出量增多, 表明垃圾分类对垃圾分质收运处置的积极作用正在逐渐显现. 同时, 苏州市每日人均垃圾产量由分类前2017年1.25 kg·d-1降至生活垃圾分类后的2021年1.03 kg·d-1, 其作为自2020年来GDP总量超过2万亿的新一线城市, 人均日垃圾产量于2017~2021年期间均高于全国平均水平, 但与全国人均垃圾清运量的增长趋势相比呈波动下降趋势[图 3（c）], 生活垃圾分类前2017、2018和2019年人均垃圾日产量为1.19 kg·d-1左右, 生活垃圾分类后2020年人均垃圾日产量降为0.96 kg·d-1, 反映了苏州市垃圾分类的生活垃圾减量化成效逐渐显现.
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（a）2017~2021年苏州市生活垃圾年清运量, （b）2017~2021年苏州市各类生活垃圾分出情况, （c）2017~2021年苏州市和全国的每日人均垃圾清运量 图 3 2017~2021年苏州市的生活垃圾清运量 Fig. 3 MSW collection and transportation volume from 2017 to 2021 |
表 6为2017~2021年分类前后苏州市生活垃圾管理的环境影响潜值计算结果, 生活垃圾分类前的2017~2019年的单位质量垃圾环境影响潜值（加权后的环境影响潜值单位, 以PET2000计, 下同；杨建新等[25]以EDIP模型方法为基础, 建立了包括环境影响类别选择、数据标准化、加权评估以及计算环境影响负荷4个步骤的生命周期影响评价方法, 该方法标加权评估采用了2000年我国政府污染物削减目标确定权重）为2.13×10-13~2.34×10-13 t-1, 总环境影响潜值（以PET2000计, 下同）为1.01×10-6~1.13×10-6. 2020年《苏州市生活垃圾分类管理条例》实施后, 2020和2021年单位质量垃圾环境影响潜值分别降至2.02×10-13 t-1和1.91×10-13 t-1, 分别较2017年生活垃圾混合收运时期下降约13.68%及18.38%, 高于杭州（5%）[27]、上海（8%）[10]和张家港（10%）[26]的相似研究结果；总环境影响潜值分别为8.94×10-7和9.25×10-7, 分别较2017年下降约18.72%及15.91%, 生活垃圾分类对环境的正向效应显著. 5种环境影响中全球变暖潜值贡献最多, 5年内均占单位质量垃圾环境影响潜值70.00%以上. 生活垃圾混合收运时（2017~2019年）的单位质量垃圾全球变暖潜值（以PET2000计, 下同）为1.77×10-13~1.95×10-13 t-1, 生活垃圾分类后可回收物的分出比率大幅提高至8.20%, 其资源回收利用可以有效降低生活垃圾全过程碳排放[15], 且厨余垃圾分出量及纯度提高, 资源化处置比例上升, 2021年单位质量垃圾全球变暖潜值下降至1.52×10-13 t-1, 较2017年降低22.05%. 可见, 在生活垃圾分类处理过程中, 可回收物的分出率、厨余垃圾分出率和纯度的提高是生活垃圾分质处置的前提, 生活垃圾分类有利于生活垃圾全过程管理环境效益的提升. 生活垃圾分类后, 可回收物2021年分出量较2019年增长4.21倍[15], 单位质量垃圾酸化潜值（以PET2000计, 下同）由2.41×10-15 t-1降至-1.88×10-14 t-1, 其他的垃圾处置工艺排放的SO2等酸性气体被抵消, 可见可回收物的分出和利用对抑制酸化环境影响起着重要作用. 单位质量垃圾化学臭氧生成潜值（以PET2000计, 下同）由2017年的3.30×10-15 t-1降至2021年的1.60×10-15 t-1, 主要由于随着厨余垃圾分出率和纯度的提高, 其填埋和资源化处置过程中CO排放减少. 单位质量垃圾人体毒性潜值（以PET2000计, 下同）随着焚烧进场垃圾厨余组分占比的减少, 2021年较2017年下降了26.83%. 然而, 单位质量垃圾富营养化潜值降幅由于可回收物分出率的提高, 运输过程中NOx排放的增多, 生活垃圾分类后2021年较2017年降幅仅为3.07%.
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表 6 2017~2021年苏州市生活垃圾管理环境影响潜值计算结果 Table 6 Calculation result of the EIP of Suzhou MSW management |
2.2 2021年苏州市生活垃圾管理不同情景的环境影响潜值
基于2021年的8种情景的环境影响潜值如图 4所示. 图 4（a）为8种情景的单位质量垃圾环境影响潜值, 其顺序为：情景A > 情景B > 情景C > 情景D, 仅提高前端生活垃圾分类效果（情景D）的单位质量垃圾环境影响潜值为1.46×10-13 t-1, 较2021年苏州市实际处置情况（情景A）单位质量垃圾环境影响潜值（1.92×10-13 t-1）下降约23.96%. 末端处置能力按规划提升后, 原生生活垃圾零填埋, 厨余垃圾资源化处置能力提升, 其顺序为：情景A > 情景B > 情景A′ > 情景C > 情景B′ > 情景D > 情景C′ > 情景D′, 情景D′的单位质量垃圾环境影响潜值为1.33×10-13 t-1, 较情景A下降约30.73%, 较仅改善垃圾前端分类效果（情景D）下降约8.91%, 表明生活垃圾处置环境效益的提升不仅依靠分类效果的改善, 也依靠末端处置能力的匹配.
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（a）单位质量垃圾环境影响潜值, （b）单位质量垃圾全球变暖潜值, （c）单位质量垃圾酸化和臭氧合成潜值, （d）单位质量垃圾人体毒性潜值, （e）单位质量垃圾富营养化潜值, （f）单位质量垃圾能源投入和能源回收 图 4 基于2021年苏州市生活垃圾全过程管理假设情景下的单位质量生活垃圾环境影响潜值 Fig. 4 EIP of per unit weight MSW under the integrated management scenarios of Suzhou in 2021 |
如图 4（b）所示, 各场景中单位质量垃圾环境影响潜值随厨余垃圾纯度大幅度降低是由全球变暖潜值降低造成的, 全球变暖潜值在单位质量垃圾环境影响潜值中贡献率最高（78.57%~82.14%）. 末端处置能力现状情景下, 情景A至情景D的单位质量垃圾全球变暖潜值随其厨余垃圾纯度及其他垃圾中厨余垃圾组分占比的降低, 由1.56×10-13 t-1降低为1.10×10-13 t-1, 降幅29.49%. 厨余垃圾如填埋处置, 会增加填埋堆体中有机质含量, 进而增强水蒸气、CO2和CH4等温室气体的排放[40], 但采用厌氧消化-制肥处置工艺资源化后, 进入填埋场的剩余部分厨余垃圾处置量大幅减少, 填埋处置的CO2和CH4等温室气体排放量降低[41]；且厨余垃圾纯度提高至95%时, 其他垃圾的厨余组分占比降低为2.86%, 辅助燃料燃烧排放的温室气体排放量降低, 所以情景D单位质量垃圾全球变暖影响潜值减小至1.10×10-13 t-1, 较2021年实际情况（情景A）降低29.49%. 末端处置能力提升后, 厌氧消化-制肥处置规模扩大, 厨余垃圾几近全量资源化利用, 填埋处置过程中CO2和CH4等污染物的排放趋近于零, 抵消了其他垃圾焚烧所产生的部分温室气体排放量, 故垃圾处置的全球变暖效应有所改善. 生活垃圾分类效果提高, 单位质量垃圾全过程碳排放量（以CO2计, 下同）由情景A的639.91 kg·t-1降为情景D的434.85 kg·t-1, 垃圾焚烧过程产生的直接碳排放主要受垃圾组分中橡塑类含量和含水率等因素影响[20], 垃圾分类可减少进入垃圾焚烧厂生活垃圾中厨余类含量, 进而控制含水率, 改善垃圾焚烧性能, 减少碳排放量. 除此之外, 分类使可回收物分出率提高, 可回收物的资源再利用规模扩大, 可在实现物质循环利用的同时有效减少垃圾处理碳排放[42].
图 4（c）是各情景下单位质量垃圾的酸化和化学臭氧生成环境影响潜值的测算结果, 这2种影响因子在分类效果改善的情景下单位质量垃圾环境影响潜值均减小. 可回收物处置可抵消部分SO2气体的酸化影响, 所以各情景下酸化潜值随可回收物分出量增加而减少. 化学臭氧生成与填埋和焚烧过程中CO和PM10等污染物的排放有关[43, 44], 由于厨余垃圾分出量增加, 其他垃圾焚烧处置量相应降低, PM10和CO等污染物排放量减少, 所以情景D的单位质量垃圾直接化学臭氧生成潜值（1.38×10-15 t-1）较情景A（3.15×10-15 t-1）减小56.19%；且厨余垃圾资源化规模扩大, 垃圾填埋量减少可抵消CO排放, 故情景D′（1.34×10-15 t-1）较情景D减小2.90%. 可回收物运输量增加, 运输途中车辆等排放的NOx总量增加, 会略微增大直接富营养化潜值[45], 所以末端处置能力现状下单位质量垃圾直接富营养化潜值随可回收物分出量增加而增大（[图 4（e）]情景A、情景B、情景C、情景D）, 但涨幅仅为2.21%. 另外, 其他垃圾分出率的减小导致焚烧量降低, 情景D的焚烧处置过程中NOx排放总量（0.57×103 t）较情景A（1.59×103 t）减小了1.02×103 t, 可抵消由于增加可回收物处置量而产生的NOx排放量（0.41×103 t）, 所以末端处置能力规划情景下焚烧能力扩大, 直接富营养化潜值随分类效果的提高而减小[图 4（e）情景A′、情景B′、情景C′、情景D′]. 直接人体毒性潜值[图 4（d）]主要与焚烧过程的二噁英、重金属和PM10等排放有关[46, 47], 厨余垃圾分出量增加可使垃圾焚烧处置量不断减少, 减少二噁英、重金属和PM10等污染排放量, 使直接人体毒性潜值逐渐降低.
8种情景的电能输入和回收情况如图 4（f）所示. 厨余垃圾分出量增加使厌氧消化-制肥处置量增加, 填埋量减少. 厌氧消化-制肥处置需要控制温度和氧气等条件, 且配套设置了除臭设施, 处置1 t垃圾的电能消耗量比填埋处置电能消耗高, 但厌氧消化-制肥处置的发电效率高于填埋, 所以电能回收量逐渐增加. 厨余垃圾纯度提高, 其他垃圾中厨余垃圾占比相应减小, 焚烧入炉垃圾的含水率降低, 热值升高, 可降低焚烧处置的电能输入量, 增加电能回收量, 所以电能输入量随厨余垃圾纯度提高而减少, 电能回收量则小幅度增加.
2.3 苏州市2022~2035年生活垃圾环境效益预测图 5为2022~2035年苏州市生活垃圾全过程管理的6种情景下环境影响潜值预测结果. 由图 5（f）可知, 单位质量垃圾环境影响潜值总体趋势约为：情景α > 情景β > 情景γ > 情景α′ > 情景β′ > 情景γ′. 表明前端分类情况不变单位质量垃圾的环境影响潜值不会改变. 基于苏州市现阶段生活垃圾前端分类效果及末端处置能力, 假设各类垃圾分出比例及厨余垃圾纯度保持不变的原始情景α的厨余垃圾分出量由2017年的106.54万t涨至2035年的153.23万t, 2021年的厨余垃圾资源化处置规模（179.03万t）可覆盖情景α中未来15 a的厨余垃圾；情景α的其他垃圾分出量由2017年的338.03万t涨至2035年的480.59万t, 原始情景α的单位质量垃圾环境影响潜值2021年为1.91×10-13 t-1, 至2035年为1.85×10-13 t-1, 降幅仅为3.14%, 情景α的2021年和2035年的总环境影响潜值随着生活垃圾清运量的增多分别为9.21×10-7和1.30×10-6[图 5（h）], 表明苏州市2021年生活垃圾分类收运-处置的效果在未来生活垃圾清运量不断增长的趋势下对环境造成的影响不容忽视. 生活垃圾前端分类效果改善后, 情景γ中2035年单位质量垃圾环境影响潜值为1.54×10-13 t-1, 较情景α的2021年实际情况降低19.37%；总环境影响潜值为1.05×10-6, 较按照苏州市现阶段分类效果下（情景α）的2035年总环境影响潜值降低19.23%；生活垃圾分类效果提高, 厨余垃圾分出率由40.00%提高至50.00%时, 厨余垃圾纯度相应提高可增加厌氧消化-制肥处置量, 降低填埋处置量, 减少CO2和CH4等温室气体排放量, 直接总环境影响潜值逐渐降低, 表明垃圾分类能够有效抑制生活垃圾清运量增长带来的环境负面效益.
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（a）单位质量垃圾全球变暖潜值, （b）单位质量垃圾酸化潜值, （c）单位质量垃圾富营养化潜值, （d）单位质量垃圾化学臭氧生成潜值, （e）单位质量垃圾人体毒性潜值, （f）单位质量垃圾环境影响潜值, （g）碳排放总量, （h）总环境影响潜值 图 5 苏州市2021~2035年生活垃圾全过程环境影响潜值预测结果 Fig. 5 EIP of the integrated management of MSW in Suzhou from 2021 to 2035 |
依照《苏州市环境卫生专项规划（2021-2035年）》扩大生活垃圾末端处置能力规模后, 情景β和情景γ相应的末端处置能力建成后的情景（情景β′和情景γ′）直接总环境影响潜值均下降, 情景γ′的单位质量垃圾环境影响潜值至2035年降为1.28×10-13 t-1, 总环境影响潜值8.69×10-7, 较情景γ的总环境影响潜值下降约17.00%, 较2021年实际的总环境影响潜值（9.21×10-7）下降5.65%. 可见, 苏州市生活垃圾管理规划的末端处置规模是进一步应对未来苏州市生活垃圾清运量增长环境压力的有效措施, 前端垃圾分类效果与末端分支处置能力合理配套才能充分发挥垃圾分类对全过程管理的环境效益优势[21, 48].
末端处置能力提升后, 电能回收量折算后的单位质量垃圾环境影响潜值（-0.16×10-14~-1.14×10-14 t-1）均显著低于末端处置能力现状情景（-0.21×10-14~-2.03×10-13 t-1）, 厨余垃圾通过厌氧消化-制肥或填埋方式处置, 其他垃圾全部通过焚烧处置, 相比末端处置能力现状情景（部分垃圾通过填埋方式处置）电能回收效率和回收量提高, 可折抵的燃煤发电对应的环境影响潜值较高, 所以电能回收量折算后的单位质量垃圾环境影响潜值更低, 并随厨余垃圾分出量和纯度提高而改善.
图 5（a）全球变暖为主要环境影响, 这与2.1节和2.2节的结果一致, 随着厨余垃圾分出量的增加和厨余垃圾纯度的提高, 环境影响趋于减小, 情景γ的2035年单位质量垃圾全球变暖环境影响潜值已降低至1.32×10-13 t-1, 较2021年实际单位质量垃圾全球变暖环境影响潜值（1.60×10-13 t-1）减小约17.50%. 其他4种环境影响类型与2.2节中8个情景趋势一致, 环境影响均随着生活垃圾分类效果的改善和末端处置规模的扩大而逐渐减小.
苏州市未来到2035年生活垃圾处置的碳排放总量如图 5（g）所示. 2021年苏州市生活垃圾管理过程实际碳排放总量约为326.23万t, 在目前的实际分类处置情景α下随着生活垃圾清运量的逐年递增, 2035年碳排放总量增至约458.67万t. 改善前端垃圾分类效果后（情景γ）, 厨余垃圾分出量及纯度梯度提高, 末端处置规模不变, 2035年碳排放总量约为380.17万t, 较苏州市于现生活垃圾收运-处置规模下（情景α）至2035年的碳排放量预测值减少17.11%, 单位质量垃圾碳排放量从2021年实际处置情况的639.91 kg·t-1降至情景γ的2035年538.16 kg·t-1, 降幅15.81%, 表明垃圾分类有助于减少碳排放；扩大处置规模后（情景γ′）, 碳排放总量至2035年为322.57万t, 较仅改善生活垃圾前端分类效果的情景（情景γ）减少约15.26%, 较2021年实际碳排放总量下降约1.23%, 表明未来到2035年苏州市生活垃圾管理全过程碳排放在生活垃圾前端分类收运-后端分质处置工作改善的情况下得到有效控制, 《苏州市2021~2035年环境保护和建设三年行动计划》《苏州市环境卫生专项规划（2021-2035年）》《苏州市生活垃圾分类管理条例》等相关管理文件能够有效抑制未来因城市发展引起生活垃圾清运量逐年提高导致污染加剧的不利趋势.
2.4 未来苏州市生活垃圾处置方式变化对生活垃圾处理处置全过程环境影响从2022~2035年苏州市生活垃圾全过程管理的6种情景单位质量垃圾环境影响潜值预测结果见图 5（f）, 由图可知, 未来苏州市生活垃圾处置方式及规模的改变有效降低了环境影响潜值, 具体不同的垃圾处置方式对环境影响潜值的贡献如图 6所示. 基于2021年生活垃圾管理现状的发展趋势下（情景α）[图 6（a）], 2021~2035年其他垃圾焚烧处置方式造成的环境影响潜值占比最大（87.89%）. 改善前端生活垃圾分类效果后（情景γ）[图 6（b）], 随着厨余垃圾和可回收物分出率的提高, 其他垃圾焚烧量大幅减少, 未来至2035年焚烧处置的单位质量垃圾环境影响潜值由情景α的7.96×10-14 t-1减少为情景γ的4.43×10-14 t-1, 厨余垃圾分出量增加后厨余垃圾填埋处置的单位质量垃圾环境影响潜值由情景α的6.63×10-14 t-1减少为情景γ的5.03×10-14 t-1, 厨余垃圾厌氧消化-制肥处置的单位质量垃圾环境影响潜值由情景α的1.67×10-14 t-1减少为情景γ的1.29×10-14 t-1, 2035年情景γ的生活垃圾收运-处置过程中单位质量垃圾环境影响潜值相较于情景α降低了16.76%. 至2035年生活垃圾清运量涨至696.50万t时, 情景γ的总环境影响潜值较2021年苏州市目前情景α的总环境影响潜值降低了19.27%, 其中焚烧处置的总环境影响潜值降低贡献最大, 其改善分类效果后的2035年（情景γ）总环境影响潜值较2021年苏州市现阶段（情景α）减少了56.74%. 表明生活垃圾分类效果改善后, 在未来苏州市生活垃圾清运量递增的情况下, 厨余垃圾分出量的增加非但没有对环境造成负面的影响, 且会随着其他垃圾焚烧处置量的减少降低生活垃圾处理过程的环境影响潜值.
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（a）基于2021年生活垃圾管理现状（情景α），（b）提高前端生活垃圾分类效果情景（情景γ），（c）提高前端生活垃圾分类效果基础上扩大终端处置能力（情景γ'） 图 6 苏州市2021~2035年不同生活垃圾终端处理方式单位 Fig. 6 EIP of differing final disposal of 1t MSW |
依照《苏州市环境卫生专项规划（2021-2035年）》实现原生生活垃圾零填埋后[图 6（c）], 厌氧消化-制肥的厨余垃圾量随着前端生活垃圾分类效果的改善逐渐增多, 至2035年厨余垃圾全量资源化处置造成的单位质量垃圾环境影响潜值贡献率由情景γ的2.51%升高到了情景γ′的34.51%, 同时其他垃圾分出量的降低导致了其他垃圾焚烧处置的单位质量垃圾环境影响潜值由情景γ的4.43×10-14 t-1减少为情景γ′的2.95×10-14 t-1, 综合来看2035年生活垃圾清运量涨至696.50万t时, 情景γ′的生活垃圾收运-处置过程中总环境影响潜值相较于情景γ的2035年降低了17.00%, 较2021年苏州市现阶段（情景α）的总环境影响潜值降低了5.65%, 其中厨余垃圾进入厌氧消化-制肥的处置量由2021年的179.03万t增加到286.89万t, 其他垃圾焚烧处置量由108.96万t增加至174.13万t, 填埋处置量均减为0, 表明“原生生活垃圾零填埋”这一指标在应对未来苏州市生活垃圾清运量逐年增长的趋势下具有正向环境效应.
3 结论（1）苏州市自2019年底全面实施生活垃圾分类工作后, 单位质量生活垃圾管理的环境影响潜值由2017年的2.34×10-13 t-1降至2021年的1.91×10-13 t-1, 下降约18.38%, 生活垃圾前端分类有效改善垃圾全过程管理的环境效益.
（2）基于末端处置实际能力的情景下, 苏州市2021年单位质量垃圾环境影响潜值随着前端分类效果持续改善而逐渐降低, 厨余垃圾分出率和纯度分别提高至50.00%和95.00%的情景D, 较2021年苏州市实际情景减少约23.96%；在此基础上进一步扩大末端处置规模后的情景D′单位质量垃圾环境影响潜值（1.33×10-13 t-1）低于仅改善分类效果的环境影响潜值, 降幅8.90%, 较苏州市2021年实际生活垃圾收运情景降低30.73%, 生活垃圾处置环境效应的提升不仅依靠分类效果的改善, 也依靠末端处置能力的匹配.
（3）结合苏州市常住人口规模和居民人均年支出情况, 预测到2035年苏州市生活垃圾清运量增至696.50万t, 增长速率逐年放缓. 在苏州市末端处置能力现状下, 分类效果提高后单位质量生活垃圾的环境影响潜值至2035年为1.54×10-13 t-1, 总环境影响潜值1.05×10-6, 碳排放总量达到380.17万t；垃圾末端分质处置规模扩大、原生生活垃圾“零填埋”、厨余垃圾充分资源化的理想情景下单位质量生活垃圾环境影响潜值至2035年为1.28×10-14 t-1, 总环境影响潜值8.69×10-7, 碳排放总量仅为322.57万t, 分别较仅改善生活垃圾前端分类效果的情景减少约17.00%和15.26%, 较2021年苏州实际总环境影响潜值和碳排放总量分别减少约5.65%和1.23%. 在未来因城市发展引起生活垃圾清运量逐年提高的趋势下, 生活垃圾分类工作可以有效抑制环境影响和降低碳排放总量.
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