近年来随着城乡建设的飞速发展，生活垃圾的产量也逐渐增多。据《中国统计年鉴》数据，截至2021年城乡生活垃圾年产量已达到 2.48 亿 t，由生活垃圾处理产生的温室气体也逐年增多，从 2010 年的 42.5 Mt 到 2019 年的 75.3 Mt （以 CO 2 -eq 计） ， 其产生的温室气体主要来源于填埋场的 CH 4 排放，不仅包括卫生填埋场，也含有农村简易填埋场。将生活垃圾处理方式由填埋转为焚烧可有效减少碳排放，减少农村地区简易填埋比例和对简易填埋点的整治也必不可少。 同时推进生活垃圾的分类和垃圾的源头减量也可助力碳减排。
我国生活垃圾分类起步晚，2019 年上海开始实施垃圾强制分类制度，到 2020 年在我国省会、直辖市等 46 个城市实施垃圾强制分类。 2021 年国家发改委颁布了《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》，重点强调了城乡生活垃圾分类处理。
国内学者对城市生活垃圾分类前后的碳排放强度进行了分析，但对村镇生活垃圾处理研究较少，城市和村镇生活垃圾组成也存在差异， 城市生活垃圾可回收物比例以及有机物含量占比高； 村镇生活垃圾灰土占比高，有机组分占比低。同时现有研究没有考虑垃圾焚烧中助燃剂的消耗， 以及焚烧烟气处理和渗滤液处理时的药品消耗，导致核算的结果偏小。 村镇生活垃圾可采取就地就近小型化、无害化焚烧、热解和沤肥等处理模式，或纳入城镇收运处置体系统一处理。
虽就近小型生活垃圾处理设备对交通或运输距离限制较少，但其目前还存在诸多问题，如启停炉频繁故障多、燃烧条件不佳处理效果差、烟气排放超标现象严重、废水处理不规范和管理水平低等，将村镇生活垃圾同城市生活垃圾一并处理，采用“户分类、村收集、区压缩转运和市处理”的城乡生活垃圾一体化处理模式是目前许多地区的现实选择。
本研究以宝鸡市为例，着重分析城乡生活垃圾一体化处理模式下垃圾分类处理前后产生的温室气体排放强度，根据 IPCC 清单指南和碳排放因子法分别对生活垃圾分类处理前后的碳排放强度进行估算，分析了生活垃圾处理过程中各温室气体的占比，明确了垃圾分类处理及城乡生活垃圾一体化处置的碳减排优势， 以期为各地区生活垃圾处理碳减排提供参考。
宝鸡市2021年常住人口为 176.9 万人，城区每日产生活垃圾约 1188.04 t·d -1 左右，农村日产生活垃圾 401.27 t·d -1 左右，城乡年垃圾产量为 640719 t。主城区生活垃圾无害化率达 90% 以上，城区周边的部分村镇生活垃圾纳入城区收运系统，其余村镇只做到了收集，生活垃圾多采用简易填埋处理，未纳入城区收运系统。且生活垃圾处理方式主要以卫生填埋为主，但现有填埋场剩余库容少，所以宝鸡市规划在填埋场的下游修建一座处理能力为 1500 t·d -1 的垃圾焚烧厂，以此实现生活垃圾的无害化、减量化和资源化。
同时为切实改善宝鸡市城乡环境， 减少生活垃圾处理的碳排放， 宝鸡市以“户分类、村收集、区压缩转运和市处理”的城乡生活垃圾一体化治理模式进行全覆盖。
宝鸡市城乡生活垃圾的组成如表 1 所示。垃圾分类处理前，生活垃圾通过转运到填埋场进行卫生填埋处置，部分生活垃圾进行简易填埋处置； 垃圾分类后，生活垃圾可以通过焚烧、厌氧处理和回收等多种方法处理，但也有极少部分垃圾未被收集，从而进行简易填埋处理。
根据城市建设现状及发展趋势，设立了分类前后的生活垃圾处置模式。
模式二：（分类后）其他垃圾焚烧、简易填埋+可回收垃圾资源化+厨余垃圾厌氧发酵；
两种模式的系统核算边界如图 1和图 2所示。
图 1 模式一：（分类前）混合收集+卫生填埋+简易填埋
图 2 模式二：（分类后）其他垃圾焚烧、简易填埋+可回收垃圾资源化+厨余垃圾厌氧发酵
生活垃圾处理过程中的直接碳排放包括填埋、焚烧、渗滤液处理、厌氧消化处理和助燃剂燃烧等环节。
① 填埋
填埋分为简易填埋和卫生填埋两种, 其中简易填埋过程中产生的碳排放可采用IPCC清单指南中的质量平衡算法进行计算：
式中，I 填埋 , CH4 为垃圾简易填埋过程中产生的CH 4 （以CO 2 -eq计）, t；MSW F 为简易填埋垃圾的量，t；L O 为填埋场产 CH 4 的潜力；MCF 为 CH 4 修正因子, 取缺省值 0.4；DOC i 为可降解有机碳分数, 见表 2；DOC F 为分解的可降解有机碳比例, 取0.5；F 为 CH 4 在垃圾 LFG 中的比例, 取 0.5；R 为 CH 4 回收量, 简易填埋 CH 4 回收量为 0；OX 为氧化因子, 取 0；GWP CH4 为 CH 4 的全球变暖趋势，取 27。
卫生填埋过程产生的碳排放可采用 IPCC 中 的一阶衰减模（FOD）进行计算：
式中, E 填埋 , CH4 为卫生填埋排放的 CH 4 （以CO 2 -eq计）, t；MSW T 为生活垃圾填埋量，t；MSW i 为填埋垃圾的种类i的比例；k 为填埋场产 CH 4 的速率常数, 见表 2；卫生填埋的 CH 4 回收量 R=0.3，回收气体通过火炬燃烧处理；L O 及其中参数同简易填埋, DOC F 取值见表 2。
② 焚烧 生活垃圾焚烧过程中会产生CO 2 、CH 4 和N 2 O等温室气体, 碳排放计算公式如下：
式中，I 焚烧,CO2 为焚烧过程中产生的碳排放（以 CO 2 -eq 计）, t；MSW O 为焚烧生活垃圾的总量, t；WF j 为j型生活垃圾的比例；dm j 为 j 型生活垃圾的干物质含量；CF j 为组分 j 干物质中的碳比例；FCF j 为组分 j 中矿物碳占总碳的比例；OF 为氧化因子，取 0.9；44/12 为 C 到 CO 2 的转化因子；I 焚烧,CH4 为焚烧过程中产生 CH 4 的量；I 焚烧,N2O 为焚烧过程中产生 N 2 O 的量；GWP N2O 为 N 2 O 的全球变暖趋势, 取 273；m i 为焚烧垃圾的量；EF CH4 为焚烧过程中 CH 4 的排放因子, 取 0.2 g·t -1 生活垃圾；EF N2O 为焚烧过程中 N 2 O 的排放因子, 取 50 g·t -1 生活垃圾。其余参数取 IPCC 推荐的缺省值。
③ 渗滤液
在填埋、焚烧以及厨余垃圾处理环节中产生的渗滤液在处理时会产生 CH 4 和 N 2 O，计算公式如下：
式中， I 渗滤液,CH4 和 I 渗滤液,N2O 分别为渗滤液产生的 CH 4 和 N 2 O（以 CO 2 -eq 计），t；Q r 为渗滤液r的处理量，t；TOW in 和 TOW out 分别为渗滤液进出水有机物浓度， 以 COD 计 mg·L -1 ；B O 为最大 CH 4 产生能力（以 CH 4 /COD 计），取 0.25 kg·kg -1 ；MCFs 为污水处理的 CH 4 修正因子，0.8；TN in 和 TN out 分别为进出水总氮质量浓度， mg·L -1 ；EF 渗滤液，N 2 O 为渗滤液处理中 N 2 O 排放因子（以 N 2 O/TN 计）, 取值 0.016 kg·kg -1 。不同类型渗滤液水质情况见表 3。
表 3 各环节渗滤液水质情况
④ 厌氧发酵
在厨余垃圾的厌氧发酵过程中主要产生 CH 4 和 N 2 O，其计算公式如下：
式中，I 厌氧排放 为厌氧发酵过程中产生的碳排放量（以 CO 2 -eq计），t；M 为有机物处理总量，t；EF CH4 为厌氧发酵过程中 CH 4 的排放因子（以 CH 4 /MSW 计），取 10 g·kg -1 ；EF N2O 为厌氧发酵过程中 N 2 O 的排放因子（以 CH 4 /MSW 计）, 取 0.6 g·kg -1 。
⑤ 助燃剂燃烧
垃圾焚烧炉点火或维持炉温时需要添加助燃剂, 其碳排放计算公式如下：
式中， I 柴油,CO2 为柴油燃烧产生的碳排放（以 CO 2 -eq 计），t；n 为辅助燃料的种类，本研究 以柴油为例；FC n 为第 n 种燃料的年消耗量，取 377 t；NCV n 为第 n 种燃料的平均低位热值， 柴油为 42652 kJ·kg -1 ；CC n 为第 n 种燃料的单位热值含碳量，柴油为 20.2 t·TJ -1 ；OF n 为第 n 种燃料的碳氧化率，柴油为 98%。
① 运输
运输产生的碳排放主要是柴油消耗，可由以下公式计算：
式中，I 运输 , CO2 为运输过程中产生的碳排放（以 CO 2 -eq 计）, t；EF a 为柴油的排放因子（以 CO 2 /柴油计），取 2.7 kg·L -1 ；V a 为柴油消耗量，L。
② 电力消耗
生活垃圾处理过程中产生的电力消耗也会产生碳排放，计算公式如下：
式中， I 电力, CO2 为电力消耗所产生的碳排放（以 CO 2 -eq 计）t；P t 为垃圾处理设施的电力消耗量，填埋场耗电量 28 kW·h·t -1 ，焚烧厂耗电量 52 kW·h·t -1 ，厨余垃圾厌氧消化设施耗电量 32 kW·h·t -1 ；E e 为国家电网排放系数（以 CO 2 -eq 计），取 0.581 t·（MW·h） -1 。
③ 药品消耗
在垃圾焚烧烟气处理环节中会使用活性炭、氨水等药品；渗滤液处理过程中会使用增稠和絮凝药剂, 如聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）等，药品使用产生的碳排放计算公式如下：
式中，I 药品,CO2 为药剂生产和运输产生的碳排放（以 CO 2 -eq 计）t；M c 为药剂 c 的投加量，kg；E c 为药剂 c 的排放因子。 各药剂排放因子及使用量见表 4，其中各药剂使用量为实测值。
④ 炉渣
垃圾焚烧的减容率程度高，但焚烧过后仍会有 20%~25% 的炉渣产生，在炉渣运输过程中也会产生碳排放，炉渣产生的碳排放（以 CO 2 /MSW 计）为 5.2 kg·t -1 。
① 焚烧发电
利用垃圾焚烧产生的高温可以用于发电，且 1 t 生活垃圾焚烧可产生 0.41 MW·h 电能，焚烧发电产生的碳减排计算公式如下：
式中, I 发电 为焚烧发电的碳减排量（以 CO 2 -eq 计）, t；E e 为国家电网排放系数。
② 垃圾回收
将塑料、纸张、金属和玻璃等可回收组分进行回收利用可以替代部分产品生产的碳排放，减少的碳排放可通过下式进行计算：
式中，I 回收 为垃圾回收过程减少的碳排放量（以 CO 2 -eq 计）, t；W i 为组分i的质量，t；EF i 为可回收垃圾组分i的排放系数。
宝鸡市生活垃圾分类前后垃圾处理各环节碳排放强度清单如表 5 所示。 模式一（分类前）中填埋对碳排放量的贡献最大, 主要原因是填埋场 CH 4 产生量大，CH 4 收集利用率低，覆盖层 CH 4 氧化效果差。 特别是村镇地区简易填埋点缺少 LFG 收集和覆盖措施，导致产生的 CH 4 直接排放到大气中。
模式二（分类后）中生活垃圾的主要处理方式由填埋转为焚烧，减少了 CH 4 的直接排放，焚烧烟气发电和提高可回收垃圾利用率实现了大量的碳减排。
同时城乡一体化处理模式下极大地减少了简易填埋的比例，简易填埋比例由 19% 减少至 4%，减少碳排放 59451.62 t（以CO 2 -eq计, 下同）。
如图 3 所示，生活垃圾分类处理前后总碳排放量差异明显，模式一（335223.24 t）的总碳排放远大于模式二（83605.87 t） ， 宝鸡市 2021 年垃圾分类处理后可减排 251617.37 t，分类后碳排放减少的原因主要体现在垃圾回收比例增加与焚烧发电上。
城乡生活垃圾处置过程中产生的温室气体主要为 CH 4 、CO 2 和 N 2 O，两种模式碳排放（直接碳排放和间接碳排放）中各温室气体占比差异明显，如图 4 所示：模式一中产生的主要温室气体是 CH 4 ，大多为卫生填埋和简易填埋过程产生，占比为 96.75%，CO 2 和 N 2 O 占比较少；模式二中产生的主要温室气体是 CO 2， 多为垃圾焚烧过程产生，占比为 83.74%，其次是 CH 4 （14.26%）和 N 2 O（2.00%）。
图 4 不同模式碳排放中各温室气体占比
本研究还考虑了助燃剂和药剂消耗所产生的碳排放，主要体现在模式二中。由表 5 可知，垃圾焚烧助燃剂的消耗可产生碳排放 1167.16 t，占直接碳排放的 0.38%。同时, 在渗滤液处理时增稠、絮凝药剂以及焚烧烟气脱硫、脱硝和除二噁英时消耗的药剂每年可产生碳排放 2126.91 t，目前关于生活垃圾的处理研究中都未曾考虑药耗的碳排放，但本研究结果表明药耗碳排放在间接碳排放占比为 9.95%，为更加准确评估生活垃圾处置过程的碳排放，药耗也应当纳入核算范围。
根据表 5 数据可知，宝鸡市城乡生活垃圾处理碳排放主要来源于卫生填埋、简易填埋和焚烧，因此考虑在这 3 个环节中采取相应措施进行减排。同时加强城乡生活垃圾分类及处理设施的建立，完善分类转运体系也必不可少。
（1） 宝鸡市垃圾分类处理前，卫生填埋产生的碳排放占直接碳排放的 78.61%，主要是有机垃圾厌氧发酵产生的大量 CH 4 ， 厨余垃圾有机物含量高，减少或者禁止厨余垃圾进入卫生填埋场可促进填埋场碳减排.垃圾处理方式由填埋改为焚烧，同时, 宝鸡市冬季天气寒冷干燥， 焚烧厂可以考虑采用热电联产，在焚烧能力富余的情况下还可以协同处理填埋场的陈腐垃圾，既释放填埋场库容，还可减少填埋场存量垃圾 CH 4 的释放。
（2） 填埋场 LFG 的收集率是影响 CH 4 排放的重要因素 ， 我国 LFG 的收集率仅为 25%~40% 低于丹麦（50%）、英国（64%）和美国（63%）等国家，因此提高 LFG 的收集利用效率也是减少碳排放的重要措施。同时利用生物炭、堆肥废物和矿化垃圾等强化覆盖层的 CH 4 氧化能力，也可减少填埋场的 CH 4 排放。
（3）宝鸡市城乡垃圾分类处理前，简易填埋产生的碳排放占直接碳排放的 19.76%， 农村生活垃圾简易填埋的治理也十分重要 ， 国内外常用的治理技术有原位封场治理、转运异地卫生填埋和好氧快速稳定等方法，对于乡镇的简易填埋点采用原位封场治理经济性更高。
1. 宝鸡市城乡生活垃圾一体化处理下，村镇生活垃圾简易填埋的比例由 19% 下降到 4%，减少碳排放 59451.62 t，2021 年宝鸡市生活垃圾分类处理后总碳减排可达 251617.37 t。
2. 生活垃圾分类处理前，产生的碳排放主要为卫生填埋和简易填埋产生的 CH 4 ，占碳排放的 96.75%；分类处理后，产生的碳排放主要是焚烧产生的 CO 2 ，占碳排放的 83.74%。
3. 宝鸡市城乡生活垃圾分类处理下，垃圾焚烧厂启停和维持炉温所消耗的柴油每年可产生碳排放 1167.16 t，占直接碳排放的 0.38%；渗滤液处理和焚烧烟气处理中的药品消耗每年可产生碳排放 2126.91 t，占间接碳排放的 9.95%。
4.加快生活垃圾分类进度，处理方式由填埋转为焚烧，焚烧厂热电联产和利用焚烧厂富余能力协同处理填埋场陈腐垃圾，提高 LFG 收集效率，强化覆盖层的 CH 4 氧化能力，对简易填埋场进行封场改造是可行的碳减排措施。
