張?zhí)m霞，李國學(xué)，羅文海，袁 京

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，農(nóng)田土壤污染防控與修復(fù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

1 引言

隨著人民生活水平的提高以及城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，我國生活垃圾產(chǎn)生量和成分發(fā)生了巨大變化［1］。2018 年，我國生活垃圾清運(yùn)量達(dá)2.28×108t，且每年以8%～10%的速度持續(xù)增長［2］。同時，生活垃圾組成也發(fā)生了較大變化［3-4］，主要表現(xiàn)為廚余垃圾比例逐漸增加［5］，廚余垃圾高含水率、高有機(jī)質(zhì)含量的性質(zhì)決定了其后續(xù)的末端處理處置必須與其他垃圾分開后單獨(dú)處理。2017 年，上海成為我國首批城市垃圾分類試點(diǎn)城市之一［6］。2019年，全國地級及以上城市全方位展開生活垃圾分類工作，要求46 個重點(diǎn)城市到2020 年底基本完成垃圾分類處理系統(tǒng)［7］。2020 年5 月1 日，《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》正式實(shí)施，開始強(qiáng)制實(shí)行垃圾分類，將生活垃圾按照可回收、廚余、有害和其他垃圾進(jìn)行源頭分類收集［8］。生活垃圾組成和性質(zhì)直接決定了生活垃圾投放、收集、運(yùn)輸以及處理處置的設(shè)備配置和方法選擇。

盡管生活垃圾分類方法已明確規(guī)定了生活垃圾的四分類方法。但市民不同活動區(qū)的垃圾組成也不盡相同，甚至差異較大。在行政辦公、城市交通、公園景區(qū)等公共場所，生活垃圾物理組成與居民小區(qū)、商場飯店等有較大差異［9］。若在不同場所采用相同的分類方法，配置相同的垃圾收集裝置，一方面會造成資源浪費(fèi)，另一方面會增加垃圾清運(yùn)工作量。除此之外，廚余垃圾、可回收垃圾、其他垃圾以及灰土等不同垃圾成分的含水率和密度差異也較大，這兩個特性直接影響垃圾桶配置的材質(zhì)和體積?？傮w而言，生活垃圾分類收集是解決垃圾處理與資源化利用的根本問題［10］。而生活垃圾分類方法又直接取決于生活垃圾組成和性質(zhì)。清晰的分類方法可提升公民的參與度，讓每個人都參與到垃圾分類管理中是必要和緊迫的［11］。所以了解生活垃圾物理組成對分類效果具有重要意義。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和燃料結(jié)構(gòu)的差別使得城鄉(xiāng)生活垃圾的組分差異較大［12］。城市生活垃圾中的可降解有機(jī)物和可回收物高于農(nóng)村，惰性垃圾含量低于農(nóng)村。隋儒楠［13］調(diào)查分析了沈陽市城鄉(xiāng)生活垃圾組成，城市廚余垃圾占比（約為70%） 高于農(nóng)村（20%）；城市和農(nóng)村的第二大組分分別是橡塑和灰土，占比分別為8%和20%。不同功能區(qū)的生活垃圾組分差異大，居民區(qū)廚余垃圾含量較高，事業(yè)區(qū)和文教區(qū)紙類含量高，旅游區(qū)和商業(yè)區(qū)可回收物含量高［14］。故需根據(jù)各功能區(qū)的垃圾特性，選擇不同的垃圾分類方法。生活垃圾物理組成影響著含水率和熱值，城市生活垃圾的含水率高于農(nóng)村，是因?yàn)閺N余垃圾和含水率顯著正相關(guān)［15］，塑料和紙類對垃圾熱值貢獻(xiàn)大［16］。將廚余垃圾單獨(dú)分類，將明顯降低混合垃圾的密度。

因此，系統(tǒng)了解城鄉(xiāng)不同功能區(qū)生活垃圾物理組成及特征，對生活垃圾源頭分類、投放和收集具有重要意義。本研究對北京市典型功能區(qū)生活垃圾組成進(jìn)行分析，提出適宜的分類方法，并對大類粗分后垃圾特性進(jìn)行分析，為后續(xù)生活垃圾減量化和資源化提供數(shù)據(jù)支撐。

2 材料與方法

2.1 生活垃圾樣品采集

根據(jù)居民活動軌跡選擇的典型單位包括：飯店、體育館、大型超市、休閑廣場、辦公區(qū)、地鐵站、旅游景點(diǎn)、文化教育區(qū)和居民住宅區(qū)（高檔住宅區(qū)、普通住宅區(qū)）。2019 年3 月，以北京市海淀區(qū)作為垃圾分類典型地區(qū)的研究案例，在不同的功能區(qū)中選取典型采樣點(diǎn)，每個采樣點(diǎn)連續(xù)3 d 在同一時間段進(jìn)行采樣，按照CJ/T 3039—1995城市生活垃圾采樣和物理分析方法，采用四分法完成采樣。每次采樣時用隨機(jī)選定的垃圾車將垃圾傾倒在作業(yè)面以外的區(qū)域，用取樣鏟鏟取約為樣品質(zhì)量4 倍的垃圾（40～52 kg），充分混合后堆成錐形，取其1/4 作為樣品，樣品質(zhì)量10 kg。每個采樣點(diǎn)采樣2 次，測定結(jié)果取其平均值。具體的垃圾采樣地點(diǎn)見表1～2。

表1 北京市城鄉(xiāng)典型單位垃圾采樣點(diǎn)

表2 北京市海淀區(qū)典型地區(qū)垃圾采樣點(diǎn)

2.2 測定指標(biāo)與方法

將新鮮垃圾樣品按物理組成進(jìn)行手工分揀，記錄各組分的質(zhì)量。物理組成主要包括塑料、可回收紙、廚余、其他紙類、木竹、織物、皮革、玻璃、金屬、電池、磚瓦、石塊等。通過測定質(zhì)量和體積，計(jì)算生活垃圾各組分未壓縮前的密度。

聚類分析統(tǒng)計(jì)方法為SPSS 系統(tǒng)的Hierarchical Classify 聚類法。

3 結(jié)果與討論

3.1 生活垃圾物理組分和大類粗分方法

3.1.1 典型單位生活垃圾物理組分

選取的9 類典型單位采樣點(diǎn)生活垃圾各組分含量相差甚大，如表3 所示?？傮w上看，18 個采樣點(diǎn)的生活垃圾組成以廚余、可回收紙類、其他紙類和塑料為主，除飯店外其他典型單位4 類垃圾的含量占垃圾總量的90%以上。具體含量范圍分別為：廚余垃圾占14.4%～76.1%，可回收紙類含量不超過30.0%，其他紙類占5.4%～29.5%，塑料占11.3%～58.9%。其中，塑料指可回收塑料，其他紙類為不可回收紙類。可回收垃圾主要以紙類和塑料為主，金屬和玻璃含量較少。在居民區(qū)未發(fā)現(xiàn)金屬，可能是因?yàn)樽粢咽占冑u；皮革織物和玻璃僅出現(xiàn)在飯店，可能是由于飯店產(chǎn)生的破爛桌布、一次性濕巾和酒瓶等。居民區(qū)的廚余垃圾占比在60%以上，若將廚余垃圾單獨(dú)分類處理，既可提高生活垃圾的熱值，又可減小垃圾處理難度。電池主要出現(xiàn)在地鐵站、公園、廣場等旅游景點(diǎn)附近的垃圾中，是因?yàn)閷?dǎo)游等相關(guān)工作人員使用擴(kuò)音器等電子設(shè)備。因此，在垃圾分類收集時，可在這些地點(diǎn)放置專門用于收集電池的容器。

表3 北京市典型單位生活垃圾物理成分（濕基） %

3.1.2 典型地區(qū)生活垃圾物理組分

海淀區(qū)各功能區(qū)采樣點(diǎn)在人口結(jié)構(gòu)、區(qū)域功能和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等方面存在差異，生活垃圾中所含的11 種成分差異較大，如表4 所示。總體上看，11 個采樣點(diǎn)的生活垃圾組成中以廚余垃圾含量最多，其次是紙類和塑料，三者平均含量總和占到了垃圾總量的90%以上，其含量范圍分別為：廚余垃圾占20.2%～76.0%，紙類占4.5%～55.4%，塑料占10.0%～62.6%。只有小牛坊、西小營（農(nóng)村）和肖家河（平房區(qū)） 采樣點(diǎn)的垃圾組分含有煤渣、磚瓦，兩類合計(jì)占比為8.8%～21.2%；其中，肖家河（平房區(qū)） 煤渣含量為20.0%，與當(dāng)?shù)刈鲲埲∨济河嘘P(guān)。生活垃圾成分較為單一的為天秀（雙氣區(qū)）、萬柳（高檔住宅區(qū)）、上地（廣場區(qū)） 和路邊（道路） 4 個采樣點(diǎn)，主要組分是廚余垃圾、紙類和塑料，其余組分只含有木竹、玻璃和金屬中的1～2 種，占比為0.1%～10.1%。居民區(qū)中的天秀和萬柳未出現(xiàn)織物，主要是因?yàn)樯鐓^(qū)設(shè)立了舊衣物回收站；相對而言，農(nóng)大東、區(qū)政府（事業(yè)區(qū)） 和百旺（商業(yè)區(qū)） 3 個采樣點(diǎn)的垃圾組分更為復(fù)雜。

表4 北京市典型地區(qū)生活垃圾物理成分（濕基） %

3.1.3 大類粗分方法

對典型單位和典型地區(qū)生活垃圾物理成分進(jìn)行聚類分析。由聚類分析結(jié)果和生活垃圾物理組分特點(diǎn)表明來自典型單位中的地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)、體育館以及來自典型地區(qū)中的商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路的生活垃圾聚類為兩類（圖1 和圖2），這些地區(qū)垃圾的特點(diǎn)為廚余垃圾含量較低，可回收垃圾含量較高，遠(yuǎn)高于不可回收垃圾，比例約為2∶1。因此，可大類粗分為可回收垃圾和不可回收垃圾。電池、藥品等有害垃圾由于產(chǎn)生量很少，且未經(jīng)處理不應(yīng)進(jìn)入垃圾收運(yùn)系統(tǒng)，建議單獨(dú)進(jìn)行收集。

典型單位的居民區(qū)、旅游景點(diǎn)、廣場、飯店以及典型地區(qū)的農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)和廣場區(qū)的生活垃圾聚類為3 類，特點(diǎn)是廚余垃圾含量較多，在50%以上。因此，可將這些地區(qū)的生活垃圾大類粗分為廚余垃圾、可回收垃圾和其他垃圾。

圖1 北京市典型單位生活垃圾物理組成聚類圖

圖2 北京市典型地區(qū)生活垃圾物理成分聚類圖

3.2 大類粗分后生活垃圾組成含量

基于生活垃圾組成，根據(jù)聚類分析結(jié)果，將典型單位的生活垃圾按照兩大類和三大類粗分后，各類垃圾所占比例見表5。對于地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)和體育館等粗分為兩類的典型單位，可回收垃圾占比為42.6%～69.5%，不可回收占比為30.5%～57.4%?？傮w上同一功能區(qū)不同采樣點(diǎn)組分含量差異不大，地鐵站和文教區(qū)的不同采樣點(diǎn)略有差異。不同地鐵站之間的差異主要在于塑料類，可能是附近商業(yè)區(qū)和旅游區(qū)分布差異造成的，文教區(qū)的不可回收垃圾差異主要是廚余垃圾占比不同導(dǎo)致的。在粗分為3 類的典型單位中，天安門采樣點(diǎn)廚余垃圾占比為27.2%，相比其他采樣點(diǎn)（52.6%～76.1%） 略低，主要是因?yàn)樘彀查T廣場特殊的地理位置，垃圾來源主要是游客丟棄的塑料瓶和紙類，占比分別為27.6%和38.4%。天秀安和園小區(qū)的可回收垃圾占比為13.9%，其余采樣點(diǎn)占比為23.9%～40.7%，可能是因?yàn)樵摼用駞^(qū)設(shè)立了專門的資源回收站。

表5 北京市典型單位大類粗分后各類垃圾的含量（濕基） %

來自農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)和廣場區(qū)的生活垃圾分為可回收垃圾、廚余垃圾和其他垃圾三大類后所占比例見圖3。各典型地區(qū)的3 類垃圾中，廚余類最多，居民區(qū)的占比為59.5%～76.0%。頤和園和上地作為休閑娛樂區(qū)，塑料等可回收垃圾含量最大，分別為52.0%和36.9%；其他垃圾主要是木竹，分別占1.1%和10.1%，主要是行人購買木簽類食品產(chǎn)生的。農(nóng)村和平房區(qū)的可回收垃圾含量相對低，是因?yàn)閺U品變賣行為在農(nóng)村更普遍；其他類垃圾幾乎都是渣土，這是由于做飯和取暖采用煤炭所造成的。來自商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路的生活垃圾分為可回收垃圾和不可回收垃圾兩大類后（圖3） 可回收垃圾含量均高于不可回收垃圾。農(nóng)大東、區(qū)政府和路邊的可回收垃圾和不可回收垃圾的比例超過了2∶1，主要是因?yàn)槭聵I(yè)文教區(qū)產(chǎn)生的紙類較多，農(nóng)大東、區(qū)政府采樣點(diǎn)的紙類占比分別為34.4%和55.4%，路邊可回收垃圾較多是因?yàn)轱嬃掀康人芰项愓急雀撸?2.6%）。

圖3 北京市典型地區(qū)大類粗分后生活垃圾組成

3.3 大類粗分后生活垃圾密度

典型單位各采樣點(diǎn)混合生活垃圾及大類粗分后垃圾密度見表6。不同典型單位采樣點(diǎn)的垃圾密度差別很大，差異大小主要取決于廚余垃圾含量，而相同典型單位不同采樣點(diǎn)的垃圾密度也有區(qū)別，其中，以旅游景點(diǎn)和廣場區(qū)采樣點(diǎn)垃圾密度差異最大。故宮和天安門的垃圾密度分別為163.7、142.6 kg/m3，約為海淀公園和中關(guān)村采樣點(diǎn)的3倍。由于旅游景點(diǎn)和廣場區(qū)都屬于公共開放性場所，垃圾組成差異主要由所處地域造成，故宮和天安門采樣點(diǎn)都在市中心最繁華處，每天接待游人最多，垃圾產(chǎn)生量大，容納體積一定，因壓縮作用導(dǎo)致密度大。

將地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)、體育館等典型單位的垃圾粗分為可回收垃圾和不可回收垃圾之后，兩者的密度差異明顯，不可回收垃圾的密度是可回收垃圾的2～5 倍：一方面是因?yàn)椴豢苫厥绽袕N余垃圾對密度的貢獻(xiàn)極大；另一方面是可回收垃圾的主要成分是塑料和紙類等輕質(zhì)材料。體育館各類垃圾的密度均比其他取樣點(diǎn)大，可能是因?yàn)轶w育館丟棄的體育健身器材等耗材。將居民區(qū)、旅游景點(diǎn)、廣場、飯店等典型單位的垃圾粗分為三大類后，由于廚余垃圾的含水率大，可回收垃圾和其他垃圾的密度明顯小于廚余垃圾。這些取樣點(diǎn)可回收垃圾的密度為25.4～48.4 kg/m3，廚余垃圾的密度為171.6～200.2 kg/m3，其他垃圾在各典型單位的密度為31.5～50.5 kg/m3，差異不大。

表6 北京市典型單位生活垃圾大類粗分前后密度 kg/m3

典型地區(qū)生活垃圾大類粗分前后密度比較見表7。由于農(nóng)村生活垃圾組成中惰性物質(zhì)（煤渣和磚瓦） 含量明顯高于城市，因此農(nóng)村垃圾密度明顯大于城市，農(nóng)村混合垃圾密度為212.8～313.2 kg/m3。城市不同功能區(qū)采樣點(diǎn)的垃圾密度差別也較大，其中以肖家河（平房區(qū)） 采樣點(diǎn)最高，為315.4 kg/m3，這是因?yàn)楹?0.0%的煤渣和1.2%的磚瓦；頤和園、區(qū)政府、農(nóng)大東、路邊4 個采樣點(diǎn)的垃圾密度較低，分別為28.9、36.4、51.4、54.8 kg/m3，主要是因?yàn)檫@4 個采樣點(diǎn)塑料瓶和紙類等物質(zhì)占比較大。因此，一方面需要完善回收系統(tǒng)，避免可回收資源的浪費(fèi)；另一方面必須在城市市區(qū)建立相應(yīng)的垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站，垃圾在轉(zhuǎn)運(yùn)站壓縮后再轉(zhuǎn)運(yùn)將顯著節(jié)省垃圾處理處置成本。

商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路的生活垃圾粗分為可回收垃圾和不可回收垃圾之后，不可回收垃圾和可回收垃圾的密度范圍分別為151.3～166.9 kg/m3和51.3～81.7 kg/m3，前者密度明顯大于后者，這是由于不可回收垃圾包含較多廚余垃圾。將農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)、廣場區(qū)等典型地區(qū)的垃圾粗分為可回收垃圾、廚余垃圾和其他垃圾后，除農(nóng)村和平房區(qū)外，其他功能區(qū)的其他垃圾密度較低，均在40 kg/m3以下。小牛坊、西小營和肖家河的生活垃圾含有一定比例的金屬和玻璃，所以可回收垃圾密度比其他采樣點(diǎn)大。居民區(qū)廚余垃圾純度較高，因此廚余垃圾密度高于其他采樣點(diǎn)?；诓煌拿芏炔町悾谂渲美占萜鲿r應(yīng)充分考慮不同類別垃圾密度。

表7 北京市典型地區(qū)生活垃圾大類粗分前后密度 kg/m3

3.4 討論

城鄉(xiāng)生活垃圾中易腐垃圾占比最高，隨著生活水平的提高，紙類和塑料等可回收物比例逐步增加，隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，爐渣等惰性物質(zhì)含量進(jìn)一步降低。目前，超過80%的城市采取“四分法”［8，17］，如北京、上海和廣州等，不過具體分類標(biāo)準(zhǔn)不同。上海推廣的四分法中概念重疊，干、濕垃圾的劃分容易使居民混淆，從而對居民培養(yǎng)分類意識產(chǎn)生消極影響。垃圾源頭分類的一大目標(biāo)是減量化，杭州采用“2+T”源頭分類方法將生活垃圾分為可降解垃圾、其他垃圾和有害垃圾，將可降解物質(zhì)和可回收垃圾有效分離，有利于后續(xù)的減量化和資源化處理［18］。北京推廣的四分法將含量較大的廚余垃圾單獨(dú)分類，因此，要加大堆肥廠等生物處理設(shè)施和場地的建設(shè)，切實(shí)保障廚余垃圾的后端處理。四分法更加符合源頭分類處理的要求，也更加匹配末端處理設(shè)施。塑料和紙類等可回收物含量的上升為可回收垃圾的單獨(dú)分類提供了需求，避免可回收垃圾進(jìn)入生活垃圾運(yùn)輸處理系統(tǒng)，同時也對垃圾物資回收系統(tǒng)的建立和完善提出了要求。Gundupalli 等［19］開發(fā)了一種基于熱成像的可回收垃圾分類系統(tǒng)，減少工作量，提高分揀效率。通過分析垃圾的物理組成發(fā)現(xiàn)某些農(nóng)村地區(qū)的灰土、磚瓦和石塊含量較高，故四分法應(yīng)用到農(nóng)村時可考慮將其單分一類，可將其用于公路鋪墊等。因此，每個地區(qū)應(yīng)根據(jù)自身情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而做到源頭精準(zhǔn)分類。

當(dāng)我國垃圾分類逐步形成常態(tài)時，便可學(xué)習(xí)國外工作開展較好的地區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分。德國生活垃圾分類大多采用“五分法”：有機(jī)垃圾、輕型包裝、紙類、玻璃、其他垃圾。大件垃圾可由專門公司有償上門回收，也可自行運(yùn)送到回收站；舊衣物放進(jìn)專門設(shè)立的回收箱內(nèi)［20］。日本大多采用“垃圾粗分類，可回收物細(xì)分類”的分類方式。例如，日本橫濱市將生活垃圾分為三大類別：市里收集的物品、地區(qū)回收物和市里不收集的物品。第1 大類別又細(xì)分為可燃垃圾和不可燃垃圾等11 小類；第2 大類別分為舊布和舊紙兩類，又各自細(xì)分為多個小類別，且每個小類別下有具體的處理要求；第3 大類別又分為市里不收集的家用電器、家用電腦、市里不收集的物品三小類，并附有相關(guān)處理方法，明確了責(zé)任主體［21］。新加坡垃圾分類也較為詳細(xì)，為垃圾分類的開展和后端處理奠定了基礎(chǔ)［22］。但有研究表明更精細(xì)的分類并不總是最好的，不同的國家和地區(qū)根據(jù)各自的實(shí)際情況，對廢物分類有不同的要求［23］。所以當(dāng)居民逐步接受了垃圾分類回收后，各個地區(qū)應(yīng)在政府統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下因地制宜、循序漸進(jìn)地制定精細(xì)的分類方法［24］。政府應(yīng)積極參與垃圾分類宣傳，提升居民的參與度和知曉率［25］，進(jìn)一步提高垃圾分類回收率，促進(jìn)資源循環(huán)化。

4 結(jié)論

1） 北京市海淀區(qū)的生活垃圾以廚余垃圾、紙類和塑料所占的比例最大，總體上看，三者平均含量總和占垃圾總量的90%以上。

2） 可將北京市城鄉(xiāng)地鐵站、大型超市、辦公區(qū)、文教區(qū)、體育館、商業(yè)區(qū)、事業(yè)文教區(qū)和道路等典型活動區(qū)的生活垃圾分類為可回收和不可回收垃圾兩類；將居民區(qū)、旅游景點(diǎn)、廣場、飯店、農(nóng)村、平房區(qū)、高檔住宅區(qū)、雙氣區(qū)、旅游區(qū)和廣場區(qū)的生活垃圾分為廚余、可回收和其他垃圾3 類。

3） 生活垃圾進(jìn)行源頭大類粗分后，不同功能區(qū)垃圾組分和密度差異大。農(nóng)村地區(qū)爐渣等惰性物質(zhì)含量高于城區(qū)，廚余垃圾和可回收垃圾低于城區(qū)。