典型特大城市的生活垃圾碳排放城乡分布特征与调控方法研究

Municipal solid waste from urban and rural area was an important carbon emission source. The process of carbon emission of municipal solid waste and its eco-environmental impacts has became a frontier topic in the researching field of urban systems' geographical and ecological processes. This program will choose the typical megalopolis Beijing as the studied case, and study the distributing characters of source carbon emission, such as carbon contents and emission flux of methane and carbon dioxide, under different urban-rural gradient and different seasons. The urban-rural gradient contains old city, new city, suburbs, county and village. Life cycle carbon emission under the urban-rural gradient will be studied applying the methods of GIS and LCA, which integrated the processes of waste collection, transportation, treatment and disposal. The key social economic and environmental factors and their relationships which impacting the life cycle carbon emission will be analyzed, and the carbon emission process analyzing models oriented to the urban and rural municipal solid waste management will be researched. This program will provide models and data for the studies of carbon cycle of urban ecosystems, and will also establish the scientific basis and technical supports for selecting technologies and making policies to meet the goals of carbon reduction in urban and rural municipal solid waste management.

城乡生活垃圾是重要的碳排放源，生活垃圾的碳排放过程及生态环境效应研究正在成为城市系统地理-生态过程领域的前沿议题。本项目以典型特大城市北京市为例，以老城、新城、城郊、乡镇、村庄为不同城乡梯度，研究不同季节生活垃圾产生源的碳含量、甲烷和二氧化碳排放通量等碳排放分布特征。以地理信息系统方法和生命周期方法为研究手段，分析城乡梯度分异下生活垃圾收集、运输、处理、处置全过程管理系统的碳排放量，识别城乡社会、经济和环境差异下生活垃圾生命周期碳排放的影响因子及其相互关系，进而建立服务于生活垃圾城乡统筹调控的碳排放过程分析模型，为城乡生态系统碳循环研究提供模型和参数，为城乡生活垃圾的碳减排技术路线选择和管理政策制定提供科学基础和技术支撑。

城乡生活垃圾是重要的碳排放源，生活垃圾的碳排放过程及生态环境效应研究正在成为城市系统地理-生态过程领域的前沿议题。本项目以典型特大城市北京市为例，以老城、新城、城郊、乡镇、村庄为不同城乡梯度，研究不同季节生活垃圾产生源的碳含量、甲烷和二氧化碳排放通量等碳排放分布特征。以地理信息系统方法和生命周期方法为研究手段，分析城乡梯度分异下生活垃圾收集、运输、处理、处置全过程管理系统的碳排放量，识别城乡社会、经济和环境差异下生活垃圾生命周期碳排放的影响因子及其相互关系，进而建立服务于生活垃圾城乡统筹调控的碳排放过程分析模型，为城乡生态系统碳循环研究提供模型和参数，为城乡生活垃圾的碳减排技术路线选择和管理政策制定提供科学基础和技术支撑。主要研究结果：（1）不同类型厨余垃圾的碳含量值在29.58%到59.08%，不同住区有机垃圾的碳含量呈现出乡村>远郊>老城>新城的梯度变化，生活垃圾碳排放通量存在季节差异，夏季、春秋季、冬季的典型碳排放速率分别为17.6 mg•g（TOC）-1•h-1、3.0mg•g（TOC）-1•h-1、0.84mg•g（TOC）-1•h-1，碳人均排放量为571.47 mg（C）•人•d-1，源头碳排放可能占到垃圾总碳排放的1.5%-7.9%。（2）生活垃圾源头碳排放通量主要和温度、垃圾中的总有机碳含量有较强的相关性，与家庭人口总数、饮食消费百分比、人均垃圾产生量存在显著相关性，与家庭收入的相关性不大。（3）基于城市代谢理论和城市碳循环概念模型，建立了基于生活垃圾产生、收集、运输、处理、处置全过程的城市生活垃圾碳代谢的“碳通量—碳储存”模型。研究表明，从1989年至2004年，以垃圾形式输入城市生活垃圾管理系统的水平碳通量为293.47Gg，而2012年测试其存量垃圾中的碳储存量为114.58Gg，碳通过填埋气排放、渗滤液和土壤渗出等垂直碳通量形式输出城市系统。（4）构建了三种典型的城市生活垃圾管理模式以分析城市垃圾处理技术与管理模式对其碳循环过程的影响。研究结果表明，填埋处置形成最大的城市碳储存量，焚烧处理形成最大的二氧化碳垂直碳通量，源头分类与综合处理可以向城市输入新的碳源以减少碳排放总量。根据上述研究结果，本研究提出了源头垃圾分类减量与碳资源分流利用、垃圾填埋场碳资源开采等可以优化城市垃圾碳排放的调控对策。