表1(Table 1)
2. 中国科学院大学资源与环境学院, 北京 100049
2. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
2015年我国农村人口达6亿[1], 全国农村人均垃圾产生量约为0.24~1.2 kg·d-1, 随着农村经济的发展和农村居民生活水平的提高, 农村生活垃圾产生量也在不断增加[2]。有关调查表明, 每年农村生活垃圾产生量约为3亿t, 并且还在以每年约8%~10%的速度增长[3-4]。由于长期以来农村垃圾的处理技术滞后于城市, 且缺乏与其发展水平相适应的处理技术, 农村地区的垃圾多丢弃于村前屋后和河道等[5-6], 导致土壤、地表水、地下水和大气环境受到严重污染, 其中的有毒和有害成分长期存在于环境介质中, 最终可能通过动植物进入人的食物链, 危害人体健康[7-8]。
众多学者针对农村生活垃圾的危害, 从政策、法律、技术、经济和社会等方面分析了原因, 并提出了一系列切实可行的技术措施。然而, 这些措施和处理技术多集中于中部和东部较发达地区[4, 9-16], 而针对适合西部地区农村生活垃圾处理技术与措施的研究报道则较少。西部地区包括12省区, 地域辽阔, 占全国国土面积的71.5%, 人口数占全国总人口数的27%[17]。受经济发展水平、气候和地形等众多影响因素, 经济欠发达的西部农村生活地区的人口分布、垃圾产生数量、理化特性等因素决定其管理和处置方式难以借鉴经济较发达中东部地区的垃圾处理、处置模式[9]。现在得到广泛认可的农村生活垃圾处理模式为村定点收集—乡镇转运—县市处理, 这种模式虽然可以有效改善农村地区的环境卫生, 然而由于资金来源问题和县市单一的处理方式并不能做到垃圾减量化[10], 另外由于居住分散等问题会造成农村生活垃圾的收运和处理成本高于城市, 所以该模式并不适合西部农村地区[18]。
为此根据典型气候类型(主要是降水)、人口密度和旅游活动等因素, 选取内蒙古(干旱草原沙漠区)、陕西(干旱半干旱区)、四川(湿润气候区)、贵州(生态脆弱区, 湿润气候)和广西(桂林旅游区, 湿润气候)开展深入调研, 通过现场实地调查、问卷调查等方式, 对西部地区农村生活垃圾的理化特性并结合其经济特点进行技术可行性分析, 探索适合西部地区的农村生活垃圾的处置模式, 以期为解决西部地区农村环境问题, 提供一定的理论依据和技术支撑。
1 材料与方法 1.1 研究方案设计采用随机抽样的方法, 将调查的5省区作为5个区域, 从每个区域内随机选取3个县, 分别为内蒙古宁城县、林西县、开鲁县, 陕西西乡县、宁强县、石泉县, 四川南江县、宝兴县、通江县, 贵州兴文县、黄平县、从江县以及广西灵川县、全州县、资源县, 各调研县的具体情况见表 1。
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表 1 调研县概况 Table 1 Overviews of the counties investigated in West China |
从每个县随机抽取3个乡镇, 每个乡镇随机抽取3个村, 每个村随机抽取5户开展调查, 分析样本包括5省15个县、45个乡镇、135个村、675户, 调查人员经过统一培训之后, 于2014年3—5月对以上村庄随机选取的农户进行连续6 d的调查(每2 d进行1次取样), 在取样调查的同时选取一天对随机选取的农户发放调查问卷, 第2天回收。问卷调查内容主要包括受访家庭的基本情况(人口情况、年龄组成、文化状况和收入情况), 村庄环境污染现状、固体废物处理现状、群众的环保认知和意愿等, 总共发放调查问卷675份, 实收调查问卷600份, 有效问卷568份。
1.2 试验方法 1.2.1 样品收集先清理干净每个被调研家庭先前产生的垃圾, 然后向每个家庭发放统一的垃圾袋，收集48 h产生的生活垃圾。垃圾收集后, 以村为单位, 进行垃圾破碎, 充分混合, 然后在堆层的不同高度、不同点位、多点取样后混合, 混合后采集1 kg样品冷鲜保存, 并尽快带回实验室进行分析测试。
1.2.2 分析测试依照CJ/T 313—2009《生活垃圾采样和分析方法》, 对农村生活垃圾样品的理化性质进行测定, 然后采用直接称重法测定生活垃圾产生量。
物理组成的测定方法:按要求进行人工分拣测定各类垃圾组分, 人工挑选出厨余垃圾、纸类、塑料、纺织、木竹、灰土、砖瓦陶瓷、玻璃和金属等, 将以上各垃圾组分进行称重并测定各组分含量。
含水率(w1)的测定[19-20]:将质量为m1的样品置于(100±5) ℃烘箱中, 连续烘48~72 h, 直至质量恒定, 然后称取质量, 记为m2, 含水率计算公式:w1=(m1-m2)/m2×100%。
湿基某成分含量(w2)计算公式:w2=m/M×100%。式中, m为某样品质量, g；M为样品总质量，g。
可燃物和灰分的测定:取5 g左右生活垃圾放入烘干至恒重的坩埚中, 将坩埚放入800~850 ℃的马弗炉中高温灼烧3 h, 停止灼烧后放入石棉网上, 盖上盖冷却5 min, 然后将坩埚放入干燥器冷却至室温称重。重复灼烧20 min, 冷却至室温称重, 2次称重差值小于0.000 5 g。
灰分(CH)的计算公式:CH=MH/M×100%。式中, MH为焚烧后灰分质量, g；M为样品总质量，g。
可燃物含量的计算公式为:CK=1-CH。式中, CH为灰分质量分数, %；CK为可燃物质量分数，%。
1.2.3 数据分析全部数据资料利用Excel 2010软件建立数据库, 生活垃圾组分以乡镇为单位进行统计, 垃圾产生量、受访家庭状况和农村居民的认知性分析均以村为单位进行统计, 然后取算术平均值进行分析, 区域值以该区域调查值加和进行计算, 采用Sigma Plot 10.0软件作图。
2 结果与分析 2.1 西部地区农村生活垃圾的特性分析 2.1.1 西部地区农村生活垃圾产生量调查结果表明, 西部地区农村生活垃圾产生量为0.095~0.320 kg·d-1·人-1, 远低于已有研究中的中东部省份农村垃圾产生量:河南0.72 kg·d-1·人-1[4]、河北0.79 kg·d-1·人-1[14]、福建0.73 kg·d-1·人-1[15]、广东0.82 kg·d-1·人-1[10], 在调查的5省区中, 广西和四川农村地区垃圾人均产生量高于其他省份, 但与陕西和贵州人均垃圾产生量差异不显著(P>0.05), 与内蒙古人均垃圾产生量之间差异显著(P < 0.05)(图 1), 这可能与广西桂林是风景旅游区、四川省人均收入较高有关。段雄伟等[21]研究也表明经济发展水平是影响农村生活垃圾产生量的一个主要因素。广西农村生活垃圾产生量在所有调查省份中最高, 可能是因为调查地距离旅游风景区较近, 农家乐餐馆较为集中, 产生的厨余垃圾较多。郑玉涛等[22]对农村生活垃圾的调查结果也表明, 由于旅游景区人口密度增加, 导致人均垃圾产生量增加(0.41 kg·d-1·人-1)。四川和贵州虽都为湿润气候区, 人均农村生活垃圾产生量差异较大, 其原因可能是四川人均收入水平较高。陈仪等[23]研究发现垃圾人均产量按照收入由高到低呈递减趋势。
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图 1 西部地区农村生活垃圾产生量 Figure 1 Rural domestic waste generation rate in West China |
将西部地区农村生活垃圾细分为厨余、纸类、塑料、纺织、木竹、灰土、砖瓦陶瓷、玻璃、金属和其他10类。西部地区农村生活垃圾主要以厨余、灰土、纸类和塑料为主, 其总量占西部地区农村垃圾总量的85%以上(表 2)。各垃圾成分比例由大到小依次为厨余>灰土>塑料>纸类>木竹>玻璃>纺织>金属>砖瓦陶瓷>其他。在调查的西部5省区中, 厨余垃圾含量较高, 均在38%以上, 尤其是四川和广西, 达50%以上。
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表 2 西部地区农村生活垃圾成分与其他地区的比较 Table 2 Components of domestic solid waste in West China and other parts of the country |
韩智勇等[9]研究表明垃圾含水率由气候和地形等因素决定。对西部地区5省区农村生活垃圾的化学特性分析(表 3)表明, 生活垃圾的含水率w为34.2%~42.6%, 灰分含量w为16.6%~30.5%, 可燃物含量w为27.1%~46.3%, 其中可燃物含量与东部地区相比较高。在调查的5省区中, 内蒙古和陕西农村生活垃圾含水率较低, 这主要是由于内蒙古和陕西均为干旱、半干旱地区。四川、贵州和广西位于南方多雨地区, 故生活垃圾含水量较高。
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表 3 西部地区农村生活垃圾化学特性与其他地区的比较 Table 3 Chemical properties of domestic solid waste in West China and other parts of the country |
由图 2可见, 不同省区农村垃圾处理方式侧重虽略有不同, 但主要还是以填埋、随意丢弃和简易焚烧为主, 沼气厌氧发酵和堆肥所占比例较小。
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图 2 西部地区农村生活垃圾处理现状 Figure 2 Status quo of the management of rural domestic solid waste in West China |
内蒙古、陕西和广西的垃圾处理方式中简易焚烧所占比例(28.1%~36.1%)较大, 远高于江苏、四川、陕西、吉林和河北等省平均值(12.2%)[9]。内蒙古填埋和简易焚烧2种垃圾处理方式所占比例之和达80%以上, 可能是因为内蒙古地区农村人口密度较低, 垃圾产生量不足以满足其他处理方式的要求[26]。陕西农村垃圾处理方式中沼气所占比例高于其他调查省区, 这是因为沼气处理一般适用于庭院养殖比较普遍的农村地区[16]。对受访家庭的调查结果也表明, 陕西农村收入来源主要为种养结合(图 3)。四川农村垃圾目前处理方式中填埋、随意丢弃和焚烧所占比例较大, 这与韩智勇等[9]对四川农村固体废弃物处理现状的调查结果一致。贵州农村垃圾处理方式以随意丢弃和焚烧为主, 而贵州处于云贵高原生态脆弱区, 农村生活垃圾的随意丢弃会对当地的水体和土壤造成严重污染[5-6]。广西桂林是风景旅游区, 对环境的质量要求较高, 农村垃圾处理方式中堆肥所占比例较高, 随意丢弃的比例低于其他调查省区。
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图 3 西部地区农村生活收入来源和受教育情况 Figure 3 Income sources and education level of the rural residents in West China |
调查地区留守家庭中老年人占据多数是普遍现象, 村民平均年龄比较而言, 广西较小(表 4), 这可能主要是因为广西风景旅游区较多, 在家附近从事工作的年轻人较多。5省区农村受访家庭文化水平普遍偏低, 多以小学和初中文化为主, 大专及以上人数所占比例较小, 收入来源主要以务工和种植为主(图 3), 且人均年净收入多低于1万元(表 4)。广西风景旅游区游客人数较多, 带动了相关服务产业发展, 旅游区的农村居民收入来源于服务业的比例较高, 收入也普遍高于其他4省区(表 4)。
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表 4 西部地区农村居民年龄和人均年净收入 Table 4 Ages of the residents and per capita net income in the investigated areas |
通过相关性分析(表 5)可知, 人均垃圾产生量和人均年净收入存在显著相关性, 相关系数为0.684(P < 0.05), 这说明经济条件较好的地区, 其人均垃圾产生量也会有一定程度增加。
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表 5 人均垃圾产生量与各影响因素的相关系数 Table 5 Correlation coefficients of per capita waste generation with its affecting factors |
村民对垃圾管理的支付意愿和对垃圾管理参与的热情与经济状况有很大关系, 所以在制定农村垃圾收集处理方案时, 可根据当地实际情况, 予以适当的政策倾斜和经济补贴, 提升其工作积极性, 巩固该群体工作的稳定性和持续性[27]。
农村生活垃圾的产生特征、气候类型、人口分布以及居民的居住聚散程度、交通运输都会影响到具体垃圾处理模式的选择[28]。
以内蒙古为代表的干旱草原和沙漠地区, 生活垃圾中纸张、玻璃所占比例较大(表 1), 原则上可进行回收, 但由于其道路不够完善, 地广人稀, 人口集聚程度较为分散[26], 垃圾收运是其限制因素, 而垃圾收运作为连接发生源与处理处置设施不可或缺的重要环节, 在垃圾处理中其费用占管理总费用的比例较大(75%~85%)[29]。所以, 内蒙古居住较分散的农村地区不宜采取垃圾收运集中处理的办法, 但干旱区厨余垃圾脱水较快, 人均垃圾产量小(图 1), 可采取就地处理措施。对内蒙古地区垃圾处理方式的问卷调查也发现填埋在内蒙古垃圾处理方式中所占比例较大(图 2)。
陕西省的村民收入主要来源为种植和种养结合(图 3), 而种养结合所产生的畜禽粪便和秸秆可以作为农村产沼气的主要原料[28], 所以对于陕西省村民的厨余垃圾和畜禽粪便等可以采取制沼气还田处理模式, 对其目前垃圾处理方式的调查得知, 沼气所占比例较高(图 2)。曾超等[27]在对农村有价废品收购的调查中得出, 积极引导有价废品收购企业和个体户的发展, 可以促进对农村废塑料、玻璃和纸张等再生资源的回收, 陕西人口居住较为集中, 运输成本较低, 可以鼓励当地充分利用市场化手段进行回收。
对于湿润地区, 由于地下水和地表水比较丰富, 厨余垃圾以及人畜粪便可能引起水体污染问题[8]。例如四川省位于南方多雨区, 其人均收入水平比干旱区、半干旱区(内蒙古和陕西)高(表 4), 而王金霞等[30]在对农村生活垃圾排放特征的研究中得出经济收入水平较高的地区垃圾成分较复杂。所以, 对于厨余垃圾和人畜粪便考虑协同就地处理(堆肥或厌氧产沼)后还田, 对于其余垃圾, 除可回收物外, 可以采取户分类—村收集—乡镇转运—县处理或户分类—村收集—乡镇处理的模式。而对贵州省人均收入较低的地区(表 4), 由于大部分是岩溶地区和生态脆弱地区, 为了防止生活垃圾随意弃置对水体的污染, 需要更加重视生活垃圾的处理。在回收利用有价值的废物种类之外, 对于易降解的厨余垃圾就地处理, 回收价值不大的废纸和塑料可适当集中后简易焚烧, 或在做好防止污染地下水的前提下, 采用适度的集中堆放或填埋用。有条件的地区也可以采用户分类—村收集—乡镇处理的模式。
对于风景旅游区, 由于环保要求高, 旅游区周边农村的垃圾成分较为复杂[31], 鉴于当地居民具有较高的文化程度(图 3), 参与环保支付意愿方面的需求也较高, 因此可以采取分类收集, 易降解的垃圾采用就地处理还田的模式, 可以由政府出资扶持建立农户简易堆肥或沼气池, 并进行操作规范指导。对于其他垃圾, 可在政府的扶持下, 采取户分类—村收集—乡镇转运—县处理或户分类—村收集—乡镇处理的模式。
4 结论中国西部地区农村生活垃圾人均产生量为0.095~0.320 kg·d-1·人-1, 低于中、东部地区, 其成分主要为厨余、灰土、纸类和塑料, 占西部地区农村垃圾产生总量的85%以上。
西部地区的干旱草原区(内蒙古)道路不够完善, 距中心城市较远, 村民居住分散, 但由于其产生量较小, 可以采取就地处理的方式；对于西部地区生态脆弱区(贵州), 由于生态环境的需要, 在回收利用有价值的废物种类之外, 对于易降解的厨余垃圾就地处理, 回收价值不大的废纸和塑料可适当集中后简易焚烧, 在做好防止污染地下水的前提下, 采用适度的集中堆放或填埋；对于西部地区的湿润区(四川), 地下水和地表水较丰富, 厨余垃圾以及人畜粪便可能引起水体污染, 可将厨余垃圾和人畜粪便协同就地处理(堆肥或厌氧产沼)后还田。西部地区的旅游风景区(广西桂林)环保要求较高, 且周边垃圾成分复杂, 可分类收集后集中处理, 易降解的垃圾采用就地堆肥处理后还田的模式。
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