市政固体废物处理的环境影响与可持续性评价：焚烧结合厌氧消化/黑水虻幼虫

《Bioresource Technology》：Environmental impacts and sustainability assessment of municipal solid waste treatment: incineration combined with anaerobic digestion/black soldier fly larvae

　　

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  评估了焚烧结合生物过程处理城市生活垃圾 (MSW) 的影响。
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  厌氧消化 - 焚烧 (AD-INC)/黑水虻幼虫 - 焚烧 (BSFL-INC) 降低了焚烧 (INC) 的全球变暖潜势 (GWP)，并具有净环境效益
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  AD-INC 表现出最高的环境绩效，而 BSFL-INC 则具有更高的盈利能力。
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  从 MSW 中分离食物垃圾可减少碳排放和 GWP。

引言

随着全球经济和城镇化的快速发展，城市生活垃圾 (MSW) 的产生量在过去几十年中急剧增加。当前报告估计美国每年产生 2.92 亿吨，印度每年产生 2.42 亿吨 (Tyagi et al., 2021)，而中国产生 2.43 亿吨，每年增长 8.0% (Tong et al., 2020, Zhou et al., 2018)。大量的 MSW 对现有废物处理设施的处理能力和可持续城市发展构成了挑战。因此，实施 MSW 的科学管理以实现高效的资源回收至关重要，从而有效减少城市化的碳排放并最大限度地减少环境影响 (Bian et al., 2022, Yuan et al., 2020)。

填埋和焚烧 (INC) 仍然是全球主要的处置技术 (Istrate et al., 2020)。尽管填埋运营成本较低且技术成熟，但它需要大量的土地和较长的处理周期，甚至会带来环境和健康危害 (Huang et al., 2024)。相比之下，INC 节约土地，能够实现能源回收并减少填埋甲烷 (Tang et al., 2020)。然而，其效率受到食物垃圾 (FW) 的严重影响，FW 约占上海 MSW 的 40%，进一步降低了 INC 的能源回收潜力 (Fei et al., 2021)。这需要分离 FW 进行专门处理以增强整体资源回收 (Gao et al., 2026)。由于含有高水分、有机物和油脂，FW 通常通过好氧堆肥、厌氧消化 (AD) 或组合系统进行处理 (Wang et al., 2021a, Gold et al., 2018)。AD 提供的环境效益优于堆肥，生物气回收稳定且能耗较低 (Zhou et al., 2022)。此外，黑水虻幼虫 (BSFL) 作为一种工业部署技术出现，能够高效地增值有机废物，在快速减少有机废物、低碳足迹和高效的饲料 - 生物质转化方面显示出显著优势 (Siddiqui et al., 2022, Gold et al., 2018)。与 AD 相比，BSFL 需要更低的资本和运营成本，更短的处理时间，更少的水消耗和土地占用，并生产富含蛋白质的幼虫生物质用于动物饲料和其他高价值产品，如基于粪渣的肥料 (Xu et al., 2025, Zhou et al., 2022)。然而，这些过程的有效应用仍需要进行深入和系统的分析，以提高固体废物的利用效率，减少环境影响，并改善经济效益。

生命周期评估 (LCA) 显示出比环境影响评估或风险评估更好的可比性、相关性、全面性和决策支持。基于 LCA，MSW 的填埋造成了显著的环境负担，而 INC 提供了更好的处理效率和环境效益 (Wang et al., 2026, Zhao et al., 2025a)，因此增加 INC 的比例可以有效减少环境影响 (Gao et al., 2026)。此外，AD 和 BSFL 通过从 MSW 中分离 FW 进一步减少环境影响 (Yu and Li, 2021, Gold et al., 2018)。由于大多数 MSW 研究的清单数据主要来源于参考文献或试点工厂 (Zhang et al., 2023, Yu and Li, 2021)，对 MSW 的实际成本和环境效益，特别是分类和处理的评估受到限制。鉴于资源回收能力不足，有必要系统地评估结合 INC 与 AD 或 BSFL 处理 MSW 的大型设施的环境和经济收益。此外，国家电力供应结构未来变化对组合过程环境可持续性的影响值得调查。

由于 MSW 产生量的大量和持续增长给城市系统带来了不断加大的环境压力，垃圾分类政策自 2019 年起首先在上海实施，以提高可回收废物的分离和回收效率，促进 FW 的生物处理 (好氧堆肥和 AD)，并优化残余垃圾 (RW) 的 INC。因此，迫切需要对实际的 MSW 处理技术进行全面评估，以进一步确定环境和生态可持续性。在本研究中，收集并分析了上海一个运营超过五年、服务于超过 625 万居民的大型废物处理设施的运营数据，并使用 LCA 进行分析。综合比较了组合过程（INC 结合 AD (INC-AD) 和 INC 结合 BSFL (INC-BSFL)）的环境影响和经济成本与单独 INC 的情况。此外，讨论了 LCA 结果对多标准可持续性评估的含义，整合了环境、经济和决策视角。本研究为优化 MSW 处理过程提供了前瞻性的见解和理论指导，特别是对于促进处理效率、减少碳排放和增强环境效益。

章节摘要

目标与范围

本研究的目的是评估涉及 INC 结合 AD 或 BSFL 的 MSW 处理过程的环境影响和生态效益。选择了上海的一个典型工厂，处理能力为 INC 6000 吨/天，AD 1500 吨/天，BSFL 50 吨/天。

本研究中评估了三种情景进行比较分析：(1) 通过 INC 收集和处置 RW 和 FW (情景 1)；(2) 分类收集 FW 进行 AD 处理和 RW 进行 INC (情景 2)；以及 (3)

环境影响类别的标准化分析

在本研究中，标准化计算使用 CML-IA 基准 (世界 2000) 方法进行 (Hélias et al., 2020)。对六个环境影响类别的结果进行加权以获得标准化结果。除了 GWP 中的正值外，情景 1、情景 2 和情景 3 在五个环境影响类别中呈现负值，表明具有环境效益 (图 2)。在六个环境影响类别中，HTP 和 FAETP 表现最低

结论

本研究展示了三种 MSW 处理配置的环境绩效和经济可行性的比较 LCA。情景 1 通过混合废物的常规 INC 建立了基线。情景 2 将 RW 的 INC 与 FW 的 AD 相结合，情景 3 将 RW 的 INC 与 FW 的 BSFL 处理相结合。在选择的六个影响类别中，只有 GWP 呈现净环境负担，而其他类别表现出环境效益。人体毒性潜势表明

CRediT 作者贡献声明

Lili Liu: 写作 - 原稿，验证，软件，方法论，资金获取，概念化。 Wenxing Ma: 监督，资源，调查，形式分析，数据管理。 Qun He: 可视化，监督，调查。 Lennard Norik Suhling: 监督，软件，资金获取，形式分析。 Lankun Cai: 写作 - 审查与编辑，资源，项目管理，调查，概念化。 Kuangfei Lin: 监督，软件，方法论，

竞争利益声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文中报告的工作。

致谢

这项工作得到了 国家重点研发计划 (批准号 2018YFC1901000) 的支持。

Lili Liu|Wenxing Ma|Qun He|Lennard Norik Suhling|Lankun Cai|Kuangfei Lin|Ying Yan