热带城市化生态旅游区有机废弃物综合管理的环境与经济影响量化研究

《Journal of Environmental Management》：Towards Quantifying the Environmental & Economic Impacts of Integrated Organic Waste Management in a Tropical Urbanizing Ecotourism Region

　　

- 对堆肥、厌氧联合消化和填埋系统的环境影响进行了比较。- 收集和运输环节占环境影响总量的90%以上。- 仅考虑运营阶段时，填埋的环境影响最大。- 集中联合消化方案每吨废弃物的环境影响最低。- 在奶酪厂进行联合消化的运营成本最低。

**引言**

全球人口持续增长导致城市固体废物（MSW）产生量不断上升（Yang等，2023）。然而，MSW产生量的增加对环境和公众健康构成了严重威胁（Chioatto和Sospiro，2022；Kurniawan等，2022），因为MSW通常被直接填埋处置，导致有害的甲烷排放（Wang等，2024）。因此，通过改善MSW管理，可以应对一系列重要且紧迫的全球性挑战，包括减少温室气体排放、资源枯竭和环境污染（Dantas等，2021；Sadhukhan等，2020；Zhang等，2019）。

联合国可持续发展目标（SDGs）是推动可持续废物管理战略及在环境关切、公众健康、包容性参与和气候变化方面采取行动的重要驱动力（Ram和Bracci，2024）。在17项可持续发展目标中，有12项与MSW管理直接或间接相关（Rodic和Wilson，2017）。例如，投资改善MSW管理可以通过减少对环境与健康的不利影响，直接促进可持续城市和社区建设（SDG 11），例如通过废物处理减少病原体负荷、有毒空气污染和温室气体排放（SDG 13）。此外，通过减少向地表水的排放可以改善水质和卫生设施的可达性（SDG 6），通过从有机废物中回收沼气生产可再生能源（SDG 7），以及通过回收养分并将其用作土壤改良剂来实现零饥饿目标（SDG 2）。

哥斯达黎加是一个积极追求可持续MSW管理的国家。该国拥有丰富的生物多样性和自然公园，因此生态旅游行业蓬勃发展，从而推动了经济的快速发展和城市化进程（Ben-Haddej等，2010）。然而，生态旅游的增长也给MSW管理带来了挑战，因为哥斯达黎加大多数MSW被填埋处置，废物回收率很低（Ben-Hadjej等，2010；Little，2017；Fernández Vicente，2020；S?rm?kari，2022）。2021年，超过120万吨MSW被送往填埋场，其中55%为有机废物，回收率仅为9.6%，这表明亟需采取长期行动来改善MSW管理的可持续性（Jiménez，2024；卫生部，2021；Jiménez-Antillón等，2019）。

哥斯达黎加近期制定了《国家综合废物管理计划》（2016-2021），以加强包括有机废物在内的MSW管理，通过鼓励社区和家庭堆肥系统来实现。此外，《哥斯达黎加国家堆肥计划》的目标3是通过综合填埋管理减少可生物降解MSW的处置量，从而逐步消除填埋的使用（国家环境委员会秘书处，2020）。哥斯达黎加卫生部和环境能源部的并行政策呼吁对市政和农业工业有机废物进行厌氧消化，以此加速有机废物管理并助力可再生能源目标的实现（哥斯达黎加公共卫生部，2024；哥斯达黎加，2024）。《哥斯达黎加2018-2050年脱碳计划》（哥斯达黎加，2018）倡导循环经济作为减少污染物排放的机制，通过最大限度减少过度资源消耗、最大化回收养分和能源等资源，以及优化综合MSW管理来实现。

厌氧联合消化（ACD），即将两种或更多有机基质在同一反应器中同时消化，已成为增强处理有机MSW的厌氧消化系统性能的有前景的策略。通过组合具有互补物理化学性质的基质，ACD优化了碳氮比（C/N，理想值在20至30之间），平衡营养组成，并减轻抑制性化合物的影响，从而产生协同效应，提高甲烷产量和过程稳定性（González等，2022；Ibro等，2024）。如乳业粪污、落叶和木质纤维素残留物等联合基质在热带农业工业环境中尤为重要；然而，木质纤维素材料的高木质素含量可能限制水解速率并降低沼气产量，需要仔细进行基质表征和预处理（Manyi-Loh和Lues，2023）。在热带地区，温暖的环境温度（25–35°C）自然有利于中温消化条件，且外部加热需求最小，从而提高了ACD系统的经济可行性（Alam等，2024；Tavera-Ruiz等，2023）。尽管具有这些优势，但由于法规障碍、技术能力不足以及缺乏在地方层面结合物流、生命周期环境影响和经济评估的综合评估，ACD在发展中国家的大规模实施仍然有限（Tavera-Ruiz等，2023）。产生的沼渣是一种富含养分的副产品，可作为生物肥料进行增值利用，从而支持循环生物经济原则并促进土壤健康和粮食安全目标的实现（Piadeh等，2024）。

在蒙特维尔德市，2023年33%的MSW为有机废物，相当于443吨，其中50%被送往填埋场（Monteverde，2024）。该地区填埋场缺乏甲烷捕获设施，导致碳排放造成的环境影响加剧（Cleaver-Stigum等，2020）。根据《2025-2029年固体有机废物综合管理市政计划》，蒙特维尔德市计划到2027年收集和处理至少每年400吨有机MSW，到2034年达到每年800吨（Monteverde，2024）。这与2025年批准的44974-S号法令相一致，该法令要求各市逐步回收有机固体废物，到2030年达到100%（哥斯达黎加，2025）。

为了全面量化有机MSW管理的可持续性，需要评估收集、运输和处理各环节的环境和经济影响（Allech和Brunner，2014）。在发展中国家，尤其是小型城镇或村庄中，对废物收集路线和有机MSW处理的综合评估非常有限（Ferronato等，2021）。已有三项研究在发展中国家（如玻利维亚（Ferronato等，2021）、哥斯达黎加中部谷地（Brenes-Peralta等，2020）和印度（Aryan等，2023））使用地理信息系统（GIS）对MSW收集路线进行规划和优化，并结合生命周期评估（LCA）和经济分析对废物管理系统进行评估。

GIS、LCA和生命周期成本分析（LCCA）的集成已成为评估废物管理系统的稳健框架，能够同时解决收集物流、环境性能和经济可行性问题（Jayawickrama等，2024；Peiris和Dayarathne，2022）。LCA被广泛认可为一种稳健的决策支持工具，能够量化整个废物管理链条的环境影响——从收集运输到处理和终端产品利用——而LCCA则提供了评估财务可行性和长期成本效益所需的互补经济维度（Pasciucco等，2023；Jayawickrama等，2024）。当与基于GIS的空间分析结合时，这些工具使决策者能够优化收集路线，减少运输相关的温室气体排放，并从环境和经济两个角度确定给定地理和社会经济背景下最可持续的处理方案（Mandpe等，2022；Munawar和Ahmad，2025）。将LCA和LCC应用于有机MSW厌氧联合消化的研究表明，产生较高沼气回收率的配置——特别是通过热电联产（CHP）系统——始终代表最具环境效益和经济可持续性的选择，在20年项目周期内可实现正向净现值（Pasciucco等，2023）。然而，在发展中国家背景下，尤其是废物生物质流多样且空间分散的小镇和城乡混合地区，GIS-LCA-LCCA的综合评估仍然稀少（Ferronato等，2021；Peiris和Dayarathne，2022）。

此外，上述研究均未涉及同时从城市和农村来源收集、运输和处理有机MSW的情况。因此，本研究利用GIS、LCA和生命周期成本分析（LCCA）工具，评估了四种收集和处理方案在物流、环境影响和经济效益方面的可持续性，所涉及的废物生物质类型包括有机MSW以及所需的联合基质，如乳业粪污、落叶和木屑。研究旨在分析收集和运输路线，并比较不同有机MSW处理方案的环境和经济影响。本研究有助于决策者确定哪种有机MSW管理系统能够提供最高效的物流以及最大的经济和环境效益，尤其适用于热带城市化生态旅游地区。

**方法摘要**

本研究聚焦于本地商业产生的有机MSW以及通过好氧或厌氧方式处理有机MSW所需的有机联合基质，如乳业粪污。研究分为三个主要阶段：1) 使用GIS软件进行数据收集、废物收集和运输路线的制图与分析；2) 使用LCA进行环境评估；3) 使用LCCA进行经济评估。数据来源于蒙特维尔德技术环保

**收集与运输评估**

PTAM的有机MSW收集和运输方案地图如图2所示，该方案优先考虑市政最城市化区域的商业产废者。这些产废者的优先排序旨在满足每年收集400吨有机MSW的首个政策目标，并减少收集距离、燃料消耗、运营成本和CO2排放。项目的收集与运输（C&T）系统每天最多可收集26个站点，每周最多收集三天。

三

**结论**

总体而言，本研究结果表明，评估有机废物管理系统时应考虑多个维度，包括物流、环境影响和经济因素。综合分析揭示，收集和运输是环境影响的关键决定因素，但单纯的物流效率并不能保证更好的环境表现，它也是清单中的主要不确定性来源。在评估的各方案中，

**作者贡献声明**

Justin Welch：写作——审稿与编辑，监督，方法论，数据整理，概念构思。Ivson Lucas de Santana：方法论，调查研究，数据整理。Jéssica Bárbara da Silva：写作——审稿与编辑，写作——初稿撰写，可视化，方法论，调查研究，形式分析。Kevin Orner：写作——审稿与编辑，监督，项目管理，方法论，调查研究，经费获取，形式分析，概念构思。R?mulo Sim?es Cezar Menezes：

**未引用参考文献**

Bagagiolo等，2022；Chioatto和Sospiro，2023；Czeka?a等，2023；INEC-国家统计与人口普查研究所，2022；哥斯达黎加电力公司-ICE，2025；哥斯达黎加卫生部，2021；哥斯达黎加卫生部，2024；Negi等，2023；Peiris和Dayarathne，2023；RECOPE-哥斯达黎加石油炼油厂，2025；Rodi?和Wilson，2017；Rotthong等，2023；国家环境委员会秘书处，2020；零废弃欧洲，2023。

**资金来源**

本研究得到了高等教育人员改进协调处-CAPES [资助编号：88881.981012/2024-01]、国家科学与技术发展委员会-CNPq [资助编号：140249/2023-0]、伯南布哥州科学与技术支持基金会-FACEPE [资助编号：APQ-2274-3.14/24] 的支持，以及蒙特维尔德社区基金会管理的蒙特维尔德环保科技园之友提供的慈善捐助。

**利益冲突声明**

? 作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

**致谢**

作者感谢CAPES和CNPQ对本研究的资金支持。我们还要感谢Edvaldo Pereira Santos Júnior在本研究的经济分析和敏感性分析方面提供的支持。

Jéssica Bárbara da Silva | Ivson Lucas de Santana | Justin Welch | Daniela Mora Corrales | Erick Centeno Mora | R?mulo Sim?es Cezar Menezes | Kevin Orner