1.3 环境能源的分类
从实质上讲，环境能源是以有机污染物为载体、以化学能形式贮存在环境污染物中的能量形式，直接或间接来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。
在人类的工业生产与生活活动中每天都会产生大量的有机废弃物，形式繁多，如何对有机废弃物进行分类，有着不同的标准。根据废弃物的存在状态可分为有机固体废弃物和有机废水。
1.3.1 有机固体废弃物
有机固体废弃物可根据来源分为农业废弃物、林业废弃物、畜禽粪便、城市生活垃圾（餐厨垃圾）、废塑料和废橡胶、有机污泥等，其中农业废弃物占最大比例。
（1）农业废弃物
农业废弃物是农业生产的副产品，也是我国农村的传统燃料，主要包括：农业生产过程中的农作物废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸秆、小麦秸秆、高粱秸秆、稻草、豆秸和棉秆等）；农产品加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳、麦糠等；蔬菜种植和加工过程产生的蔬菜废弃物；林业生产废弃物等。目前全国农村作为能源的秸秆消费量约2.86×108t，但大多数还是低效利用，即直接在柴灶上燃烧，其转换效率仅为10%～20%。
1）农作物废弃物
主要包括玉米秸秆、小麦秸秆、麦糠、花生秧、花生壳、稻草、稻壳、豆秸、棉花秸秆等。
玉米秸秆的产量较大，是籽粒的1.1～1.2倍，干物含量为88.8%，粗蛋白为5.53%～6.35%。小麦秸秆、麦糠的产量是小麦的1.1倍，干物质含量为95%，粗蛋白为3.6%。花生秧的产量是花生的0.8倍。稻草、稻壳的产量是水稻的0.9倍。
2）蔬菜废弃物
主要包括蔬菜秸秆、菜叶以及不能食用的尾菜。菌类生产中的菌糠其含水量为11.87%，含碳34%，含氮2.3%。
3）林业生产废弃物
主要指农村房前屋后所植果树等的落叶、剪枝、绿化修剪下脚料、烂果、木材加工下脚料等。
4）饼粕类
主要包括菜籽饼、花生饼、豆饼、棉籽饼等。菜籽饼含碳量为49.64%，含氮量为4.6%；花生饼含碳量为49.4%，含氮量为6.3%；豆饼含碳量为47.46%，含氮量为7%；棉籽饼含碳量为79%，含氮量为5.5%。
近十几年来，特别是小麦、玉米实行机械化收割以来，农民的生活条件日益改善，农作物秸秆在燃料、饲料、堆沤粪肥等方面的作用逐渐减小直至取消，以前被农民当作宝的农作物秸秆、蔬菜秧蔓等逐渐被废弃，造成了环境污染和资源浪费，因此，农业废弃物不合理处置越来越成为环境治理的一大难题。
为图省事，收割过后抛撒在地里不易敛收和影响下茬作物耕作种植的，直接焚烧处理，造成了空气污染，还容易引起火灾；焚烧过后，造成了土壤板结，大量的有益微生物也被烧死，之后的很长一段时间才可能被恢复。还有一些勤俭的农民，喜欢把用不着的作物秸秆堆放起来以备不时之需，占用了大量的公共空间，影响了村容村貌，时间长了，过一两个雨季，堆体内部就腐烂变质，污染了环境。
为了省时省力，菜农直接把蔬菜秧蔓扔进地头附近的沟渠，腐烂之后影响了水质，污染了环境。一些蔬菜秧蔓带有病虫害，病虫害在条件适宜时就会在附近传播蔓延，无形之中增加了病虫害的防治难度，给下茬作物的种植增加了成本。尾菜也同样存在着被种植户和经营户随意丢弃的现象，造成了环境污染。
（2）林业废弃物
林业废弃物是在林业育苗、管理、采伐、造材、加工和利用的整个过程中产生的废弃物，主要包括林木苗圃剩余物、林木修枝剩余物、木材采伐剩余物、木材造材剩余物、木材加工剩余物、薪材、废旧木材、竹材加工剩余物、废旧竹材、香蕉和菠萝残体。
林木苗圃剩余物是指林木苗圃中死亡的苗木及苗木培育产生的树梢和截头等剩余物。
林木修枝剩余物指用材林、防护林、特种用途林和经济林在其抚育和管理过程中，人为地除去枯枝和部分活枝而产生的枝桠。
木材采伐剩余物是林木在其主伐、抚育间伐及低产（效）林改造采伐和更新采伐等作业过程中产生的剩余物，主要包括木材的枝桠、梢头、树桩、树根以及可能的打伤木、枯倒木和伐区清理作业中砍伐获得的藤条和灌木。枝桠也叫枝丫或树枝。梢头是打枝时切除的树干顶端部分，更多的研究叫树梢或梢顶。树桩即伐根，也有研究叫木桩，是伐树后与树根连接在一起的地上残留部分。打伤木指采伐中打落的其他不属采伐树木的枝桠等。枯倒木是在伐区内因病害或其他自然灾害导致倒伏的树木。清场灌木和清场藤条是在采伐作业过程中，清理伐区而砍伐的灌木和藤条。
木材造材剩余物为原条被锯截成一定规格原木的造材过程产生的剩余物，包括树皮、截头和根部齐头。截头是原条被截去的上端部分，根部齐头是被截去的下端部分。截头和根部齐头都属于在造材过程中一定会产生的损耗。
木材加工剩余物是木材加工过程中产生的剩余边角料，包括板皮、板条、锯末、碎单板、木芯、刨花和废弃木块。板皮是原木外围锯下的带有表皮的板块。板条是削切木材产生的表层薄片。锯末是切割木材时散落下来的沫状木屑。碎单板是加工中产生的废弃的碎裂单板。木芯是旋切板生产过程中遗留下来的木材中心部分。刨花是加工过程中产生的卷曲薄片状木屑。
薪材是指不符合次加工原木标准要求的圆材。依据当前现行的行业标准《次加工原木》（LY/T 1369—2011），在林业调查中直立主干长度<2m（包括树干扭曲或有树瘤、节子等情况；树高<2m属于幼树，不属于薪材）或径阶<8cm的林木称为薪材。
废旧木材是指木质建筑物在建造或改造过程中产生的木质废弃物，以及城乡生活、工业生产、办公场所及各种建筑废弃的木质家具，也有人称其为木质废料。
竹材加工剩余物是指竹子砍伐后产生的竹叶以及加工后产生的竹梢、竹枝和竹屑等废弃物。
废旧竹材指竹材的建筑物在建造或改造过程中产生的竹材废弃物以及城乡生活、工业生产、办公场所及各种建筑废弃的竹材家具。
香蕉和菠萝残体是指香蕉和菠萝的果实成熟采摘后，为准备种植下茬植物而砍伐清理获得的地上部分的植株残体。
由于我国一些地区农民燃料短缺，专门用作燃料的薪炭林太少，所以常以材林充抵生活燃料，这就属于“过耗”，近年来过耗现象已趋减少。
（3）畜禽粪便
随着人民生活水平的提高，人们对肉类的需求也不断增大。为满足人民群众对肉类食品的需求，养殖业的规模也不断扩大。然而，养殖业会产生大量的有机废弃物，主要包括：a．畜禽粪便。畜禽排泄物的总称，是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆和牧草等）的转化形式，包括禽畜排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。粪便中粗蛋白的含量较高，尿液中含氮量较高。b．病死畜禽尸体。畜禽尸体的碳氮比为5:1，含有大量的蛋白质、脂肪。c．屠宰废弃物。包括污水、污泥、下脚料等，也是一种高氮材料，碳氮比也可按5:1计算。其中，禽畜粪便的产生量最大，是养殖业废弃物的主要组成。
畜禽粪便露天存放，臭气熏天，污染空气，蚊蝇满天飞，增加了病虫害的传播，影响人们的身体健康。禽畜粪便除青藏一带牧民用其直接燃烧（炊事、取暖）外，更多是将其制作有机肥料，或经厌氧发酵制取沼气后再作有机肥料。但有的农户为了省事，把畜禽粪便未经腐熟就直接施用，容易造成抛撒不匀烧苗或当季肥效得不到利用，有可能造成减产；堆制发酵碳氮池不适宜，发酵设施不符合要求，如敞口发酵、就地小堆发酵，外皮所占比例过大，保温效果差，且发酵条件控制不严，没有检测手段，温度和时间不能满足彻底消除病原菌和蛆虫卵的需要。并且过量、单一来源的粪肥，易造成土壤盐分和氯化钠、锌、铜等重金属超标。病死畜禽尸体的处理，即使养殖户进行深埋也会污染地下水。
因此，开发和推广集约化养殖禽畜粪便的能源化利用技术，通过收集、干燥、粉碎、转化等工序，将之转变为能源，不仅可有效减少环境污染，还可替代一定数量的化石能源，对于补充我国能源供应、调整能源消费结构具有重要意义。
（4）城市生活垃圾
城市生活垃圾主要是由城镇居民生活垃圾、商业和服务业垃圾、少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，组成成分比较复杂，受当地居民生活水平、能源结构、城市建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。随着城市规模的扩大和城市化进程的加速，中国城市生活垃圾的产生量和堆积量逐年增加，使垃圾处理越来越困难，由此而来的环境污染等问题逐渐引起社会各界的广泛关注。
2019年5月，我国“无废城市”试点建设工作正式在16个城市和地区启动。践行绿色生活方式，推动生活垃圾源头减量和资源化利用是“无废城市”建设的6项重点任务之一。国内外研究表明，餐厨垃圾是生活垃圾的重要组成部分。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，全球约有1/3的食品在生产、流通和消费过程中被损失或浪费，数量高达1.3×109t/a，这些损失或浪费的食品多数会作为餐厨垃圾进行必要的处理。已有不同文献报道，我国城镇餐厨垃圾年产生量为6.00×107～9.24×107t，与美国（6.10×107t）和欧盟（8.80×107t）的食品废物产生量接近。餐厨垃圾等高湿垃圾是城市固体垃圾中有机垃圾的重要组成部分，主要来自饭店、企事业单位食堂和居民家庭等，包括瓜果皮、食物残渣、厨房下脚料等。这些物质中含有脂肪、蛋白质、粗纤维、还原糖、淀粉等有机成分和氮、磷、钾等资源物质，具有很高的回收利用价值。
在我国，随着垃圾分类工作的推进，城市生活垃圾主要分为四大类：厨余垃圾、可回收物、有害垃圾和其他垃圾，如表1-1所示。
表1-1 生活垃圾“四分类”
按照表1-1中的“四分类”，对应采用“四色桶”进行分类投放、分类收集和分类运输（图1-1）：厨余垃圾桶采用绿色，色标为PANTONE 562C；可回收垃圾桶颜色采用宝石蓝，色标为PANTONE 660C；有害垃圾桶颜色采用红色，色标为PANTONE 703C；其他垃圾桶采用灰色，色标为PANTONE 137C。并在桶身正面印有所对应类别的醒目标志。
图1-1 生活垃圾“四分类”标志及采用“四色桶”进行分类投放、分类收集和分类运输
从燃烧性能方面，城市生活垃圾可分为可燃物和不可燃物，如表1-2所示。
表1-2 城市生活垃圾组成
城市生活垃圾的组成成分及热值如表1-3所示。
表1-3 城市生活垃圾的组成成分与热值
由表1-3可知，目前中国城市生活垃圾的热值在4.18MJ/kg左右，是一种“放错地方的资源”。随着我国城市化率、煤气供应率和集中供暖率的上升，城市生活垃圾的有机质比重将迅速上升，利用相应的无害化处理技术，可得到有效能源如沼气、电能等。
（5）废塑料和废橡胶
随着科学技术的发展，塑料、橡胶制品的品质有了大幅提高，在民生领域得到了广泛应用。
塑料广泛用于农用地膜、塑料包装袋、快餐盒、包装盒、手机外壳、塑料盆、塑料拖鞋、塑料桌椅等。这些制品在完成使用功能和达到使用寿命后，即成为废塑料。目前我国废塑料的产生量约为3500万吨，在自然条件下基本无法降解，如果处理不得当，势必会破坏环境，危害百姓健康。
橡胶广泛用于制造轮胎、胶管、胶带、电缆及其他各种橡胶制品，大量应用于工业和生活各方面。如今全世界每年要耗用差不多1000万吨的合成橡胶，另外还有数百万吨的天然橡胶。橡胶中的一半用来制造轮胎。这些轮胎和其他的橡胶制品使用一定时间后都会报废，从而产生废橡胶。
在日常生活中，少量的废塑料、废橡胶往往都是混入城市生活垃圾中一并处理的，但由于废塑料、废橡胶的热值比城市生活垃圾高得多，而且成分相对复杂，混入城市生活垃圾处理并不是最佳的手段。在当前大力提倡垃圾分类的新形势下，对废塑料、废橡胶实现高效能源化利用更具有重要意义。
（6）有机污泥
污泥是污水处理厂在各级污水处理净化后所产生的含水量为75%～99%的固体或流体状物质，主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体及絮凝所用药剂等组成，是一种以有机成分为主、组分复杂的混合物，其中包括有潜在利用价值的有机质、氮、磷、钾和各种微量元素，同时也含有大量的病原体、寄生虫（卵）、重金属和多种有毒有害有机污染物，如果不能妥善安全地对其进行处理处置，将会给生态环境带来巨大危害。
随着技术的发展和观念的进步，污泥逐渐被看作是资源而并非仅仅是污染物。污泥中的有机物含有大量热值，具有能源化利用的潜力，将污泥处置甚至污水处理过程转变为能量的净产出过程逐渐引起了研究者的兴趣。
对于上述各类有机固体废弃物，从环境的角度看，其中所含的有机质是造成环境污染的主要原因，因此必须尽可能除去。但从可持续发展的角度来看，有机固体废弃物也是一种能源的载体，其所含的有机质蕴含着大量的化学能，因此可将其作为环境能源而加以开发利用。
1.3.2 有机废水
有机废水就是以有机污染物为主的废水，有机废水易造成水质富营养化，危害比较大。
有机废水按其性质可分为三大类：a．易于生物降解的有机废水；b．有机物可以降解，但含有害物质的废水；c．难生物降解的和有害的有机废水。
有机废水根据来源可分为生活污水和工业有机废水。
（1）生活污水
生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。一般城市污水含有0.02%～0.03%的固体与99%以上的水分，下水道污泥有望成为厌氧消化槽的主要原料。
（2）工业有机废水
工业有机废水是指工业生产过程中产生的有机废水，主要是酒精、酿酒、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水，其中都富含有机物。
在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中，含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中，可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气，因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少，影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后，有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味，使水质恶化。
随着经济的飞速发展，我国有机废弃物的排放量持续增高，已成为垃圾包袱最沉重的国家。因为有机废弃物易腐败分解而加剧环境污染，破坏生态平衡，严重危害城乡环境和居民生活条件，目前国际上已将其列为公认的十大环境问题之一。但从能源的角度看，所有的废弃物都可视为“放错了地方的资源”，有机废弃物中含有大量的有机物，在其腐败分解污染环境的同时也浪费了大量的有机能源。因此《国家中长期科技发展规划纲要（2006—2020）》中将“综合治污与废弃物循环利用”作为能源和环境重点领域中的优先主题；《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中也将“节能环保”列为战略新兴产业。
从保护环境和资源利用的角度出发，加大环境能源的开发与利用力度，对减少环境污染、保护生态环境具有重要意义；从能源开发与利用的角度出发，将造成环境污染的有机废弃物视为能源的一种，可充分发挥当地的资源优势，有效减少对传统能源的依赖，对于优化产业结构和产业布局、推动区域经济发展具有重要意义。但环境能源同时也存在能量密度低和发热量小的缺点，开发利用或转化技术较为复杂，成本较高。为了实现可持续发展战略，必须加大对环境能源的开发利用力度。