七子山垃圾填埋场垃圾填埋产气清单分析

第33卷第7期2008年7月

环境科学与管理

ENV I RO N M ENTAL SC I ENCE AND M ANAGE M ENT Vol 133No 17

July 2008

收稿日期:2008-02-22

项目来源:研究内容属于日本环保署资助项目(包括海外回用的生命

周期情景比较分析及其在废旧塑料中的应用)

作者简介:王俊(1982-),男,安徽省长丰县人,硕士学历,苏州科技

学院环境工程专业在读研究生,研究方向:环境规划与管理,发表论文1篇。

文章编号:1673-1212(2008)07-0057-05

七子山垃圾填埋场垃圾填埋产气清单分析

王俊,韦保仁

(苏州科技学院环境学院,江苏苏州215011)

摘　要:主要研究垃圾填埋污染清单中的气体排放量问题,填埋气的主要成分是二氧化碳和甲烷,二者都是重要的温室气体,通过采用三种产气估算模型(LandGE M 模型、I PCC 推荐的模型和概化分子模型)分别估算了单位垃圾填埋产生的甲烷和二氧化碳排放量,并对估算结果做了对比分析。最后采用LandGE M 模型计算的结果,得出单位质量垃圾在整个生命周期中的产气量。关键词:填埋气;LandGE M 模型;清单分析中图分类号:X502文献标识码:B

Gas E m issi on Invent ory Analysis of the Q iZiShan Landfill

W ang Jun,W ei Baoren

(Faculty of Envir on mental Science and Engineering,Suzhou University of Science and Technol ogy,Suzhou 215011,China )Abstract:This papermainly studies the e m issi ons of landfill gases of the waste in the Q izishan landfill .The main components of the landfill gases are carbon di oxide and methane,which are i m portant greenhouse gases .W e esti m ate the e m issi on of methane

with three models (LandGE M model 、model reco mmended by the I PCC,and the molecular model ),and we compare and analyses those results .Finally we get the landfill gas invent ory with the result of LandGE M model .

Key words:landfill gas;landGE M model;invent ory analysis

前言

生命周期评价(LCA )是21世纪最具生命力的环境管理方法,它力图在源头就开始预防和减少环境问题,能够很好的支持政府和环保部门做出相应的环境规划。主要包括目标和范围定义、清单分析、影响评价、结果解释四个部分。其中清单分析是对产品、工艺过程或活动在其整个生命周期内的能量与原材料需求量以及向环境排放废物等,进行以数据为基础的量化描述过程。清单分析是LCA 技术框架中的中心环节,是LCA 评估量化的开始。通过城市生活垃圾生命周期管理对其产生到最终处置的各个阶段物质和能量利用以及相应的环境影响进行识别、量化和评价,可以获得环境和经济效益俱佳的

环境管理方案。

苏州市居民生活垃圾主要有厨余、果皮、纸类、塑料、玻璃、金属、布类、皮革等。单位垃圾成分多为塑料、纸类、布类、各类包装盒、瓶以及酒店的厨余杂物、果皮、一次性餐具等,部分企业生活垃圾还混有少量的无害工业废弃物。保洁垃圾为城市主要干道保洁产生的垃圾,垃圾成分主要有泥土、树木、住户抛弃的家具(含少量装饰废料)、街头一次性餐具、塑料袋等。从1996年—2002年期间,有机物含量变化不大,维持在58%～65%之间,灰土、陶瓷、砖瓦等无机物含量呈逐年下降趋势,这跟城市然气化率逐年提高有密切关系。可回收物含量总体有逐年增加的趋势,尤其是纸类和塑料橡胶含量增加的比较明显,这与近几年城市生活水平提高以及推行塑料包装有一定的关系。生活垃圾含水率变化不大,基本在56%～63%之间,与邻近的上海、杭州等地相差不多。

1　研究目标与范围的确定

本文研究内容属于生命周期评价的部分内容,生命周期评价(LCA )一般需要先确定评价目标,然

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后根据评价目标来界定研究对象的功能、功能单位、系统边界、环境影响类型等等,这些工作随研究目标的不同变化很大,没有一个固定的标准模式可以套用,但必须要反映出资料收集和影响分析的根本方向。另外,LCA研究是一个反复的过程,根据收集到的数据和信息,可能修正最初设定的范围来满足研究的目标。在某些情况下,由于某种没有预见到的限制条件、障碍或其它信息,研究目标本身也可能需要修正[1]。研究范围的确定是整个生命周期评价最重要的一个环节,它直接影响到整个评价工作程序和最终的研究准确度,甚至会导致结论的错误。目的和范围的确定其重点要考虑以下几个方面的问题:目的、范围、功能单元、系统边界、数据质量和关键复核过程。

本文通过对七子山填埋场的填埋气的产气量和性质的分析,并对垃圾填埋场填埋气的产量进行估算,从而建立起垃圾填埋场的LCA清单分析的数据需要。关于城市生活垃圾LCA的清单分析研究和实例分析具有一定的理论意义和实践意义。

2　研究范围的确定

清单分析是生命周期评价的一个非常重要的部分。填埋气中包含有多种有害气体,垃圾填埋场是非常大的甲烷排放源,同时甲烷又是一种可利用的资源,对填埋气进行利用既可以减轻全球的温室效应,又可以充分利用这一清洁的、可再生的能源。因此本文研究的重点主要是垃圾填埋气体作为主要研究对象。首先通过三种数学模型估算出填埋垃圾的产甲烷量,然后选取LandGE M模型计算的结果作为清单分析的数据,最后得到单位质量垃圾在整个生命周期中的产气量。

3　产气量估算

填埋气体除了主要组分除CH

4和CO

2

以外,还

有其它大量的物质有140种以上[2]。在利用之前,

应脱出其中的惰性气体(如CO

2、N

2

等)哈有害微量

组分(H

2

S、硅氧烷、卤代烃),以增加燃烧值。LFG 的净化包括:颗粒与水脱除的预处理、深冷脱氮、酸性气体和微量组分的脱除等,涉及到的单元操作有:过滤、深冷、吸收、生物净化、吸附、膜分离等[3]。

在填埋气体产生的初期阶段,填埋气体中N

2

, CO2和H2的含量较高。而甲烷的含量较低。这证明了有相当部分的气体未经过第二步反应而直接排放出来。

填埋气是填埋场内的有机物质通过微生物降解、挥发和化学反应而产生的一种混合气体,由CH4,CO2,O2,N2,H2和多种痕量气体组成,主要成分是CH

4

和CO

2

。填埋气产生持续时间很长,大致可以分为5个阶段即:初期调整阶段、过渡阶段、酸化阶段、甲烷发酵阶段和成熟阶段[4]。

通过阅读相关文献并考虑一些模型参数取得的难易程度等因素[5-8],选取以下三种方法预测七子山垃圾填埋场的产气量。目前中国的垃圾填埋气体转化为能源的研究工作才刚刚开始,所以在垃圾气体的年排放量的预测和估算上,还未完全掌握和熟悉。一些模型参数如:垃圾填埋场的构建、垃圾填埋坑的铺设方式等借鉴了软件的值。其他如:垃圾接受量,垃圾类型,垃圾使用年限等数据则完全采用实际运行值。

4.1　LandGE M(Landfill Gas Em issi on Model)

LandGE M模型是一个通过Excel界面来进行估算的一个工具,它可以用来估算填埋场总气体、甲烷、二氧化碳以及非甲烷有机气体等的产气率,并且能估算城市固体垃圾填埋场产生的一些单独的气体污染物。

模型具体表达式如下:

Q CH

4

=∑

n

i=1

∑1

j=0.1

kL0

M i

10

e-k t ij

其中:Q

CH4

=计算年份的甲烷气体年产率(m3/year)

i=1年增加量

M i=i年的垃圾接受量(M g)

n=(计算年)-(开始接受垃圾的年份)k

=甲烷产率(year-1)

t ij=i年接受垃圾量M i的j区的年数(小数年,如3.2年)

L0=甲烷潜在产气能力(m3/M g)

LandGE M模型是基于一级降解反应的方程,该方程是用于计算城市固体废弃物(MS W)填埋场中的废弃物降解产生的填埋气体的量。LandGE M模型被认为是一个放映工具,输入的数据质量越高,估算的结果也将更好。

估算结果(见图1):

中国生活垃圾中食物成分含量所占比例较大,而且含水量相对大,有机物比例大将易于发酵,这一点与发达国家不同。中国生活垃圾以易降解的食品垃圾为主,降解速率快,因此甲烷气体易于大量快速的排完(约50年),而北美垃圾填埋场甲烷排放所延续的时间却长达约百年。甲烷排放量相对发达国

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