關(guān)于中國城市固體廢棄物甲烷排放的研究

孫書晶

摘 要：在城市固體廢棄物填埋處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量甲烷，它也是繼二氧化碳以外造成全球溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)祝浅鞘袦厥覛怏w的主要排放源。目前準(zhǔn)確估算固體廢棄物中的甲烷排放量，并基于此來判斷其所產(chǎn)生的氣候效應(yīng)對(duì)城市發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文就通過IPCC計(jì)算了當(dāng)前中國城市固體廢棄物甲烷的排放量，并對(duì)全國不同區(qū)域的固體廢棄物甲烷排放特征進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：城市固體廢棄物 甲烷 排放特征 氣候變化 計(jì)算方法

中圖分類號(hào)：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（a）-0145-02

甲烷是溫室氣體中的重要組成部分，但它在大氣中的實(shí)際含量要遠(yuǎn)低于二氧化碳。從全球的GWP增溫潛勢(shì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，甲烷已經(jīng)達(dá)到二氧化碳的21倍之多。而在城市每日都要進(jìn)行的大量固體廢棄物填埋處理過程中，甲烷菌也會(huì)在廢棄物處理過程中發(fā)生有機(jī)物質(zhì)厭氧分解，最終產(chǎn)生大量甲烷。所以說，城市固體廢棄物填埋處理應(yīng)該是甲烷溫室氣體排放的根本成因。

1 城市固體廢棄物填埋處理過程中甲烷排放狀況控制的現(xiàn)實(shí)意義

我國城市每年都會(huì)產(chǎn)生大量固體廢棄物，而由它們所產(chǎn)生的甲烷則高達(dá)200萬，所以固體廢棄物填埋場(chǎng)已經(jīng)成為人為甲烷排放的主要根源之一。為此，對(duì)固體廢棄物填埋場(chǎng)的甲烷排放控制就成為減緩甲烷總排放量增長的必要可行途徑之一。就目前來看，伴隨我國人口的不斷增長與城市化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展的日益進(jìn)步，固體廢棄物的排放量也與日俱增，由廢棄物處理所造成的大氣中甲烷排放已經(jīng)成為限制城市綜合發(fā)展的巨大阻礙。在面對(duì)這一問題時(shí)，我國也積極提出了《中國21世紀(jì)議程——中國21世紀(jì)人口、環(huán)境與發(fā)展白皮書》，希望通過深入研究并減少城市中甲烷排放途徑來控制溫室效應(yīng)，遏制溫室氣體大量排放。自1992年，我國就聯(lián)合國際相關(guān)協(xié)會(huì)及行業(yè)發(fā)展領(lǐng)域開始針對(duì)甲烷排放量的深入研究，例如中國科技部與亞洲開發(fā)銀行就聯(lián)合提出并完成了《中國的全球氣候變化國家對(duì)策研究》，同時(shí)還有我國國家環(huán)?？偩致?lián)合世界銀行共同完成并發(fā)布的《中國溫室氣體控制的問題與對(duì)策》，這些研究報(bào)告都對(duì)城市固體廢棄物填埋場(chǎng)中的甲烷排放模型進(jìn)行了構(gòu)建分析，大體上可以劃分為動(dòng)力學(xué)模型與統(tǒng)計(jì)模型兩種。其中統(tǒng)計(jì)模型主要以IPCC模型、化學(xué)計(jì)量式模型為主，動(dòng)力模型則涵蓋了Marticorena動(dòng)力學(xué)模型與Gardner動(dòng)力學(xué)模型。這些模型都能客觀評(píng)價(jià)城市固體廢棄物填埋場(chǎng)所排放的甲烷，包括甲烷對(duì)溫室效應(yīng)所作出的實(shí)際貢獻(xiàn)，因此針對(duì)甲烷的動(dòng)力學(xué)模型研究也將成為未來城市固體廢棄物甲烷排放研究的重要方向[1]。

2 城市固體廢棄物甲烷排放的計(jì)算方法

該文結(jié)合我國城市實(shí)際狀況，采用IPCC缺省計(jì)算方法對(duì)2016年中國城市的甲烷凈排放量進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)分析甲烷凈排放量的空間分布與時(shí)間演變特征。缺省計(jì)算方法是出自于我國《IPCC1996國家溫室氣體清單修訂指南》，它也是聯(lián)合國相關(guān)組織所推薦使用的優(yōu)秀計(jì)算方法，對(duì)它的使用應(yīng)該結(jié)合我國城市實(shí)際狀況展開。

2.1 缺省法的基本概念

缺省法所采用的是質(zhì)量平衡方程，它包括對(duì)有機(jī)碳降解過程的計(jì)算分析，主要通過估計(jì)計(jì)算來明確城市固體廢棄物中所產(chǎn)生的甲烷排放量，并利用不同的可降解有機(jī)碳參數(shù)來評(píng)價(jià)城市內(nèi)固體廢棄物所排放的實(shí)際甲烷含量。該算法的優(yōu)勢(shì)就是可基于較少數(shù)據(jù)便能展開計(jì)算過程，而每一個(gè)城市可以根據(jù)固定的算法來適當(dāng)調(diào)整修訂數(shù)據(jù)，對(duì)算法及結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的修改與完善。

考慮到我國城市發(fā)展的實(shí)際狀況，應(yīng)該依據(jù)《IPCC2000國家溫室氣體清單優(yōu)良做法指南和不確定性管理》中所推薦的基本算法來作為本文甲烷排放量的主要算法。

2.2 計(jì)算參數(shù)的選擇

按照相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國城市固體廢棄物填埋處理場(chǎng)中的固體廢棄物比例占到總廢棄物的95%左右，對(duì)其甲烷排放因子進(jìn)行計(jì)算首先要明確填埋場(chǎng)中甲烷修正因子的真實(shí)缺省值。再看我國城市實(shí)際狀況，其中2016年中國城市的固體廢棄物可降解有機(jī)碳量占到總比例的6.87%，相比于2015年之前的6.2%比例有所降低，這也從側(cè)面證明我國固體廢棄物中有機(jī)物含量在近些年來呈現(xiàn)下降同時(shí)趨于穩(wěn)定發(fā)展局面。再分析甲烷排放量過程中，發(fā)現(xiàn)其所用到的可降解有機(jī)碳百分率為7.5%。而固體廢棄物排放甲烷在通過覆蓋物面向大氣的逸散過程中，可能有部分甲烷被土壤或其它固體廢棄物材料所氧化，如此間接使得甲烷排放量降低，而通過覆蓋層氧化后的甲烷排放量則可理解為凈排放量。就目前我國針對(duì)城市固體廢棄物甲烷排放的實(shí)際技術(shù)操作來看，還未能構(gòu)建成規(guī)模的甲烷回收利用體系，所以在固體廢棄物填埋處理過程中所排放的甲烷回收利用量參數(shù)還要根據(jù)缺省值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以下給出固體廢棄物填埋處理場(chǎng)的場(chǎng)所分類與甲烷修正因子缺省值數(shù)據(jù)，如表1。

上述表1只是為城市固體廢棄物填埋處理甲烷排放提供一個(gè)甲烷修正因子的缺省值計(jì)算范圍，并分別根據(jù)上下限計(jì)算來得出了甲烷排放的最大與最小值。舉例來說，在甲烷最小排放量計(jì)算過程種，要將有機(jī)碳DOC的降解比例控制在0.5，而甲烷在填埋氣體中的比例則要設(shè)置在0.4左右；反觀在最大排放量計(jì)算過程中，有機(jī)碳DOC的可降解比例則要控制在0.6，填埋固體廢棄物的甲烷氣體排放比例也同樣為0.6。從上述分析中也可以見得，在缺省法計(jì)算過程中固體廢棄物所排放甲烷中的有機(jī)碳DOC比例明顯處于較高水平[2]。

3 對(duì)中國城市的固體廢棄物甲烷排放特征分析

對(duì)中國城市的固體廢棄物甲烷排放特征分析主要從兩方面展開：空間分布特征與時(shí)間演變特征，以下將作出一一解讀。

3.1 基于空間分布特征的固體廢棄物甲烷排放特征分析

以2016年我國各個(gè)地區(qū)城市的固體廢棄物產(chǎn)生量作為依據(jù)，將其帶入到甲烷凈排放計(jì)算方法當(dāng)中如下：

ECH4=（MSWT x MSWF x L0-R） x （1-OX）

算式中ECH4表示甲烷的凈排放量（萬噸/年），MSWT表示城市固體廢棄物的總產(chǎn)生量（萬噸/年），MSWF表示城市固體廢棄物的填埋處理率，L0表示填埋場(chǎng)甲烷產(chǎn)生潛力（萬噸/年），R表示甲烷回收量（萬噸/年），OX表示氧化因子。

通過上述計(jì)算方法就可以都得到2016年我國各個(gè)城市的甲烷凈排放量最大與最小值，包括IPCC推薦值下的甲烷空間分布特征。

根據(jù)計(jì)算，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且人口較為密集的東部地區(qū)，其固體廢棄物產(chǎn)生較多，甲烷的凈排放量也隨之提升，所以東部地區(qū)位居第一，中部地區(qū)、西部地區(qū)位列二、三位。還以東部地區(qū)為例，像廣東省、山東省中的大部分城市在甲烷排放量方面相對(duì)較高，而西部地區(qū)的西藏、青海包括南部地區(qū)的海南在甲烷凈排放量方面則處于較低水平。

3.2 基于時(shí)間演變特征的固體廢棄物甲烷排放特征分析

再看時(shí)間演變特征，我國從1994年—2016的年城市固體廢棄物的甲烷凈排放量呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，整體上IPCC推薦值都略高于甲烷最大排放量，其中2016年甲烷凈排放量更是1994年的1.8倍左右，另外從2000年2005年間其增量放緩，但在近幾年，其增速又明顯加快，這與我國近年來的城市的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，固體廢棄物不斷增多有直接關(guān)系，如圖1[3]。

4 結(jié)語

通過該文分析，基本明確了城市固體廢棄物甲烷的凈排放基本狀況與甲烷排放計(jì)算方法，簡(jiǎn)要分析了我國各個(gè)城市地區(qū)的甲烷凈排放發(fā)展趨勢(shì)。近年來隨著我國城市固體廢棄物的不斷增加，甲烷排放也成為城市環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)命題，為此本文研究希望為未來城市的固體廢棄物與甲烷排放治理提供數(shù)據(jù)方法參考，進(jìn)一步促進(jìn)城市對(duì)甲烷溫室氣體的有效治理過程。

參考文獻(xiàn)

[1] 高慶先，杜吳鵬，盧士慶，等.中國城市固體廢棄物甲烷排放研究[J].氣候變化研究進(jìn)展，2006，2（6）：269-272.

[2] 高慶先，杜吳鵬，盧士慶，等.中國城市固體廢棄物甲烷排放研究[J].氣候變化研究進(jìn)展，2007，3（z1）：70-74.

[3] 杜吳鵬.城市固體廢棄物（MSW）填埋處理溫室氣體—甲烷排放研究[D].南京信息工程大學(xué)，2006：56-77.