關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產生大量甲烷，它也是繼二氧化碳以外造成全球溫室效應的罪魁禍首，是城市溫室氣體的主要排放源。目前準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生的氣候效應對城市發展具有重要現實意義。本文就通過IPCC計算了當前中國城市固體廢棄物甲烷的排放量，并對全國不同區域的固體廢棄物甲烷排放特征進行簡要分析。

關鍵詞：城市固體廢棄物 甲烷 排放特征 氣候變化 計算方法

中圖分類號：X51 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（a）-0145-02

甲烷是溫室氣體中的重要組成部分，但它在大氣中的實際含量要遠低于二氧化碳。從全球的GWP增溫潛勢調查中發現，甲烷已經達到二氧化碳的21倍之多。而在城市每日都要進行的大量固體廢棄物填埋處理過程中，甲烷菌也會在廢棄物處理過程中發生有機物質厭氧分解，最終產生大量甲烷。所以說，城市固體廢棄物填埋處理應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實意義

我國城市每年都會產生大量固體廢棄物，而由它們所產生的甲烷則高達200萬，所以固體廢棄物填埋場已經成為人為甲烷排放的主要根源之一。為此，對固體廢棄物填埋場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、經濟化發展的日益進步，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成為限制城市綜合發展的巨大阻礙。在面對這一問題時，我國也積極提出了《中國21世紀議程——中國21世紀人口、環境與發展白皮書》，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，遏制溫室氣體大量排放。自1992年，我國就聯合國際相關協會及行業發展領域開始針對甲烷排放量的深入研究，例如中國科技部與亞洲開發銀行就聯合提出并完成了《中國的全球氣候變化國家對策研究》，同時還有我國國家環保總局聯合世界銀行共同完成并發布的《中國溫室氣體控制的問題與對策》，這些研究報告都對城市固體廢棄物填埋場中的甲烷排放模型進行了構建分析，大體上可以劃分為動力學模型與統計模型兩種。其中統計模型主要以IPCC模型、化學計量式模型為主，動力模型則涵蓋了Marticorena動力學模型與Gardner動力學模型。這些模型都能客觀評價城市固體廢棄物填埋場所排放的甲烷，包括甲烷對溫室效應所作出的實際貢獻，因此針對甲烷的動力學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算方法

該文結合我國城市實際狀況，采用IPCC缺省計算方法對2016年中國城市的甲烷凈排放量進行計算，同時分析甲烷凈排放量的空間分布與時間演變特征。缺省計算方法是出自于我國《IPCC1996國家溫室氣體清單修訂指南》，它也是聯合國相關組織所推薦使用的優秀計算方法，對它的使用應該結合我國城市實際狀況展開。

2.1 缺省法的基本概念

缺省法所采用的是質量平衡方程，它包括對有機碳降解過程的計算分析，主要通過估計計算來明確城市固體廢棄物中所產生的甲烷排放量，并利用不同的可降解有機碳參數來評價城市內固體廢棄物所排放的實際甲烷含量。該算法的優勢就是可基于較少數據便能展開計算過程，而每一個城市可以根據固定的算法來適當調整修訂數據，對算法及結果進行進一步的修改與完善。

考慮到我國城市發展的實際狀況，應該依據《IPCC2000國家溫室氣體清單優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 計算參數的選擇

按照相關數據統計，我國城市固體廢棄物填埋處理場中的固體廢棄物比例占到總廢棄物的95%左右，對其甲烷排放因子進行計算首先要明確填埋場中甲烷修正因子的真實缺省值。再看我國城市實際狀況，其中2016年中國城市的固體廢棄物可降解有機碳量占到總比例的6.87%，相比于2015年之前的6.2%比例有所降低，這也從側面證明我國固體廢棄物中有機物含量在近些年來呈現下降同時趨于穩定發展局面。再分析甲烷排放量過程中，發現其所用到的可降解有機碳百分率為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。就目前我國針對城市固體廢棄物甲烷排放的實際技術操作來看，還未能構建成規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還要根據缺省值數據進行分析。以下給出固體廢棄物填埋處理場的場所分類與甲烷修正因子缺省值數據，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甲烷修正因子的缺省值計算范圍，并分別根據上下限計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算過程種，要將有機碳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置在0.4左右；反觀在最大排放量計算過程中，有機碳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，在缺省法計算過程中固體廢棄物所排放甲烷中的有機碳DOC比例明顯處于較高水平[2]。

3 對中國城市的固體廢棄物甲烷排放特征分析

對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年我國各個地區城市的固體廢棄物產生量作為依據，將其帶入到甲烷凈排放計算方法當中如下：

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表示填埋場甲烷產生潛力（萬噸/年），R表示甲烷回收量（萬噸/年），OX表示氧化因子。

通過上述計算方法就可以都得到2016年我國各個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。

根據計算，我國經濟發達且人口較為密集的東部地區，其固體廢棄物產生較多，甲烷的凈排放量也隨之提升，所以東部地區位居第一，中部地區、西部地區位列二、三位。還以東部地區為例，像廣東省、山東省中的大部分城市在甲烷排放量方面相對較高，而西部地區的西藏、青海包括南部地區的海南在甲烷凈排放量方面則處于較低水平。

3.2 基于時間演變特征的固體廢棄物甲烷排放特征分析

再看時間演變特征，我國從1994年—2016的年城市固體廢棄物的甲烷凈排放量呈現逐年上升趨勢，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濟快速發展，固體廢棄物不斷增多有直接關系，如圖1[3]。

4 結語

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算方法，簡要分析了我國各個城市地區的甲烷凈排放發展趨勢。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境保護重點命題，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據方法參考，進一步促進城市對甲烷溫室氣體的有效治理過程。

參考文獻

[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，2006：56-77.