关于中国城市固体废弃物甲烷排放的研究

孙书晶

摘 要：在城市固体废弃物填埋处理过程中会产生大量甲烷，它也是继二氧化碳以外造成全球温室效应的罪魁祸首，是城市温室气体的主要排放源。目前准确估算固体废弃物中的甲烷排放量，并基于此来判断其所产生的气候效应对城市发展具有重要现实意义。本文就通过IPCC计算了当前中国城市固体废弃物甲烷的排放量，并对全国不同区域的固体废弃物甲烷排放特征进行简要分析。

关键词：城市固体废弃物 甲烷 排放特征 气候变化 计算方法

中图分类号：X51 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（a）-0145-02

甲烷是温室气体中的重要组成部分，但它在大气中的实际含量要远低于二氧化碳。从全球的GWP增温潜势调查中发现，甲烷已经达到二氧化碳的21倍之多。而在城市每日都要进行的大量固体废弃物填埋处理过程中，甲烷菌也会在废弃物处理过程中发生有机物质厌氧分解，最终产生大量甲烷。所以说，城市固体废弃物填埋处理应该是甲烷温室气体排放的根本成因。

1 城市固体废弃物填埋处理过程中甲烷排放状况控制的现实意义

我国城市每年都会产生大量固体废弃物，而由它们所产生的甲烷则高达200万，所以固体废弃物填埋场已经成为人为甲烷排放的主要根源之一。为此，对固体废弃物填埋场的甲烷排放控制就成为减缓甲烷总排放量增长的必要可行途径之一。就目前来看，伴随我国人口的不断增长与城市化、经济化发展的日益进步，固体废弃物的排放量也与日俱增，由废弃物处理所造成的大气中甲烷排放已经成为限制城市综合发展的巨大阻碍。在面对这一问题时，我国也积极提出了《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》，希望通过深入研究并减少城市中甲烷排放途径来控制温室效应，遏制温室气体大量排放。自1992年，我国就联合国际相关协会及行业发展领域开始针对甲烷排放量的深入研究，例如中国科技部与亚洲开发银行就联合提出并完成了《中国的全球气候变化国家对策研究》，同时还有我国国家环保总局联合世界银行共同完成并发布的《中国温室气体控制的问题与对策》，这些研究报告都对城市固体废弃物填埋场中的甲烷排放模型进行了构建分析，大体上可以划分为动力学模型与统计模型两种。其中统计模型主要以IPCC模型、化学计量式模型为主，动力模型则涵盖了Marticorena动力学模型与Gardner动力学模型。这些模型都能客观评价城市固体废弃物填埋场所排放的甲烷，包括甲烷对温室效应所作出的实际贡献，因此针对甲烷的动力学模型研究也将成为未来城市固体废弃物甲烷排放研究的重要方向[1]。

2 城市固体废弃物甲烷排放的计算方法

该文结合我国城市实际状况，采用IPCC缺省计算方法对2016年中国城市的甲烷净排放量进行计算，同时分析甲烷净排放量的空间分布与时间演变特征。缺省计算方法是出自于我国《IPCC1996国家温室气体清单修订指南》，它也是联合国相关组织所推荐使用的优秀计算方法，对它的使用应该结合我国城市实际状况展开。

2.1 缺省法的基本概念

缺省法所采用的是质量平衡方程，它包括对有机碳降解过程的计算分析，主要通过估计计算来明确城市固体废弃物中所产生的甲烷排放量，并利用不同的可降解有机碳参数来评价城市内固体废弃物所排放的实际甲烷含量。该算法的优势就是可基于较少数据便能展开计算过程，而每一个城市可以根据固定的算法来适当调整修订数据，对算法及结果进行进一步的修改与完善。

考虑到我国城市发展的实际状况，应该依据《IPCC2000国家温室气体清单优良做法指南和不确定性管理》中所推荐的基本算法来作为本文甲烷排放量的主要算法。

2.2 计算参数的选择

按照相关数据统计，我国城市固体废弃物填埋处理场中的固体废弃物比例占到总废弃物的95%左右，对其甲烷排放因子进行计算首先要明确填埋场中甲烷修正因子的真实缺省值。再看我国城市实际状况，其中2016年中国城市的固体废弃物可降解有机碳量占到总比例的6.87%，相比于2015年之前的6.2%比例有所降低，这也从侧面证明我国固体废弃物中有机物含量在近些年来呈现下降同时趋于稳定发展局面。再分析甲烷排放量过程中，发现其所用到的可降解有机碳百分率为7.5%。而固体废弃物排放甲烷在通過覆盖物面向大气的逸散过程中，可能有部分甲烷被土壤或其它固体废弃物材料所氧化，如此间接使得甲烷排放量降低，而通过覆盖层氧化后的甲烷排放量则可理解为净排放量。就目前我国针对城市固体废弃物甲烷排放的实际技术操作来看，还未能构建成规模的甲烷回收利用体系，所以在固体废弃物填埋处理过程中所排放的甲烷回收利用量参数还要根据缺省值数据进行分析。以下给出固体废弃物填埋处理场的场所分类与甲烷修正因子缺省值数据，如表1。

上述表1只是为城市固体废弃物填埋处理甲烷排放提供一个甲烷修正因子的缺省值计算范围，并分别根据上下限计算来得出了甲烷排放的最大与最小值。举例来说，在甲烷最小排放量计算过程种，要将有机碳DOC的降解比例控制在0.5，而甲烷在填埋气体中的比例则要设置在0.4左右；反观在最大排放量计算过程中，有机碳DOC的可降解比例则要控制在0.6，填埋固体废弃物的甲烷气体排放比例也同样为0.6。从上述分析中也可以见得，在缺省法计算过程中固体废弃物所排放甲烷中的有机碳DOC比例明显处于较高水平[2]。

3 对中国城市的固体废弃物甲烷排放特征分析

对中国城市的固体废弃物甲烷排放特征分析主要从两方面展开：空间分布特征与时间演变特征，以下将作出一一解读。

3.1 基于空间分布特征的固体废弃物甲烷排放特征分析

以2016年我国各个地区城市的固体废弃物产生量作为依据，将其带入到甲烷净排放计算方法当中如下：

ECH4=（MSWT x MSWF x L0-R） x （1-OX）

算式中ECH4表示甲烷的净排放量（万吨/年），MSWT表示城市固体废弃物的总产生量（万吨/年），MSWF表示城市固体废弃物的填埋处理率，L0表示填埋场甲烷产生潜力（万吨/年），R表示甲烷回收量（万吨/年），OX表示氧化因子。

通过上述计算方法就可以都得到2016年我国各个城市的甲烷净排放量最大与最小值，包括IPCC推荐值下的甲烷空间分布特征。

根据计算，我国经济发达且人口较为密集的东部地区，其固体废弃物产生较多，甲烷的净排放量也随之提升，所以东部地区位居第一，中部地区、西部地区位列二、三位。还以东部地区为例，像广东省、山东省中的大部分城市在甲烷排放量方面相对较高，而西部地区的西藏、青海包括南部地区的海南在甲烷净排放量方面则处于较低水平。

3.2 基于时间演变特征的固体废弃物甲烷排放特征分析

再看时间演变特征，我国从1994年—2016的年城市固体废弃物的甲烷净排放量呈现逐年上升趋势，整体上IPCC推荐值都略高于甲烷最大排放量，其中2016年甲烷净排放量更是1994年的1.8倍左右，另外从2000年2005年间其增量放缓，但在近几年，其增速又明显加快，这与我国近年来的城市的经济快速发展，固体废弃物不断增多有直接关系，如图1[3]。

4 结语

通过该文分析，基本明确了城市固体废弃物甲烷的净排放基本状况与甲烷排放计算方法，简要分析了我国各个城市地区的甲烷净排放发展趋势。近年来随着我国城市固体废弃物的不断增加，甲烷排放也成为城市环境保护重点命题，为此本文研究希望为未来城市的固体废弃物与甲烷排放治理提供数据方法参考，进一步促进城市对甲烷温室气体的有效治理过程。

参考文献

[1] 高庆先，杜吴鹏，卢士庆，等.中国城市固体废弃物甲烷排放研究[J].气候变化研究进展，2006，2（6）：269-272.

[2] 高庆先，杜吴鹏，卢士庆，等.中国城市固体废弃物甲烷排放研究[J].气候变化研究进展，2007，3（z1）：70-74.

[3] 杜吴鹏.城市固体废弃物（MSW）填埋处理温室气体—甲烷排放研究[D].南京信息工程大学，2006：56-77.