我国部分生活垃圾填埋场厌氧降解参数预测与探讨

郑　苇，刘淑玲，陈冠益

（1.天津大学环境科学与工程学院，天津　300074；2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津　300074）

·设计与探讨·

我国部分生活垃圾填埋场厌氧降解参数预测与探讨

郑苇1，2，刘淑玲2，陈冠益1

（1.天津大学环境科学与工程学院，天津300074；2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074）

依据我国住房和城乡建设部提出的生活垃圾分类方法，给出了生活垃圾填埋场厌氧降解参数预设值，包括厨余类、纸类、织物类和木竹类的甲烷产生潜力、降解速率和碳贮藏因子。并据此预测了我国不同城市生活垃圾填埋场的厌氧降解参数。依据预测结果的层次聚类分析，提出了我国不同区域部分城市生活垃圾填埋场的填埋气体收集、利用和处理设施的管理建议。

城市生活垃圾；生活垃圾填埋场；厌氧降解参数；参数预测

美国环境保护署（USEPA）和政府间气候变化专门委员会（IPCC）提出的城市生活垃圾填埋场厌氧降解参数（包括甲烷产生潜力（Lfield）、降解速率（kfield） 和碳贮藏因子（CSFfield）） 预测模型是依据城市生活垃圾的物理组成提出。但是不同组织机构提出的城市生活垃圾分类方法不同。我国住房和城乡建设部（MOHURD）将城市生活垃圾中的可生物降解组分分为厨余类（各种动植物类食品残余物，包括水果）、纸类（各种废弃的纸张及纸制品）、织物类（各种废弃的布类等纺织品）和木竹类（废弃的木竹制品及花木）4类（CJ/T 313—2009）。该分类方法与USEPA提出的9类和IPCC提出的6类分类法不同。然而我国生活垃圾组分调查数据主要依据MOHURD的分类方法进行，因此需针对此分类方法建立预测模型，然后才能依据建立的预测模型进行预测。

1　我国生活垃圾填埋现状及组成特征

1.1城市生活垃圾填埋现状

根据《我国城市建设统计年鉴》［1］，虽然从2001年到2012年，我国的城市生活垃圾卫生填埋量在无害化处理量中所占比例下降了16.5%。但到2012年为止，我国的MSW填埋量在无害化处理量中所占比例仍然高达72.6%。并且，尽管城市生活垃圾的填埋比例下降，但由于城市生活垃圾处理总量增加，导致我国城市生活垃圾填埋量从2001年到2012年不降反增，城市生活垃圾填埋量增加了3.7×107t。因此，对于城市生活垃圾填埋场的管理仍然是城市生活垃圾管理的重要环节，并可以预见，在今后相当长的时间内填埋仍会是重要的城市生活垃圾处置方式。

1.2城市生活垃圾组成特征

由于经济水平和生活习惯的不同，我国不同地区的城市生活垃圾组成具有差异性。根据经济发展水平和地理位置，可将我国大陆地区划分为东部、中部和西部3大经济带。东部地区，包括沿海的辽宁、北京、天津、河北、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东和海南11个省、直辖市；中部地区，包括黑龙江、吉林、山西、河南、湖北、湖南、安徽和江西8个省；西部地区，包括广西、宁夏、陕西、甘肃、青海、新疆、西藏、内蒙古、四川、重庆、云南和贵州12个省、直辖市、自治区。3大经济带中典型城市的MSW组成数据见表1。

表1　我国部分城市生活垃圾的组成特征

由表1可知，厨余类在城市生活垃圾中所占的比例最低为36.5%，最高为76.0%；纸类在城市生活垃圾中所占的比例最低为1.5%，最高为15.8%；织物类在城市生活垃圾中所占的比例最低为1.2%，最高为10.3%；木竹类在城市生活垃圾中所占的比例最低为0.9%，最高为14.0%。东部地区城市生活垃圾中厨余类废物含量最高，为61.4%±6.6%；木竹类废物含量最低，仅有1.8%±1.1%。中部和西部地区厨余类废物含量相近，分别为53.1%±7.1%和54.1%±14.6%。西部地区木竹类废物含量最高，为4.6%±5.6%。其组成成分的差异将会导致城市生活垃圾填埋场厌氧降解特性的差异。

2　我国生活垃圾填埋场厌氧降解参数预测模型与预设值

2.1预测模型

根据USEPA和IPCC提出的生活垃圾填埋场厌氧降解参数预测模型，我国城市生活垃圾填埋场厌氧降解参数可通过以下模型进行预测：

式中：Lfield是城市生活垃圾填埋场的CH4产生潜力，mL/g；Ldefault，j是城市生活垃圾中可生物降解组分j的CH4产生潜力预设值，mL/g；TSj是城市生活垃圾中可生物降解组分j的干基质量占城市生活垃圾总质量的比例；VSj是城市生活垃圾中可生物降解组分j的挥发性固体质量占组分j干基质量的比例；kfield是城市生活垃圾填埋场的厌氧降解速率常数，a-1；kdefault，j是城市生活垃圾中可生物降解组分j的厌氧降解速率常数预设值，a-1；（wt.fraction）j是城市生活垃圾中可生物降解组分j的湿基质量占城市生活垃圾总重的比例；CSFfield是城市生活垃圾填埋场的碳贮藏因子，g/g；CSFdefault，j是城市生活垃圾中可生物降解组分j的碳贮藏因子预设值，g/g。

2.2厌氧降解参数预设值

参考USEPA和IPCC提出的生活垃圾填埋场厌氧降解参数，结合MOHURD提出的分类方法以及我国生活垃圾性质特征，建议我国生活垃圾填埋场厌氧降解参数预设值见表2。

表2　可生物降解组分在填埋场中的厌氧降解参数预设值

3　我国生活垃圾填埋场厌氧降解参数预测与探讨

3.1厌氧降解参数预测

根据表1～2、公式（1）～（3），可计算出我国不同区域部分城市的生活垃圾填埋场的厌氧降解参数，见表3。

表3 我国不同区域部分城市的生活垃圾填埋场厌氧降解参数

3.2厌氧降解参数探讨

我国不同区域部分城市生活垃圾填埋场的Lfield、kfield和CSFfield气泡式分布分别如图1～3所示。

图1　我国部分城市生活垃圾填埋场的Lfield气泡式分布

图2　我国部分城市生活垃圾填埋场的kfield气泡式分布

图3　我国部分城市生活垃圾填埋场的CSFfield气泡式分布

从图1～3可以大体看出，基于城市生活垃圾填埋场的厌氧降解参数，可将我国城市大体分为东、中、西部地区。为了更加直观地看出不同区域部分城市生活垃圾填埋场厌氧降解参数的相近与差异之处，通过层次聚类，分析了我国不同区域部分城市生活垃圾填埋场的厌氧降解参数，如图4所示。

图4　我国不同区域部分城市生活垃圾填埋场的厌氧降解参数层次聚类分析

根据图4，我国城市生活垃圾填埋场的厌氧降解参数可以划分为3类。

第1类，主要为东部地区城市，包括天津、苏州、上海、北京、青岛、杭州和沈阳，其Lfield为（63±4）/mL/g，kfield为（206±10）×10-3a-1，CSFfield为（42±6）×10-3g/g。因为大多数东部城市的经济发展水平都较高，且都为沿海或近海城市，生活习惯相近，因此，其城市生活垃圾组成类似，表现为相近的城市生活垃圾填埋场厌氧降解参数。此类中还包括2个西部地区城市乌鲁木齐和成都。

第2类，主要为中部地区城市，包括合肥、武汉、九江和哈尔滨，其Lfield为（49±3） mL/g，kfield为（166±10）×10-3a-1，CSFfield为（34±7）×10-3g/g。因为大多数中部城市经济发展水平类似，且地理位置较为集中，生活习惯相近，因此，其城市生活垃圾组成类似，表现为相近的城市生活垃圾填埋场厌氧降解参数。此类中还包括1个西部地区城市兰州。

第3类，主要为西部地区城市，包括拉萨和重庆，其Lfield为（63±1）mL/g，kfield为（187±3）×10-3a-1，CSFfield为（69±10）×10-3g/g。东部地区城市深圳也被划分为此类。我国西部地区面积最为广阔，少数民族众多，生活习惯差异巨大，因此，城市生活垃圾填埋场的厌氧降解参数有较大差异。

总体而言，由于东部地区的厨余类和纸类废物含量最高为（72.2±5.4）%，且厨余类和纸类废物厌氧降解速率最大，分别为 283×10-3a-1和 251× 10-3a-1，从而使得东部地区的 kfield最大为（202± 15）×10-3a-1。因此，东部地区城市生活垃圾填埋场的CH4释放时间比中部和西部地区的短，释放的更为集中，短时间内便有大量CH4产生。这使得东部地区城市生活垃圾填埋场CH4收集、利用和处理设施的使用时间缩短，单位时间处理量增加，从而增加了MSW填埋场管理的压力。中部和西部地区的kfield较小，分别为（166±10）×10-3a-1和（180±34）× 10-3a-1。西部地区的CSFfield最大为（50±19）×10-3g/g，这是因为西部地区木竹类废物含量最高（4.6± 5.6）%。因此，西部地区城市生活垃圾填埋场中的可生物降解物料经厌氧降解后，更多的碳会长期贮藏在城市生活垃圾填埋场中，而不是降解为CO2和CH4释放到大气环境中。

4　结论

1） 基于中华人民共和国住房和城乡建设部提出的城市生活垃圾分类方法，给出了厨余类、纸类、纺织类和木竹类废物其各自的Lfield预设值分别为 329、258、36、140 mL/g；kfield预设值分别为283×10-3、251×10-3、8×10-3、58×10-3a-1；CSFfield预设值分别为119×10-3、115×10-3、556×10-3、307×10-3g/g。

2）基于我国不同区域部分城市生活垃圾填埋场厌氧降解参数的聚类分析结果，发现东部沿海地区、中部地区和西部地区各自的Lfield分别为（63±4）、（49±3）、（57±9）mL/g；kfield分别为（202±15）×10-3、（166±10）×10-3、（180±34）×10-3a-1；CSFfield分别为（46±13）×10-3、（34±7）×10-3、（50±19）×10-3g/g。

3）东部地区城市生活垃圾填埋场的产气速率最快，气体收集、利用和处理设施初始投资大，使用时间却较短；西部地区城市生活垃圾填埋场中可降解有机碳会更多地长期贮藏于城市生活垃圾填埋场中。

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Anaerobic Degradation Parameters Prediction and Discussion for Municipal Solid Waste Landfill in China

Zheng Wei1，2，Liu Shuling2，Chen Guanyi1
（1.Institute of Environmental Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin300074；2.North China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.，Tianjin300074）

On the basisof municipal solid waste（MSW）classification method put forward by Ministry of Housing and Urban-Rural Development，the default value of MSW landfill anaerobic degradation prediction parameters was proposed，including methane production potential，degradation rate and carbon sequestration for kitchen waste，paper，fabric and wood. And MSW landfill anaerobic degradation parameters of different Chinese cities were predicted.According to the hierarchical cluster analysisof prediction result，the management advice for MSW landfill gas collection，usage，and disposal facilities of different Chinese regions’some citieswere proposed.

MSW；MSW landfill；anaerobic degradation parameters；parameter prediction

X799.3

A

1005-8206（2016）04-0046-04

2016-03-28

郑苇（1986—），主要从事固体废物处理与处置。