填埋场CH 4排放量的预测
赵玉杰1，王 伟2
(11青海大学化工学院，青海西宁 810016;21清华大学环境科学与工程系，北京 100084)
摘 要：填埋场产气模型大致可以分为统计模型、动力学模型及经验模型三种类型，通过对各种产气模型的比较，本文运用M articorena 模型对CH 4的产气量进行预测，预测结果表明，到2010年我国城市垃圾填埋场的CH 4产生量将达到6518亿m 3，为填埋场气体控制和利用提供可靠的依据.
关键词：填埋气体;CH 4；产气模型
中图分类号:X 705 文献标识码:A 文章编号:1001-7542(2004)04-0063-03
填埋气体(L FG )含有40%-70%的CH 4与30%-50%的CO 2，它们都是重要的温室气体.全世界每年CH 4排放量约5亿t ，其中有2,200-3,600万t 来自垃圾填埋场
[1]，填埋场中CH 4的排放在温室气体排放总量中占有较大比例[2-5].填埋场L FG 热值约为4500-5500kcal ΠNm 3，是一种利用价值较高的清
洁燃料[6].对L FG 进行控制和利用已成为城市垃圾填埋处置技术的组成部分和发展趋势，因此，建立适合我国国情的L FG 产气模型将成为L FG 控制、利用研究的重要方面.
1 填埋气体的产气模型
目前，国内外研究者开发的填埋场的产气模型有很多，大致可以分为统计学模型、动力学模型及经验模型三种类型，见图1.01年属蛇的是什么命
班级优化产气模型统计学模型(1)PG&E 模型[7](2)Fresh K ills 填埋场统计学模型[8]动力学模型(1)Palos Verdes 动力学模型[9](2)Sheldon Arleta 动力学模型(3)Scholl Canyon 动力学模型
经验模型(1)IPCC 模型[10]
(2)COD 估算模型[11]
(3)Marticorena 模型[12]图1 填埋气体的产期模型
各产气模型都有自己的优缺点和适用范围.统计学模型则一般需要大量的监测数据，在
填埋场运行操作的过程中此类数据很少，所以不能采用统计学模型.而动力学模型是按照CH 4产生机
理进行预测，从原理上符合产气规律，但是其主要参数均是由垃圾成分的理论值得出往往偏大，不能代表实际产气情况.根据我
国城市垃圾的实际情况，经过多年大量筛选、对
比，选用Marticorena 等人提出的产CH 4经验模型，此模型具有参数比较少，参数确定方便，适用性好等特点，其最大产CH 4潜能参数可由加速产气实验得出，比较符合实际情况.Marticorena 模型是建立在描述填埋场产CH 4的一阶动态方程式基础上的.其前提是认为填埋场中垃圾是按年份、分单元填埋的，基本方程如下:
M P =M P 0exp -
t
d ,D (t )=-dM P dt ]D (t )=M P 0d
exp -t d F (t )=
∑t i =1T i ・D (t -i )=∑T i M P 0d exp -t -i d
式中:M P 为t 时间垃圾产CH 4量(Nm 3・t -1);M P 0为新鲜垃圾产CH 4潜能(Nm 3・t -1);t 为时间(a );d 为垃圾持续产CH 4时间(a );D (t )为垃圾产CH 4速率(Nm 3・t -1・a -1);F (t )为填埋场CH 4产率收稿日期:2004-04-16
作者简介：赵玉杰(1972-)，女(汉族)，山东泰安人，青海大学讲师.
2004年第4期 青海师范大学学报(自然科学版)Journal of Qinghai Normal University (Natural Science ) 2004No.4
(Nm3・a-1);T
i为第i年填埋垃圾量
(t).
2 模型参数的确定
在Marticorena模型中有三个参数：新鲜垃圾产CH
4潜能M P0、垃圾持续产CH4时间d、填埋速率T i，其中T i取决于填埋场的规模和处理能力,d和M P0则与垃圾的性质有关.
211 M P0的确定 M P0为新鲜垃圾的产CH4潜能(Nm3・t-1)，各国研究者关于M P0进行过大量研究,
确定该值的方法有现场实验法、实验室实验法、理论计算法等，所得M P
0的数值从20到200(Nm
3・t-1),
秋裤是什么
根据垃圾性质和实验方法的不同变化范围较大.根据对现场垃圾填埋场进行的产CH
4的潜能实验，测
定的M P
为85(Nm3・t-1)，将测定值与各种理论计算值比较，发现与COD法的计算结果比较接近.同时，根据对各城市的垃圾成分调查结果发现，北京、上海、深圳等大城市的干基有机物比例约有25%-35%，中小城市的干基有机物比例约有15%-25%.又通过垃圾概化分子式的方法计算，我国城市垃圾
中干基有机物的COD转化系数约为112(kg-CODΠkg-DVS).每千克COD分解产生0135m3的CH
4
，按照垃圾中的有机物在填埋场中厌氧分解的转化率为85%，大城市垃圾中的干基有机物比例平均为30%，中小城市垃圾中的干基有机物比例平均为20%，确定出大城市垃圾填埋场的M P0为85(Nm3・t-1)，中小城市垃圾填埋场的M P0为65(Nm3・t-1).
212 d的确定 d的数值有很多争议,Bogner等人提出为20年[10]，而Findikakis等人则提出是12年[11].实际上，因为特定的填埋场各种条件相差很大，只能通过在填埋场不同深度取样进行产气潜能分析得
出.为了考察我国城市垃圾在填埋场中的垃圾持续产CH
4
时间，通过对垃圾填埋场进行了现场调查，填
埋垃圾大约在4-5年后其产CH
4过程即趋于结束.因此，我们选取大城市d=5年，中小城市d=4年，这基本符合我国城市垃圾中可堆腐有机物以厨余废物为主，分解周期较短的特点.
213 T i的确定 T i是填埋场第i层中废弃物的吨数，可以按照填埋场每年填入废弃物量进行确定.
3 产量的预测
对于人口约20万人的城市建设一个日处理200t的垃圾卫生填埋场，按使用年限25年，气体收集率60%计，产气高峰期每年可以回收300多万m3的CH4，并且可以持续利用15年以上.建设一个服务人口50万人的500tΠd的垃圾卫生填埋场，同样条件下产期高峰期的CH4回收量可以达到700多万m3Πa,500万m3Πa以上的利用周期可以长达约20年.假设我国城市垃圾的填埋率将由目前的40%提高到2010年
的60%，结合对我国城市垃圾的产生量的预测，得出今后十年我国城市垃圾填埋场CH
4产生量预测结
果.根据预测结果见图2，我国填埋场CH
4产生量在今后10年将以较快速度增加，年均增长率619%，年
增长量214亿m3，到2010年将回收CH465186亿m3，届时，其年增长率趋缓，并维持在3%-7%的水平
.
图2 我国填埋场甲烷产量的预测
根据预测结果，到2010年，如果将填埋气体全部收集用于燃烧供热，可以节省800万t标准煤，按煤含碳80%，含硫3%计算，扣除燃烧甲烷排放的二氧化碳，可以减排二氧化碳1066万t，二氧化硫48万t.我国2010年填埋CH
4产生量按等热值折合天然气量为7414亿m3，占我国1999年
天然气供应量的93%.另外，如果回收CH
4
65186亿m3，折合煤气140亿m3.设每户居民每月用煤人死了会投胎吗
气30m3，这些CH4可供北京398万户家庭使用近10年.用回收的CH4作燃料发电，同时按发电效率30%计，则每年可发电197亿度，按工业用电计算，每年可节约人民币143亿元，这是相当可观的数字.
46 青海师范大学学报(自然科学版) 2004年
另外，在减缓温室效应方面，削减填埋场CH 4排放量有以下好处:
(1)削减CH 4的排放可直接减少其对温室效应的贡献.由于CH 4的温室效应远大于CO 2，每削减单位体积的CH 4相当于削减21倍体积的CO 2[13]，事半而功倍.此外,CH 4减排具有见效快的特点，因为CH 4的寿命平均为10年左右，而CO 2平均为200年.正是由于CH 4的强温室效应和较短的大气寿命，使得CH 4的减排对减缓气候变化具有明显的作用.
(2)削减CH 4排放可以间接降低CO 2排放量.由填埋场释放的CH 4如被有效收集并用做燃料，不仅能降低温室气体中的CH 4含量，而且能减少人们对化石燃料的消耗.
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(3)削减填埋场CH 4排放量可间接降低其他一些CH 4排放源的排放量.若将CH 4用作能源，每年可以减少相应量的煤和天然气的开采，从而可以减少由于这类采矿活动而释放到大气中的CH 4.
可见，通过对填埋场CH 4排放的削减，对温室效应的缓解可起到多重效果.
4 结语
由以上预测结果可以很明显地看出，填埋场CH 4所能创造的价值是相当可观的，而我国目前绝大多数垃圾填埋场产生的CH 4都自由排空，这不仅污染了大气环境，而且还使很有价值的清洁能源白白丧失，因此，收集和利用填埋场中CH 4对于我们能源相对紧缺的今天意义是十分重大的.
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当机是什么意思
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Study on methane generation from land fill site in China
ZH AO Yu 2jie 1,WANG Wei 2
西楼的意思(1.Chemical Engineering C ollege of Qinghai University ,X ining 810016,China ;
2.Department of Environmental Science and Engineering ,Tsinghua University ,Beijing 100084,China )
Abstract :Land fill gas generation m odels include kinetic ,statistical and experiential m odels.Using Maticorena M odel ,the generation of land fill methand in China was carried out.According to the res
ult ,in 2010,the am ount of methane generation from land fills in China will reach to 6158billion cubic meters.It provides the credible reference for the control and utilization of land fill gas.
K ey w ords :land fill gas ;methane ;generation m odel
56第4期 赵玉杰，王伟：填埋场CH 4排放量的预测
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