基于生命周期理論的綏德縣生活垃圾衛(wèi)生填埋評價

劉 燕，馬 揚，張紅俠

（商洛學院城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學院，陜西 商洛 726000）

·檢測與評價·

基于生命周期理論的綏德縣生活垃圾衛(wèi)生填埋評價

劉 燕，馬 揚，張紅俠

（商洛學院城鄉(xiāng)規(guī)劃與建筑工程學院，陜西 商洛 726000）

運用生命周期理論對目前綏德縣生活垃圾產(chǎn)生量、組分以及衛(wèi)生填埋處理現(xiàn)狀進行較為系統(tǒng)的評價，并對綏德縣生活垃圾運輸過程中的能耗和進入填埋場后產(chǎn)生的填埋氣體進行清單分析，通過計算填埋氣體中各種氣體的排放量得出其對環(huán)境的影響潛力，結(jié)果表明：綏德縣生活垃圾衛(wèi)生填埋場處理垃圾產(chǎn)生的主要污染氣體為CH4和CO2，生活垃圾衛(wèi)生填埋處理方式對溫室效應產(chǎn)生的環(huán)境影響潛力為5.7×10-2kg/（人·a），酸化的環(huán)境影響潛力為2.1×10-3kg/（人·a），富營養(yǎng)化的環(huán)境影響潛力為1.7×10-3kg/（人·a）。

綏德縣；生活垃圾；衛(wèi)生填埋；生命周期評價（LCA）

生命周期理論 （Life cycle assessment， LCA）是一種評價某產(chǎn)品從自然中來到自然中去的全過程，既包括制造產(chǎn)品所需要的原材料的采集、加工等生產(chǎn)過程，也包括產(chǎn)品儲存、運輸流通和最終處理整個生命周期階段有關的環(huán)境負荷過程，從而在一定程度上有助于循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展［1］。1990年，SETAC主持召開了有關生命周期評價的國際研討會，首次提出了生命周期評價的概念［2］。LCA的思想最早萌生于20世紀60年代末至70年代初美國開展的一系列針對包裝品所進行的資源、環(huán)境分析［3］。真正的生命周期理論評價研究開始的標志是1969年美國中西部資源研究所（MRI）針對可口可樂公司的飲料包裝進行的評價研究［4-5］。我國的生命周期研究的開始是徐成等把生命周期理論評價應用到了城市生活垃圾的處理和管理中；胡志鋒等將生命周期評價應用到廣州市，研究得出廣州市衛(wèi)生填埋、焚燒處理和綜合處理方式的環(huán)境影響潛值，并對其進行比較，發(fā)現(xiàn)綜合處理方式明顯優(yōu)于另外2種方式［6］。

目前國內(nèi)對于生活垃圾進行生命周期理論評價的研究對象主要為經(jīng)濟較為發(fā)達的大城市［7-11］，而對于西部中小城市的研究很少，而現(xiàn)在小城市的生活垃圾對環(huán)境造成的污染也不容小覷，本研究對榆林市綏德縣生活垃圾的處理方式進行生命周期理論評價，計算其對環(huán)境的影響潛力，為綏德縣生活垃圾多循環(huán)處理和資源化途徑研究提供理論依據(jù)。

1 綏德縣生活垃圾現(xiàn)狀

綏德縣位于陜西省的北部，榆林市的東南部，屬黃河水系，總面積1878km2，人口40萬人，現(xiàn)轄15鎮(zhèn)1中心，629個行政村，城區(qū)總面積92.78km2，人口密度為194人/km2。目前綏德縣城區(qū)人口達21萬人，生活垃圾日產(chǎn)生量220多t，人均日產(chǎn)垃圾1.2 kg，垃圾的產(chǎn)生量隨季節(jié)波動較大。每年垃圾產(chǎn)生量高峰期為12、1、2月以及夏季8月，產(chǎn)生量較低月份為6月和10月。根據(jù)綏德縣環(huán)境衛(wèi)生管理所數(shù)據(jù)，2009—2015年綏德縣垃圾產(chǎn)生量見圖1，綏德縣城區(qū)生活垃圾成分見表1。

圖1 2009—2015年綏德縣生活垃圾年均產(chǎn)生量

表1 綏德縣城區(qū)生活垃圾成分%

從表1可見，生活垃圾中廚余垃圾和磚瓦灰渣占了相當大的比例，隨著居民生活水平提高，產(chǎn)品的外包裝類垃圾包括紙類、塑料等有回收價值的成分增長明顯。

目前，綏德縣有建筑垃圾處理場和生活垃圾處理場各1座，生活垃圾處理場位于名州鎮(zhèn)申家灣村，距離縣城28 km，占地約為12.73 hm2，工程總投資4 072萬元，于2008年底完工，2009年開始試運行。原城區(qū)北部小型垃圾處理場已停用，該場日處理生活垃圾196 t，服務年限為15 a，城區(qū)生活垃圾處理率達90%以上，全部采用衛(wèi)生填埋法，定期分層用黃土覆蓋掩埋碾壓，最后進行終場覆蓋，對填埋表層實行植物綠化，垃圾填埋后的滲瀝液采用回噴蒸發(fā)的運行方案，導氣管逐層外接，最后對填埋氣體進行收集與排放。2012年滲瀝液處理工程建成滲瀝液調(diào)節(jié)池正式投入使用，可以解決滲瀝液對填埋場周圍環(huán)境的污染問題。

2 研究方法

2.1 確定理論框架

生命周期評價的技術框架，根據(jù)ISO 14040，將其劃分為目標與范圍的確定、清單分析、影響評價、結(jié)果解釋4個部分［12］。本研究在此基礎上對這4個部分進行了簡單的補充和擴展，如圖2所示。

圖2 LCA的技術框架

2.2 確定評價目標和范圍

LCA在城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術的研究中，主要考慮所采取的不同方案對環(huán)境影響產(chǎn)生的差異，因此，LCA研究的開始是垃圾的產(chǎn)生，研究的功能單位為綏德縣人均年生活垃圾產(chǎn)生量，研究的范圍從垃圾的產(chǎn)生、收集、運輸?shù)阶詈筇幚淼恼麄€過程，評價系統(tǒng)的輸入為生活垃圾消耗的能源與資金，輸出為回收的物質(zhì)、能量、排放出的污染物。綏德縣生活垃圾衛(wèi)生填埋技術的生命周期系統(tǒng)邊界如圖3所示。

圖3 城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術的生命周期系統(tǒng)邊界

3 衛(wèi)生填埋方式LCA的清單分析

3.1 運輸過程中的能耗估算

2015年綏德縣生活垃圾的日產(chǎn)生量約為220 t，生活垃圾全部由垃圾中轉(zhuǎn)站壓縮后由中型垃圾運輸車運往申家灣垃圾衛(wèi)生填埋場進行處理，2015年運輸垃圾車的車次為16 060次，所以每天收集生活垃圾的車次約為44次。綏德縣垃圾衛(wèi)生填埋場距離綏德縣城28 km，平均運輸?shù)耐稻嚯x為56 km，所以垃圾收集運輸車每天往返的總里程為2 464 km，單車油耗按0.15 L/km計，則每天運輸過程中消耗的油量為369.6 L，所以運輸1 t生活垃圾的油耗為1.68 L/d。

3.2 垃圾填埋場氣體排放量估算

垃圾填埋后會產(chǎn)生大量的填埋氣體，主要有CH4、CO2、O2、H2、CO、NH3和 H2S，其中最主要的是CH4和CO2，在計算時一般取其平均值［13］，見表2。

表2 垃圾填埋氣體一般組成 %

填埋氣體的產(chǎn)生量是一個累加量，與時間、垃圾中有機碳含量、分解溫度等有關。1 kg的有機碳完全氣化可以產(chǎn)生氣體1.868 m3，在正常溫度條件下，只有少部分基質(zhì)碳氣化，可氣化碳量與溫度有如下關系［14］：

式中：CE為可氣化碳量（m3/t）；CO為總有機碳（kg/t）；T為當?shù)販囟龋ā妫∑骄鶞囟?5℃。

在標準狀況下填埋氣體的年產(chǎn)生量GE（m3/t）可按公式（1） 計算得：GE=1.868CE=1.868CO（0.014T+0.28）；據(jù)調(diào)查，綏德縣生活垃圾中的總有機碳CO=（121.5-28.4） kg/t=93.1 kg/t，則產(chǎn)氣量 GE為85.22 m3/t。

各氣體所占產(chǎn)氣量的比例取表2中的平均值，密度值取標準大氣狀態(tài)下的密度值，得到綏德縣生活垃圾填埋氣體各組分的質(zhì)量（見表3），其他微量氣體不加以考慮。

表3 綏德縣生活垃圾填埋氣各組分質(zhì)量 kg/（人·a）

3.3 垃圾填埋處理中的滲瀝液

垃圾填埋的滲瀝液是由垃圾在進行復雜的生物化學反應后產(chǎn)生，與進入填埋場中的垃圾組分有關，其中影響滲瀝液的主要因素是廚余垃圾的含量。綏德縣垃圾填埋場的垃圾滲瀝液的產(chǎn)生量約占垃圾量的12%，為了避免污染，必須要建設完善的垃圾滲瀝液處理設施，以達到滲瀝液的排放標準。

4 生命周期的影響評價

4.1 數(shù)據(jù)特征化

數(shù)據(jù)特征化的目的是將每一個影響類型中的不同影響因素轉(zhuǎn)化為一個統(tǒng)一的、特征化的單元，本研究選擇的特征化方法為當量因子法，把中間的某一種具有代表性的環(huán)境影響類型因子作為一個基準，計作固定數(shù)值“1”，將相同量的其他不同類型的污染物與其做比較。比如，全球變暖的環(huán)境影響潛質(zhì)用全球變暖的特征化因子表示，將全球變暖中CO、CH4的影響評價都折合成CO2的當量單位，然后將各種氣體的計算結(jié)果合并，就會得到特征化結(jié)果，其他環(huán)境影響類型也采用同樣的方法［15］，幾種環(huán)境影響類型中主要環(huán)境脅迫因子的當量關系見表4。

表4 環(huán)境影響類型中主要環(huán)境脅迫因子的當量關系

4.2 賦權后的環(huán)境影響潛力計算

結(jié)合綏德縣生活垃圾填埋場的具體實際情況，對全球變暖、酸化和富營養(yǎng)化這3種環(huán)境影響類型的環(huán)境影響潛力進行計算，參照公式（2） 計算出環(huán)境影響潛力后再對其進行標準化和賦權，得到賦權后的環(huán)境影響潛力。

式中：EP（j）為對第j種環(huán)境影響類型的環(huán)境影響潛力，kg/（人·a）；Q（j）i為第j種環(huán)境影響類型中第 i種環(huán)境干擾因子的排放量，kg/（人·a）；EF（j）i為第i種環(huán)境干擾因子對第j種環(huán)境類型的特征化因子［16］。

為了更加方便比較各種環(huán)境影響潛值的大小，需要對計算數(shù)據(jù)做標準化處理，用國家或地區(qū)的相應標準表示環(huán)境影響，采用中國科學院生態(tài)環(huán)境研究院建立的符合中國實際的標準化基值和權重作為生活垃圾生命周期理論評價的定量依據(jù)［17］，全球變暖的環(huán)境影響標準值當量為8 700，權重為0.82；酸化的環(huán)境影響標準值當量為41，權重為0.73；富營養(yǎng)化的標準值當量為69，權重為0.74；生態(tài)毒性的標準值當量為358，權重為1.99，光化學臭氧合成的標準值當量為0.48，權重為0.53，加權后的影響潛值如式（3）所示：

式中：WP（j）為加權后的環(huán)境影響潛值；WF（j）為每種環(huán)境類型的權重；NEP（j）為標準化值，通過計算得到的結(jié)果見表5。

表5 綏德縣生活垃圾衛(wèi)生填埋的生命周期影響評價

5 結(jié)果討論

1） 從2014年起綏德縣生活垃圾日產(chǎn)生量已經(jīng)達到200 t以上，并且呈不斷增長趨勢，為了緩解目前垃圾衛(wèi)生填埋場的壓力，解決單一的生活垃圾處理方法對社會造成的影響，生活垃圾處理方法的改進刻不容緩。

2）計算結(jié)果顯示，生活垃圾衛(wèi)生填埋處理方式對溫室效應產(chǎn)生的環(huán)境影響潛力為5.7×10-2kg/（人·a），酸化的環(huán)境影響潛力為2.1×10-3kg/（人·a），富營養(yǎng)化的環(huán)境影響潛力為1.7×10-3kg/（人·a），已經(jīng)超出了我國環(huán)境影響潛值的標準人當量基準值，因此，必須積極尋找合理有效的方法對城市生活垃圾從產(chǎn)生、運輸?shù)阶罱K的處理加以管理和有效利用。

3）經(jīng)過計算和分析，綏德縣生活垃圾衛(wèi)生填埋處理中，排放出的主要填埋氣體為CO2和CH4，每噸填埋垃圾所排放出的CO2為83.94 kg，CH4為32.8 kg。甲烷（CH4）氣體是一種優(yōu)質(zhì)氣體燃料，也是制造合成氣和許多化工產(chǎn)品的重要原料，所以，可以當作能源加以回收和利用。

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Based on Life Cycle Theory in Suide County Assessment of Domestic Garbage Sanitary Landfill

Liu Yan，Ma Yang，Zhang Hongxia
（College of Urban，Rural Planning and Architectural Engineering，Shangluo University，Shangluo Shaanxi 726000）

Life cycle theory was used to systematically evaluate the current Suide county’s domestic garbage output，composition and sanitary landfill treatment status.We made inventory analysison energy consumption during transporting and gas generated after entering landfillsin the processof landfill.The potential impact on the environment wasobtained through calculating the emission of variouslandfill gases.The resultsshowed that the main pollution gaseswere CH4and CO2which produced from domestic garbage sanitary landfill in Suide county.The environmental impact potential produced from garbage landfill disposal to greenhouse effect was 5.7×10-2kg/（person·a），acidification was 2.1×10-3kg/（person·a）and the eutrophication was 1.7×10-3kg/（person·a）.

Suide county；domestic garbage；sanitary landfill；life cycle assessment

X32；X799.3

B

1005-8206（2017） 05-0036-04

2016-11-09

劉燕（1981—），副教授，主要研究方向為地理環(huán)境與人體健康。