黃和平,胡 晴,王智鵬,喬學(xué)忠,舒 璜,陳 慧,楊宗之

南昌市生活垃圾衛(wèi)生填埋生命周期評(píng)價(jià)

黃和平1*,胡 晴2,王智鵬1,喬學(xué)忠1,舒 璜2,陳 慧1,楊宗之2

(1.江西財(cái)經(jīng)大學(xué)生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究院,江西 南昌 330013；2.江西財(cái)經(jīng)大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院,江西 南昌 330032)

衛(wèi)生填埋法是當(dāng)前我國(guó)處理城市生活垃圾的主要方式,依據(jù)生命周期評(píng)價(jià)理論及分析框架,借助eFootprint軟件對(duì)南昌市衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾進(jìn)行生命周期分析以期找出各處理過程的突出環(huán)境影響及原因并提出針對(duì)性改善建議.結(jié)果表明:衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的主要環(huán)境影響類型為全球變暖(GWP)、初級(jí)能源消耗(PED)、水資源消耗(WU)、酸化(AP)、光化學(xué)臭氧合成(POFP)、生態(tài)毒性(ET)、淡水富營(yíng)養(yǎng)化(FEP);電力盈余作為副產(chǎn)品參與分配使得各環(huán)境影響類型指標(biāo)潛值減小,其中最突出的是PED,其次是WU;收集運(yùn)輸過程最突出的環(huán)境影響類型為POFP,其次依次為ET、PED、FEP,該過程應(yīng)減少柴油運(yùn)輸車使用,適量引用節(jié)能環(huán)?；蚯鍧嵞茉雌?衛(wèi)生填埋過程在垃圾處理各過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染最大,該過程最突出的環(huán)境問題是AP,其次是GWP,再者是PED、FEP、ET,該過程應(yīng)改善工藝以提升填埋氣收集效率,采用清潔能源減少柴油使用;填埋氣發(fā)電過程因填埋氣發(fā)電產(chǎn)生盈余電力,實(shí)現(xiàn)能量回收后對(duì)環(huán)境的正效益,該過程應(yīng)提升填埋氣收集以及燃燒發(fā)電效率;滲濾液處理過程的環(huán)境影響較小,主要表現(xiàn)為WU和FED,需在注重節(jié)能的同時(shí)優(yōu)化升級(jí)處理工藝,改善當(dāng)前處置工藝存在的弊端并排除隱患.

城市生活垃圾；衛(wèi)生填埋；生命周期評(píng)價(jià)；環(huán)境影響；南昌市

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化水平的不斷提升以及城鎮(zhèn)人口的激增,城市生活垃圾產(chǎn)量日益增多,截止到2016年底,全國(guó)城市生活垃圾清運(yùn)量高達(dá)2.04億t,其產(chǎn)生量在近20年里翻了一倍[1-2].但當(dāng)前我國(guó)城市生活垃圾處理方式還是以衛(wèi)生填埋為主[3],較為單一的垃圾處理方式難以應(yīng)對(duì)生活垃圾數(shù)量大幅提升、垃圾成分越發(fā)復(fù)雜的困境,引發(fā)一系列的生態(tài)環(huán)境問題,導(dǎo)致大量城市陷入垃圾圍城困境,城市生活垃圾問題成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素.

生命周期評(píng)價(jià)(life cycle assessment,LCA)作為一種全面的環(huán)境管理工具[4],也是評(píng)價(jià)城市生活垃圾處理系統(tǒng)環(huán)境影響的有效方法.國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用生命周期評(píng)價(jià)法量化城市生活垃圾處理環(huán)境影響的研究取得了一定成果.具體來看,國(guó)外的研究起步早,研究的內(nèi)容廣泛,有針對(duì)單一生活垃圾處理方式環(huán)境影響的評(píng)估[5-6];有面向城市生活垃圾處理系統(tǒng)的對(duì)比分析,具體又可從研究區(qū)域[7-9]、生活垃圾處理方式[10-14]、生活垃圾處理環(huán)節(jié)等[15-18]方面展開對(duì)比研究;目前,生活垃圾處理技術(shù)的改進(jìn)研究[19-22]、廢棄物資源化利用[23-25]以及食物垃圾的處理問題[26-28]逐漸成為研究熱點(diǎn).相比于國(guó)外,國(guó)內(nèi)研究起步較晚,相關(guān)研究主要集中在對(duì)比不同城市生活垃圾處理方式的環(huán)境影響[29-32],當(dāng)前,生活垃圾處置成本核算以及綜合考慮環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)成本的研究日益增多,成為研究趨勢(shì)[33-35].

目前國(guó)內(nèi)已有的關(guān)于生活垃圾處理的生命周期評(píng)價(jià)研究主要集中在直接對(duì)比不同生活垃圾處理方式產(chǎn)生的環(huán)境影響或者是通過模擬不同生活垃圾處置情景找出最優(yōu)處置方案,研究結(jié)果也多是對(duì)數(shù)據(jù)的客觀描述,缺乏挖掘數(shù)據(jù)背后的深層含義,因而對(duì)處理工藝改進(jìn)的價(jià)值不高,同時(shí),缺乏對(duì)具體處置方式的分環(huán)節(jié)細(xì)化研究.此外,研究中建立的模型忽略了一些本應(yīng)考慮的環(huán)節(jié),比如未將衛(wèi)生填埋過程中填埋氣發(fā)電對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的正效益進(jìn)行考慮,從而影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性.鑒于此,本文以南昌市最主要的生活垃圾處理方式——衛(wèi)生填埋法為研究對(duì)象,建立了生活垃圾從收集運(yùn)輸、衛(wèi)生填埋到填埋氣發(fā)電和滲濾液處理的全過程生命周期模型,通過收集數(shù)據(jù)得到完整的生命周期清單,采用eFootprint軟件,以衛(wèi)生填埋法處理1t城市生活垃圾為功能單位,計(jì)算出總體和分過程的各類環(huán)境影響指標(biāo)潛值,并結(jié)合敏感度分析,識(shí)別各處理過程中突出的環(huán)境污染問題及關(guān)鍵污染因素,同時(shí),還將填埋氣發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境正效益納入對(duì)比分析,更加全面地評(píng)價(jià)生活垃圾處理的環(huán)境影響,并根據(jù)分析結(jié)果針對(duì)處理工藝流程提出可行的改進(jìn)措施和建議,促進(jìn)城市生活垃圾可持續(xù)管理.

1 南昌市生活垃圾處理現(xiàn)狀

伴隨南昌市城區(qū)面積擴(kuò)張,越來越多人口注入城市,加之經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展,人民生活水平不斷提高,生活垃圾產(chǎn)生量持續(xù)增加.南昌市目前生活垃圾日均產(chǎn)生量為4000多t,其中,有機(jī)垃圾約占30%,可回收垃圾約占25%,無(wú)機(jī)垃圾約占10%,剩余約35%則為其他垃圾.南昌市生活垃圾主要通過麥園垃圾填埋處理廠和泉嶺垃圾焚燒發(fā)電廠處理,其中70%的生活垃圾靠衛(wèi)生填埋,因此南昌市形成了填埋為主,焚燒為輔的生活垃圾處理模式.伴隨鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的國(guó)家戰(zhàn)略部署以及南昌市藍(lán)天行動(dòng)計(jì)劃的推行,加之垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展,南昌市決定將垃圾填埋處理廠升級(jí)為垃圾焚燒發(fā)電廠,以期改變當(dāng)前生活垃圾處理模式,緩解城市生活垃圾處理壓力,但目前南昌市生活垃圾主要依靠衛(wèi)生填埋處理的局面一時(shí)難以改變.

麥園垃圾填埋處理廠是南昌市唯一的填埋場(chǎng),位于南昌市經(jīng)開區(qū),距市區(qū)約15km,占地面積106.73hm2(其中填埋庫(kù)區(qū)占地65.49hm2),設(shè)計(jì)使用年限31.5a,現(xiàn)已運(yùn)行20多a,日平均垃圾清運(yùn)量達(dá)2700余t,最高峰時(shí)每天高達(dá)3000多t.填埋場(chǎng)附近配套建設(shè)沼氣發(fā)電廠和滲濾液處理廠,沼氣發(fā)電廠日發(fā)電量96000kW·h,輸入南昌市電網(wǎng)供全市居民使用,滲濾液處理廠日均處理滲濾液1000m3,處理后達(dá)標(biāo)水體外排入贛江.

2 南昌市衛(wèi)生填埋法處理生活垃圾LCA分析

借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的ISO14040環(huán)境管理體系確定的生命周期評(píng)價(jià)——原則與框架,將南昌市衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的LCA分析分為目標(biāo)與范圍確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋四個(gè)部分.

2.1 目標(biāo)與范圍確定

研究的目標(biāo)是以南昌市主要生活垃圾處理方式——衛(wèi)生填埋法為例,對(duì)該生活垃圾處理系統(tǒng)每處理1t城市生活垃圾的物質(zhì)、能量輸入-輸出以及污染物排放的環(huán)境影響進(jìn)行LCA分析,進(jìn)而量化衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的環(huán)境影響以及有效識(shí)別出處理環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵污染點(diǎn),從而優(yōu)化當(dāng)前處理方式.

研究的范圍包括生活垃圾收集運(yùn)輸、衛(wèi)生填埋、填埋氣發(fā)電以及滲濾液處理4個(gè)部分,不包括垃圾填埋處理廠的建造階段.其LCA系統(tǒng)邊界圖如圖1所示.

圖1 衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的系統(tǒng)邊界

2.2 清單分析

數(shù)據(jù)清單分析(life cycleI inventory,LCI)是指針對(duì)產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)對(duì)其研究系統(tǒng)邊界內(nèi)所有物質(zhì)、能量的投入以及污染物排放進(jìn)行量化分析,通常以數(shù)據(jù)清單表的形式呈現(xiàn)分析結(jié)果[36].

本文以衛(wèi)生填埋法處理1t城市生活垃圾為功能單位,生命清單中使用的數(shù)據(jù)主要來自于企業(yè)實(shí)地調(diào)研以及eFfootprint軟件數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù),部分?jǐn)?shù)據(jù)借鑒相關(guān)文獻(xiàn)的評(píng)估和計(jì)算[37-38].

2.2.1 生活垃圾收集運(yùn)輸過程清單分析 本文將收集運(yùn)輸過程定義為從各垃圾中轉(zhuǎn)站運(yùn)輸?shù)禁湀@垃圾填埋處理場(chǎng)的過程,采用各垃圾中轉(zhuǎn)站到填埋場(chǎng)的平均距離,約15km,則往返距離約為30km.

垃圾中轉(zhuǎn)站僅考慮電力消耗,每處理1t生活垃圾耗電1.92kW·h.同時(shí),假設(shè)垃圾運(yùn)輸車都是密閉式的,因而運(yùn)輸過程中除汽車尾氣排放外,不會(huì)產(chǎn)生其他污染,通過eFootprint軟件導(dǎo)入一個(gè)功能單位的垃圾中轉(zhuǎn)站運(yùn)行電力投入以及往返距離數(shù)據(jù),并連接到系統(tǒng)內(nèi)部的CLCD數(shù)據(jù)庫(kù),則可以量化收集運(yùn)輸過程的環(huán)境影響.

2.2.2 衛(wèi)生填埋過程清單分析 衛(wèi)生填埋過程中的主要投入包括裝載機(jī)、挖掘機(jī)、推土機(jī)、壓實(shí)機(jī)等機(jī)械作業(yè)所需的柴油以及用于垃圾填埋后覆膜的高密度聚乙烯(HDPE)材料.此外還有用于殺蟲的藥劑的投入,因數(shù)據(jù)獲取困難,故不考慮藥劑投入的環(huán)境影響.根據(jù)調(diào)查,填埋每噸垃圾的總機(jī)械運(yùn)行油耗為1.05kg,高密度聚乙烯為1.045kg,投入物質(zhì)的上游生產(chǎn)過程的環(huán)境影響的測(cè)算則通過連接軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn).

衛(wèi)生填埋過程中的排放數(shù)據(jù)由投入物質(zhì)的排放數(shù)據(jù)以及填埋場(chǎng)產(chǎn)生的外逸填埋氣體兩部分組成,根據(jù)企業(yè)統(tǒng)計(jì)資料,具體排放數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 衛(wèi)生填埋過程投入與排放清單

2.2.3 填埋氣發(fā)電過程清單分析 南昌麥園垃圾填埋處理廠配備有填埋氣發(fā)電廠用于收集填埋氣發(fā)電,根據(jù)調(diào)查,填埋氣發(fā)電廠配備有4MW內(nèi)燃機(jī)組,日均收集填埋氣約67200m3,日均發(fā)電量約為96000kW·h,衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的日均發(fā)電數(shù)據(jù)見表2.

表2 填埋氣發(fā)電廠日均發(fā)電量數(shù)據(jù)

填埋氣發(fā)電過程的主要投入是電力,主要排放則是沼氣燃燒后排放的污染氣體.因?yàn)樘盥駳獍l(fā)電量遠(yuǎn)大于填埋氣發(fā)電設(shè)備的電力消耗,因此該部分電力消耗為負(fù)值,實(shí)際上該過程產(chǎn)生正向環(huán)境影響.則該過程的投入排放清單數(shù)據(jù)如表3所示.

2.2.4 滲濾液處理過程清單 滲濾液處理廠日均處理1000m3滲濾液,其中滲濾液濃縮回灌量為250m3.滲濾液處理具體包括硝化沉降、混凝沉降、深度凈化等一系列流程,限于數(shù)據(jù)獲取的原因,該部分并未細(xì)分工序研究.該過程的主要消耗為滲濾液處理機(jī)械運(yùn)行所需的電力、用于沉降的聚氯化鋁(PAC).排放主要是企業(yè)對(duì)達(dá)標(biāo)排放的水體所進(jìn)行檢測(cè)的污染項(xiàng)目,清單數(shù)據(jù)列表如表4所示.

表3 填埋氣發(fā)電過程投入與排放清單

表4 滲濾液處理過程投入與排放清單

3 衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾生命周期評(píng)價(jià)

生命周期影響評(píng)價(jià)(LCIA)是在清單分析的基礎(chǔ)上,對(duì)其分析中包含的物質(zhì)、能量投入以及污染物排放所造成的環(huán)境壓力進(jìn)行定量和定性評(píng)價(jià)的過程[39].本文對(duì)衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的生命周期環(huán)境影響的量化和綜合評(píng)價(jià)通過億科環(huán)境科技有限公司(IKE)研發(fā)的生命周期評(píng)價(jià)分析軟件eFootprint實(shí)現(xiàn).針對(duì)衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的環(huán)境影響特點(diǎn)以及清單分析結(jié)果,確定了7種關(guān)系密切的環(huán)境影響類型:全球變暖(GWP)、初級(jí)能源消耗(PED),水資源消耗(WU),酸化(AP),光化學(xué)臭氧合成( POFP),生態(tài)毒性(ET),淡水富營(yíng)養(yǎng)化(FEP).

3.1 衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾總體環(huán)境影響分析

因?yàn)樘盥駳獍l(fā)電過程產(chǎn)生了電力盈余,因此,根據(jù)是否將電力盈余作為副產(chǎn)品進(jìn)行分配形成了兩個(gè)生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果,不含電力盈余分配的評(píng)價(jià)結(jié)果更為真實(shí)地還原了衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的環(huán)境影響,而包含電力盈余分配的評(píng)價(jià)結(jié)果則是從全過程環(huán)境負(fù)面影響中扣除了電力盈余產(chǎn)生的環(huán)境正效益.本文中副產(chǎn)品分配采用系統(tǒng)擴(kuò)展法(替代法),并借助eFootprint軟件計(jì)算了各環(huán)境影響類型的環(huán)境影響潛值,衛(wèi)生填埋法的主要環(huán)境影響類型為全球變暖、初級(jí)能源消耗、水資源消耗、酸化、光化學(xué)臭氧合成、生態(tài)毒性、淡水富營(yíng)養(yǎng)化,具體結(jié)果如表5所示.

表5 衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾環(huán)境影響潛值

未將電力盈余作為副產(chǎn)品進(jìn)行分配前,衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的全球變暖潛值(碳足跡總量)為242.56kgCO2eq.,初級(jí)能源消耗總量為217.61MJ,水資源消耗總量為67.04kg,酸化潛值為1.06kgSO2eq.,光化學(xué)臭氧合成潛值為0.15kg NMVOC eq.,生態(tài)毒性潛值為0.46CTUe,淡水富營(yíng)養(yǎng)化潛值為0.0001kg P eq./kg N eq..

考慮副產(chǎn)品分配,衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的全球變暖潛值(碳足跡總量)為215.20kgCO2eq.,初級(jí)能源消耗總量為-141.30MJ,水資源消耗總量為-39.88kg,酸化潛值為0.90kgSO2eq.,光化學(xué)臭氧合成潛值為0.14kg NMVOC eq.,生態(tài)毒性潛值為0.39CTUe,淡水富營(yíng)養(yǎng)化潛值為0.00009kg P eq./kg N eq..因?yàn)閷?duì)填埋氣發(fā)電產(chǎn)生的電力盈余進(jìn)行了分配,因而7類環(huán)境影響類型的數(shù)值均出現(xiàn)下降,表明副產(chǎn)品分配實(shí)際帶來環(huán)境效益的提升,其中初級(jí)能源消耗的效益提升最大,為358.91MJ,其次是水資源消耗,提升了106.92kg,全球變暖提升效益也較明顯.可見填埋氣用于發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境正面影響較為顯著.

3.2 衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾分過程環(huán)境影響分析

通過量化不同處理過程中環(huán)境影響類型潛值進(jìn)而識(shí)別出污染嚴(yán)重的過程及其突出的環(huán)境影響類型,并配合清單數(shù)據(jù)靈敏度表進(jìn)一步辨識(shí)各過程的最有效改進(jìn)點(diǎn).清單數(shù)據(jù)靈敏度是指清單數(shù)據(jù)單位變化率引起的相應(yīng)環(huán)境影響類型指標(biāo)的變化率.本文采用eFootprint軟件自帶的敏感度計(jì)算功能,利用最初建立的生命周期模型計(jì)算衛(wèi)生填埋各個(gè)過程中投入、排放的清單數(shù)據(jù)對(duì)各影響類型指標(biāo)的敏感度,選擇出影響較顯著的清單數(shù)據(jù),羅列于表6中.將影響類型潛值和敏感度相結(jié)合進(jìn)行分析,找出污染嚴(yán)重的過程以及各過程中突出的環(huán)境污染因素,以便提出可行的改善方案.

圖1 各過程環(huán)境影響貢獻(xiàn)(不含電力分配)

4個(gè)處理過程的環(huán)境影響類型的貢獻(xiàn)如圖1、圖2所示,值得注意的是,因?yàn)樘盥駳獍l(fā)電產(chǎn)生的電力盈余通過擴(kuò)展系統(tǒng)邊界方法在上游耗電量以負(fù)值體現(xiàn),所以進(jìn)行副產(chǎn)品分配的圖2中部分環(huán)境影響指標(biāo)貢獻(xiàn)值為負(fù),表現(xiàn)出對(duì)環(huán)境的正效益.清單敏感度分析表如表6所示.

從圖1和圖2中可以看出,總體上,衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾各個(gè)過程中衛(wèi)生填埋過程的環(huán)境負(fù)面影響最大,其次是收集運(yùn)輸過程,而填埋氣發(fā)電過程和滲濾液處理過程的環(huán)境影響較小,填埋氣發(fā)電過程甚至在多數(shù)指標(biāo)上表現(xiàn)為正向環(huán)境影響.

圖2 各過程環(huán)境影響貢獻(xiàn)(含電力分配)

收集運(yùn)輸過程最突出的環(huán)境影響類型為光化學(xué)臭氧合成,其次依次為生態(tài)毒性、初級(jí)能源消耗、淡水富營(yíng)養(yǎng)化.查清單敏感度表(表6)可知,這4類環(huán)境影響主要是由運(yùn)輸引起的,一部分歸因于垃圾運(yùn)輸車汽車尾氣中CH4、CO2、NO等污染氣體的排放,引發(fā)空氣和水體的污染,同時(shí),汽車制動(dòng)部件、輪胎等的磨損也會(huì)向周圍環(huán)境中排放含Cd、Cu、Zn、Cr等重金屬的煙塵引發(fā)土壤毒性危害.另一部分歸因于柴油生產(chǎn)過程中會(huì)消耗大量能源也會(huì)向大氣和水體中排放廢水、廢氣等污染物.

衛(wèi)生填埋過程在垃圾處理各過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染最大,該過程最突出的環(huán)境問題是酸化,其次是全球變暖,再者是初級(jí)能源消耗、淡水富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)毒性.酸化和氣候變化的主要原因是填埋氣體外逸,根據(jù)清單敏感度表(見表6),酸化主要由外逸填埋氣體中的H2S和NH3引起.而全球變暖主要是因?yàn)樘盥駳怏w中的溫室氣體CH4和CO2引起的,兩者在填埋氣體中所占比例分別為40%~50%、30%~ 40%.初級(jí)能源消耗、淡水富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)毒性這3種環(huán)境污染主要是因?yàn)樽匪莶裼鸵约案呙芏染垡蚁┥a(chǎn)過程投入的大量初級(jí)能源以及排放的NO、SO2、CO2等污染氣體、包含重金屬的廢水等污染物帶來的環(huán)境影響.

填埋氣發(fā)電過程實(shí)際上產(chǎn)生了環(huán)境正效益,原因是利用填埋氣中CH4的熱值發(fā)電,其產(chǎn)生的電量遠(yuǎn)大于機(jī)械運(yùn)行的電力消耗,因而產(chǎn)生了電力盈余,將該部分電力連接到eFootprint軟件中的華東平均火電數(shù)據(jù)庫(kù),表明能量回收后對(duì)環(huán)境的正效應(yīng),因而相關(guān)環(huán)境影響指標(biāo)值發(fā)生變化,其中最突出的是水資源消耗和初級(jí)能源消耗,其貢獻(xiàn)值分別為-268%和-254%,其次是生態(tài)毒性、酸化、光化學(xué)臭氧合成(圖2).總體上,填埋氣發(fā)電過程實(shí)現(xiàn)了能量的回收利用,利用熱值發(fā)電,化廢為寶,而且與填埋氣直接排放或者點(diǎn)燃相比,其本質(zhì)上達(dá)到污染氣體減排效果,最終實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的雙重效益.

滲濾液處理過程的環(huán)境影響較小,主要表現(xiàn)為水資源消耗和初級(jí)能源消耗.滲濾液處理廠執(zhí)行《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)[40],出水水質(zhì)在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限值要求后排入贛江,因而該過程污染物排放的環(huán)境影響不大.該過程的主要投入是滲濾液深度處理的電力損耗和用于化學(xué)沉降作用的聚氯化鋁(PAC),環(huán)境影響則是追溯電力和PAC生產(chǎn)過程帶來的負(fù)面環(huán)境效應(yīng).

表6 垃圾衛(wèi)生填埋清單數(shù)據(jù)敏感度分析

3.3 討論

城市生活垃圾處理方式生命周期評(píng)價(jià)需要大量的數(shù)據(jù)支撐,而往往數(shù)據(jù)的收集難度大.本文也因數(shù)據(jù)獲取上的局限性導(dǎo)致衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的一些環(huán)境影響未能納入總體LCA核算體系中,如滲濾液處理過程中沒有涉及到重金屬物質(zhì)的檢測(cè),以及滲濾液處理調(diào)節(jié)池少量的氣體排放也未納入計(jì)算,因此環(huán)境影響結(jié)果會(huì)出現(xiàn)輕微偏差.在后續(xù)的深化研究中應(yīng)采取先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備收集該部分缺失數(shù)據(jù).

本文僅是對(duì)衛(wèi)生填埋法處理城市生活垃圾的環(huán)境影響進(jìn)行分析,但缺乏處置方式間的對(duì)比分析,后期研究可收集焚燒廠的清單數(shù)據(jù),對(duì)兩種處置方式進(jìn)行對(duì)比分析,找出更為適宜的生活垃圾單一處理方式或者處置方式的組合,在目前不能改變?cè)幹梅绞降那疤嵯?識(shí)別出當(dāng)前處理方式的突出問題,提出有效改善措施,面向未來,提供城市生活垃圾處置方式優(yōu)化升級(jí)的理論指導(dǎo).

有關(guān)生活垃圾處理方式環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面的研究成果較為豐富,當(dāng)前生活垃圾處置成本的分析逐漸成為研究熱點(diǎn),因而在環(huán)境影響評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上可進(jìn)一步引入成本效益分析,在環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等維度下更為全面綜合地考量生活垃圾處理方式,為城市生活垃圾處理科學(xué)、有效、經(jīng)濟(jì)的管理提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo).

3.4 建議

收集運(yùn)輸過程在垃圾運(yùn)輸環(huán)節(jié)應(yīng)盡量減少柴油運(yùn)輸車的使用,并綜合考慮運(yùn)營(yíng)成本、技術(shù)可行性及環(huán)境影響等方面,混合使用以生物柴油、電能、醇類燃料、沼氣等提供運(yùn)行動(dòng)能的清潔能源汽車,減少環(huán)境污染排放.

衛(wèi)生填埋過程首先需要重點(diǎn)解決的問題是提高垃圾填埋氣的收集效率.一方面,需要采用功率強(qiáng)的空壓機(jī)降低填埋場(chǎng)堆體中滲濾液的水位,另一方面,在保證已有的填埋氣收集豎井的布設(shè)間距較合理,并且定期維護(hù)、增設(shè)豎井的前提下采用更為高效的工藝來收集填埋氣,減少因其外逸造成的環(huán)境污染.其次,該過程也要盡量尋找環(huán)境污染較小的替代品來降低柴油和高密度聚乙烯材料的使用,并且面向柴油和高密度聚乙烯材料的生產(chǎn)環(huán)節(jié),應(yīng)該加快轉(zhuǎn)變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),加強(qiáng)清潔生產(chǎn)工藝的應(yīng)用.

填埋氣發(fā)電過程雖然表現(xiàn)出環(huán)境正效益,但也存在問題,除提升填埋氣收集效率外,該過程應(yīng)當(dāng)引入更為先進(jìn)的工藝、設(shè)備提升發(fā)電效率.此外,還應(yīng)當(dāng)在燃燒發(fā)電環(huán)節(jié)注意對(duì)排放的污染物進(jìn)行總量上的削減與控制.

滲濾液處理過程一方面需要注重節(jié)能降耗和引入先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)優(yōu)化處理工藝.例如在鼓風(fēng)曝氣環(huán)節(jié),可以采用空氣懸浮、磁懸浮鼓風(fēng)機(jī),在污水提升環(huán)節(jié)設(shè)置合理的水力高程,最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的[41].在膜處理環(huán)節(jié),對(duì)產(chǎn)生的濃縮液,應(yīng)避免直接回填,考慮在滲濾液終端處理環(huán)節(jié)增設(shè)高級(jí)氧化、MVR蒸發(fā)等處理工藝降低環(huán)境污染程度[42].另一方面,還要注意控制污染物排放.應(yīng)充分考慮防范因暴雨天氣滲濾液外逸帶來的環(huán)境破壞,設(shè)置調(diào)節(jié)池的合理庫(kù)容,使其具備應(yīng)急處理能力.并且還需要對(duì)調(diào)節(jié)池等構(gòu)筑物進(jìn)行加蓋處理,減少惡臭.

4 結(jié)論

4.1 衛(wèi)生填埋法的主要環(huán)境影響類型為GWP、PED、WU、AP、POFP、ET、FEP.當(dāng)把填埋氣發(fā)電過程中盈余電力作為副產(chǎn)品進(jìn)行分配,產(chǎn)生了環(huán)境效益,因此7類環(huán)境影響有所改善,數(shù)值出現(xiàn)下降.其中PED的改善最大,為358.91MJ,其次是WU,改善了106.92kg,GWP的效益提升也較明顯,改善了27.36kg CO2eq..

4.2 收集運(yùn)輸過程最突出的環(huán)境影響類型為POFP,其次依次為ET、PED、FEP.主要是由公路運(yùn)輸和追溯柴油生產(chǎn)排放的廢氣、廢水等污染物引起的.因此該過程在垃圾運(yùn)輸中應(yīng)盡量減少柴油運(yùn)輸車的使用,采用節(jié)能環(huán)保汽車或者清潔能源汽車.

4.3 衛(wèi)生填埋過程在垃圾處理各過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染最大,該過程最突出的環(huán)境問題是AP,其次是GWP,再者是PED、FEP、ET.環(huán)境污染主要是由填埋氣體外逸和追溯柴油以及高密度聚乙烯生產(chǎn)過程中的投入和排放引起的.因此該過程需要重點(diǎn)解決的問題是提高垃圾填埋氣的收集效率,此外,也要盡量尋找環(huán)境污染較小的替代品來降低柴油和高密度聚乙烯材料的使用.

4.4 填埋氣發(fā)電過程實(shí)際上產(chǎn)生了環(huán)境正效益,原因是利用填埋氣發(fā)電產(chǎn)生的電量遠(yuǎn)大于機(jī)械運(yùn)行的電力消耗,產(chǎn)生電力盈余,實(shí)現(xiàn)能量回收后對(duì)環(huán)境的正效應(yīng).該過程應(yīng)重點(diǎn)考慮引入更為先進(jìn)的設(shè)備和工藝,進(jìn)一步提升填埋氣收集和燃燒發(fā)電效率,與此同時(shí)也應(yīng)當(dāng)注意控制燃燒發(fā)電過程中的污染物排放.

4.5 滲濾液處理過程的環(huán)境影響較小,主要表現(xiàn)為水資源消耗和初級(jí)能源消耗.該過程的主要投入是滲濾液深度處理的電力損耗和用于化學(xué)沉降作用的PAC,環(huán)境影響則是追溯電力和PAC生產(chǎn)過程帶來的負(fù)面環(huán)境效應(yīng).因而該過程需注重節(jié)能,引入先進(jìn)的設(shè)備或者技術(shù),優(yōu)化處理工藝,達(dá)到節(jié)能環(huán)保目標(biāo).

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致謝：本文使用的eFootprint軟件由億科環(huán)境科技有限公司提供,數(shù)據(jù)由南昌市麥園垃圾填埋處理廠工作人員提供,在此表示感謝.

Life cycle assessment of sanitary landfill of municipal solid waste in Nanchang.

HUANG He-ping1*, HU Qing2, WANG Zhi-peng1, QIAO Xue-zhong1, SHU Huang2, CHEN Hui1, YANG Zong-zhi2

(1.Institute of Ecological Economics, Jiangxi University of Finance and Economics, Nanchang 330013, China；2.School of Tourism and Urban Management, Jiangxi University of Finance and Economics, Nanchang 330032, China)., 2018,38(10)：3844~3852

Sanitary landfilling method was the main way to deal with municipal solid waste in China. On the basis of the theory and analysis framework of life cycle assessment, the life cycle analysis of municipal solid waste disposal in Nanchang sanitary landfill was conducted with the aid of eFootprint software in order to find out the outstanding environmental impacts and reasons of various treatment processes and propose targeted improvement. The results showed that the main environmental impact types of sanitary landfills were global warming (GWP), primary energy demand (PED), resource depletion-water (WU), acidification (AP), photochemical ozone formation (POFP), Ecotoxicity (ET), and freshwater eutrophication (FEP). The distribution of electricity surplus as a by-product contributed to the reduction of the potential value of various environmental impact indicators, among which, the most prominent was PED, followed by WU. The most prominent type of environmental impact in the collection and transportation process was POFP, followed by ET, PED, and FEP. The use of diesel transporters should be reduced and energy-saving environmentally friendly or clean energy vehicles should be used moderately in this process. The environmental pollution caused by the sanitary landfill process was the largest. The most prominent environmental problem in this process was AP, followed by GWP, PED, FEP and ET. The landfill gas collection efficiency should be increased by improving the process and clean energy should be used to reduce diesel use in this process. The surplus power generated by landfill gas achieved positive environmental benefits after energy recovery. The efficiency of landfill gas collection and combustion electricity production need to be enhanced in this process. The environmental impact of the leachate treatment process was relatively small, mainly represented by WU and FED. It was necessary to optimize the upgrading process while focusing on energy conservation, and to improve the existing drawbacks of the disposal process and remove hidden dangers.

municipal solid waste；sanitary landfill；life cycle assessment；environmental impact；Nanchang City

X705

A

1000-6923(2018)10-3844-09

黃和平(1969-),男,江西吉水人,教授,博士,主要從事生命周期評(píng)價(jià)與管理研究.發(fā)表論文50余篇.

2018-06-02

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41661113,71463020)

* 責(zé)任作者, 教授, hphuang2004@163.com