基于生命周期理论的绥德县生活垃圾卫生填埋评价

刘 燕，马 扬，张红侠

（商洛学院城乡规划与建筑工程学院，陕西 商洛 726000）

·检测与评价·

基于生命周期理论的绥德县生活垃圾卫生填埋评价

刘 燕，马 扬，张红侠

（商洛学院城乡规划与建筑工程学院，陕西 商洛 726000）

运用生命周期理论对目前绥德县生活垃圾产生量、组分以及卫生填埋处理现状进行较为系统的评价，并对绥德县生活垃圾运输过程中的能耗和进入填埋场后产生的填埋气体进行清单分析，通过计算填埋气体中各种气体的排放量得出其对环境的影响潜力，结果表明：绥德县生活垃圾卫生填埋场处理垃圾产生的主要污染气体为CH4和CO2，生活垃圾卫生填埋处理方式对温室效应产生的环境影响潜力为5.7×10-2kg/（人·a），酸化的环境影响潜力为2.1×10-3kg/（人·a），富营养化的环境影响潜力为1.7×10-3kg/（人·a）。

绥德县；生活垃圾；卫生填埋；生命周期评价（LCA）

生命周期理论 （Life cycle assessment， LCA）是一种评价某产品从自然中来到自然中去的全过程，既包括制造产品所需要的原材料的采集、加工等生产过程，也包括产品储存、运输流通和最终处理整个生命周期阶段有关的环境负荷过程，从而在一定程度上有助于循环经济的发展［1］。1990年，SETAC主持召开了有关生命周期评价的国际研讨会，首次提出了生命周期评价的概念［2］。LCA的思想最早萌生于20世纪60年代末至70年代初美国开展的一系列针对包装品所进行的资源、环境分析［3］。真正的生命周期理论评价研究开始的标志是1969年美国中西部资源研究所（MRI）针对可口可乐公司的饮料包装进行的评价研究［4-5］。我国的生命周期研究的开始是徐成等把生命周期理论评价应用到了城市生活垃圾的处理和管理中；胡志锋等将生命周期评价应用到广州市，研究得出广州市卫生填埋、焚烧处理和综合处理方式的环境影响潜值，并对其进行比较，发现综合处理方式明显优于另外2种方式［6］。

目前国内对于生活垃圾进行生命周期理论评价的研究对象主要为经济较为发达的大城市［7-11］，而对于西部中小城市的研究很少，而现在小城市的生活垃圾对环境造成的污染也不容小觑，本研究对榆林市绥德县生活垃圾的处理方式进行生命周期理论评价，计算其对环境的影响潜力，为绥德县生活垃圾多循环处理和资源化途径研究提供理论依据。

1 绥德县生活垃圾现状

绥德县位于陕西省的北部，榆林市的东南部，属黄河水系，总面积1878km2，人口40万人，现辖15镇1中心，629个行政村，城区总面积92.78km2，人口密度为194人/km2。目前绥德县城区人口达21万人，生活垃圾日产生量220多t，人均日产垃圾1.2 kg，垃圾的产生量随季节波动较大。每年垃圾产生量高峰期为12、1、2月以及夏季8月，产生量较低月份为6月和10月。根据绥德县环境卫生管理所数据，2009—2015年绥德县垃圾产生量见图1，绥德县城区生活垃圾成分见表1。

图1 2009—2015年绥德县生活垃圾年均产生量

表1 绥德县城区生活垃圾成分%

从表1可见，生活垃圾中厨余垃圾和砖瓦灰渣占了相当大的比例，随着居民生活水平提高，产品的外包装类垃圾包括纸类、塑料等有回收价值的成分增长明显。

目前，绥德县有建筑垃圾处理场和生活垃圾处理场各1座，生活垃圾处理场位于名州镇申家湾村，距离县城28 km，占地约为12.73 hm2，工程总投资4 072万元，于2008年底完工，2009年开始试运行。原城区北部小型垃圾处理场已停用，该场日处理生活垃圾196 t，服务年限为15 a，城区生活垃圾处理率达90%以上，全部采用卫生填埋法，定期分层用黄土覆盖掩埋碾压，最后进行终场覆盖，对填埋表层实行植物绿化，垃圾填埋后的渗沥液采用回喷蒸发的运行方案，导气管逐层外接，最后对填埋气体进行收集与排放。2012年渗沥液处理工程建成渗沥液调节池正式投入使用，可以解决渗沥液对填埋场周围环境的污染问题。

2 研究方法

2.1 确定理论框架

生命周期评价的技术框架，根据ISO 14040，将其划分为目标与范围的确定、清单分析、影响评价、结果解释4个部分［12］。本研究在此基础上对这4个部分进行了简单的补充和扩展，如图2所示。

图2 LCA的技术框架

2.2 确定评价目标和范围

LCA在城市生活垃圾卫生填埋技术的研究中，主要考虑所采取的不同方案对环境影响产生的差异，因此，LCA研究的开始是垃圾的产生，研究的功能单位为绥德县人均年生活垃圾产生量，研究的范围从垃圾的产生、收集、运输到最后处理的整个过程，评价系统的输入为生活垃圾消耗的能源与资金，输出为回收的物质、能量、排放出的污染物。绥德县生活垃圾卫生填埋技术的生命周期系统边界如图3所示。

图3 城市生活垃圾卫生填埋技术的生命周期系统边界

3 卫生填埋方式LCA的清单分析

3.1 运输过程中的能耗估算

2015年绥德县生活垃圾的日产生量约为220 t，生活垃圾全部由垃圾中转站压缩后由中型垃圾运输车运往申家湾垃圾卫生填埋场进行处理，2015年运输垃圾车的车次为16 060次，所以每天收集生活垃圾的车次约为44次。绥德县垃圾卫生填埋场距离绥德县城28 km，平均运输的往返距离为56 km，所以垃圾收集运输车每天往返的总里程为2 464 km，单车油耗按0.15 L/km计，则每天运输过程中消耗的油量为369.6 L，所以运输1 t生活垃圾的油耗为1.68 L/d。

3.2 垃圾填埋场气体排放量估算

垃圾填埋后会产生大量的填埋气体，主要有CH4、CO2、O2、H2、CO、NH3和 H2S，其中最主要的是CH4和CO2，在计算时一般取其平均值［13］，见表2。

表2 垃圾填埋气体一般组成 %

填埋气体的产生量是一个累加量，与时间、垃圾中有机碳含量、分解温度等有关。1 kg的有机碳完全气化可以产生气体1.868 m3，在正常温度条件下，只有少部分基质碳气化，可气化碳量与温度有如下关系［14］：

式中：CE为可气化碳量（m3/t）；CO为总有机碳（kg/t）；T为当地温度（℃），取平均温度15℃。

在标准状况下填埋气体的年产生量GE（m3/t）可按公式（1） 计算得：GE=1.868CE=1.868CO（0.014T+0.28）；据调查，绥德县生活垃圾中的总有机碳CO=（121.5-28.4） kg/t=93.1 kg/t，则产气量 GE为85.22 m3/t。

各气体所占产气量的比例取表2中的平均值，密度值取标准大气状态下的密度值，得到绥德县生活垃圾填埋气体各组分的质量（见表3），其他微量气体不加以考虑。

表3 绥德县生活垃圾填埋气各组分质量 kg/（人·a）

3.3 垃圾填埋处理中的渗沥液

垃圾填埋的渗沥液是由垃圾在进行复杂的生物化学反应后产生，与进入填埋场中的垃圾组分有关，其中影响渗沥液的主要因素是厨余垃圾的含量。绥德县垃圾填埋场的垃圾渗沥液的产生量约占垃圾量的12%，为了避免污染，必须要建设完善的垃圾渗沥液处理设施，以达到渗沥液的排放标准。

4 生命周期的影响评价

4.1 数据特征化

数据特征化的目的是将每一个影响类型中的不同影响因素转化为一个统一的、特征化的单元，本研究选择的特征化方法为当量因子法，把中间的某一种具有代表性的环境影响类型因子作为一个基准，计作固定数值“1”，将相同量的其他不同类型的污染物与其做比较。比如，全球变暖的环境影响潜质用全球变暖的特征化因子表示，将全球变暖中CO、CH4的影响评价都折合成CO2的当量单位，然后将各种气体的计算结果合并，就会得到特征化结果，其他环境影响类型也采用同样的方法［15］，几种环境影响类型中主要环境胁迫因子的当量关系见表4。

表4 环境影响类型中主要环境胁迫因子的当量关系

4.2 赋权后的环境影响潜力计算

结合绥德县生活垃圾填埋场的具体实际情况，对全球变暖、酸化和富营养化这3种环境影响类型的环境影响潜力进行计算，参照公式（2） 计算出环境影响潜力后再对其进行标准化和赋权，得到赋权后的环境影响潜力。

式中：EP（j）为对第j种环境影响类型的环境影响潜力，kg/（人·a）；Q（j）i为第j种环境影响类型中第 i种环境干扰因子的排放量，kg/（人·a）；EF（j）i为第i种环境干扰因子对第j种环境类型的特征化因子［16］。

为了更加方便比较各种环境影响潜值的大小，需要对计算数据做标准化处理，用国家或地区的相应标准表示环境影响，采用中国科学院生态环境研究院建立的符合中国实际的标准化基值和权重作为生活垃圾生命周期理论评价的定量依据［17］，全球变暖的环境影响标准值当量为8 700，权重为0.82；酸化的环境影响标准值当量为41，权重为0.73；富营养化的标准值当量为69，权重为0.74；生态毒性的标准值当量为358，权重为1.99，光化学臭氧合成的标准值当量为0.48，权重为0.53，加权后的影响潜值如式（3）所示：

式中：WP（j）为加权后的环境影响潜值；WF（j）为每种环境类型的权重；NEP（j）为标准化值，通过计算得到的结果见表5。

表5 绥德县生活垃圾卫生填埋的生命周期影响评价

5 结果讨论

1） 从2014年起绥德县生活垃圾日产生量已经达到200 t以上，并且呈不断增长趋势，为了缓解目前垃圾卫生填埋场的压力，解决单一的生活垃圾处理方法对社会造成的影响，生活垃圾处理方法的改进刻不容缓。

2）计算结果显示，生活垃圾卫生填埋处理方式对温室效应产生的环境影响潜力为5.7×10-2kg/（人·a），酸化的环境影响潜力为2.1×10-3kg/（人·a），富营养化的环境影响潜力为1.7×10-3kg/（人·a），已经超出了我国环境影响潜值的标准人当量基准值，因此，必须积极寻找合理有效的方法对城市生活垃圾从产生、运输到最终的处理加以管理和有效利用。

3）经过计算和分析，绥德县生活垃圾卫生填埋处理中，排放出的主要填埋气体为CO2和CH4，每吨填埋垃圾所排放出的CO2为83.94 kg，CH4为32.8 kg。甲烷（CH4）气体是一种优质气体燃料，也是制造合成气和许多化工产品的重要原料，所以，可以当作能源加以回收和利用。

［1］ 陈艾伦，陈婵，陶夏秋，等.长沙市生活垃圾卫生填埋生命周期评价［J］.环境科学与技术，2013，36（2）：390-395.

［2］ Gayathri B G，Sarah J Mclaren，et al.Life cycle assessment of commercial furniture［J］.Int J Life Cycle Asse，2008，13（5）：401-411.

［3］ 徐成，杨建新，王如松.广汉市生活垃圾生命周期评价［J］.环境科学学报，1999，19（6）：631-635.

［4］ 樊庆锌，敖红光，孟超.生命周期评价［J］.环境科学与管理，2007，32（6）：177-180.

［5］ 谢力生.木材工业生命周期评价研究现状［J］.木材工业，2010，24（5）：28-31.

［6］ 胡志锋，马晓茜，梁增英.广州市生活垃圾处理工艺的生命周期评价［J］.可再生能源，2012（1）：106-112.

［7］ 王俊，韦保仁.七子山垃圾填埋场垃圾填埋产气清单分析［J］.环境科学与管理，2008，33（7）：57-61.

［8］ 李雯婧，孙娜，张令戈.大连市生活垃圾处理的生命周期评价［J］.环境卫生工程，2009，17（6）：55-57.

［9］ 徐李娜.武汉市生活垃圾处理系统生命周期评价［D］.武汉：武汉理工大学，2009.

［10］ 谢小天，孙荃，张培栋，等.城市生活垃圾处理方式生命周期评价的比较研究［J］.环境污染与防治，2015，37（4）：106-110.

［11］ 汪清清.生命周期评价在成都市生活垃圾可持续填埋中的应用［D］.成都：西南交通大学，2010.

［12］ ISO/DIS 14040—2006.Environmental management.Life cycle assessment.Principles and framework second edition［S］.

［13］ 王伟，韩飞.垃圾填埋气体产量的预测［J］.中国沼气，2001，19（2）：20-24.

［14］ 房怀旧，吴长振.城市生活垃圾填理场甲烷气资源的产量估算及其利用［J］.资源开发与市场，1999，15（6）：330-331.

［15］ 孔祥娟.生活垃圾卫生填埋技术全生命周期评价体系研究［J］.建筑经济，2009，8（1）：115-118.

［16］ 何强，彭朱妹，李宁.重庆市城市生活垃圾处理方式的生命周期评价［J］.三峡环境与生态，2010，3（1）：36-40.

［17］ 刘意立，刘建国，蔡博峰.生命周期评价方法在生活垃圾填埋中的应用与问题分析［J］.环境工程，2016，2（5）：19-22.

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

刘燕（1981—），副教授，主要研究方向为地理环境与人体健康。