垃圾填埋場(chǎng)溫室氣體排放研究進(jìn)展張后虎201616

1、匯報(bào)人：張后虎匯報(bào)人：張后虎環(huán)保部南京環(huán)境科學(xué)研究所環(huán)保部南京環(huán)境科學(xué)研究所2016年年01月月07日日專項(xiàng)名稱：應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收認(rèn)證及相關(guān)問(wèn)題專項(xiàng)名稱：應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收認(rèn)證及相關(guān)問(wèn)題(XDA05000000)項(xiàng)目名稱：土地利用與畜牧業(yè)的甲烷和氧化亞氮排放項(xiàng)目名稱：土地利用與畜牧業(yè)的甲烷和氧化亞氮排放(XDA05020000)課題名稱：垃圾填埋場(chǎng)課題名稱：垃圾填埋場(chǎng)CH4和和N2O排放排放(XDA05020600)南京地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)溫室氣體排放南京地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)溫室氣體排放研究進(jìn)展研究進(jìn)展 中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)2014年的工作內(nèi)容年的工作內(nèi)容目標(biāo)與定位目

2、標(biāo)與定位 主要內(nèi)容總成果或新認(rèn)識(shí)總成果或新認(rèn)識(shí) 2015年的工作計(jì)劃年的工作計(jì)劃存在的問(wèn)題與解決方法存在的問(wèn)題與解決方法一、目標(biāo)與定位一、目標(biāo)與定位 五年目標(biāo)五年目標(biāo) 根據(jù)項(xiàng)目建立的靜態(tài)箱采樣/氣相色譜測(cè)定的技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范，完成南京城市垃圾填埋場(chǎng)不少于3年的CH4和N2O排放測(cè)定測(cè)定，協(xié)同建立我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)CH4和N2O排放實(shí)地原位測(cè)定數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 明確我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)CH4和N2O排放規(guī)律及其關(guān)鍵控制因素。提供我國(guó)垃圾填埋場(chǎng)CH4和N2O排放清單編制方案、方案涉及的排放因子及不確定性分析， 提出垃圾填埋場(chǎng)CH4和N2O減排對(duì)策措施及其減排潛力評(píng)估。 培養(yǎng)24名碩士研究生，發(fā)表SCI論文

3、24篇，申請(qǐng)減排技術(shù)相關(guān)的國(guó)家發(fā)明專利12項(xiàng)。 定位定位中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 （北京）（北京） 環(huán)保部南京環(huán)科所環(huán)保部南京環(huán)科所 （南京）（南京） 中科院城市環(huán)境研究所中科院城市環(huán)境研究所 （廈門(mén)）（廈門(mén)） 中科院南京土壤研究所中科院南京土壤研究所 （不確定因素分析，室內(nèi)）（不確定因素分析，室內(nèi)） 技術(shù)路線南京地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)CH4和N2O垃圾來(lái)源、填埋時(shí)間、填埋方式等CH4、N2O排放測(cè)定CO2排放測(cè)定有機(jī)物質(zhì)含量及組成分析環(huán)境條件（溫度、水分等）CH4、N2O通量數(shù)據(jù)庫(kù)清單編制方案CH4、N2O排放因子滲濾液調(diào)節(jié)池新增加二、總成果或新認(rèn)識(shí)二、總成果或新認(rèn)識(shí)Liner Syst

4、ems 膜系統(tǒng)膜系統(tǒng)Leachate Collection Systems 滲濾液收集系統(tǒng)滲濾液收集系統(tǒng)Gas Management Systems 氣體管理系統(tǒng)氣體管理系統(tǒng)Cap System for Closure 封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)年份年份2003年年2004年年2005年年2006年年2007年年2008年年2009年年生活垃圾清運(yùn)生活垃圾清運(yùn)量量(萬(wàn)噸萬(wàn)噸)14856.515509.315576.814841.315214.5315437.715733.68生活垃圾無(wú)害生活垃圾無(wú)害化處理化處理量量(萬(wàn)噸萬(wàn)噸)7544.78088.78051.17872.69437.691030

5、6.611232.29生活垃圾無(wú)害生活垃圾無(wú)害化處理化處理率（率（%）50.852.151.752.262.0366.7671.39填埋處理填埋處理(萬(wàn)噸萬(wàn)噸)6404.06888.96857.16408.27632.78424.08898.6填埋率填埋率（%）43.1144.4244.0243.1850.1754.5756.56二、總成果或新認(rèn)識(shí)二、總成果或新認(rèn)識(shí)南京轎子山垃圾填埋場(chǎng)布置點(diǎn)位南京轎子山垃圾填埋場(chǎng)布置點(diǎn)位操作平臺(tái)操作平臺(tái)3近景，裝備填埋氣體收集系統(tǒng)二、總成果或新認(rèn)識(shí)二、總成果或新認(rèn)識(shí)測(cè)試測(cè)試平臺(tái)平臺(tái)主要特征主要特征起始日期起始日期停止日期停止日期備注備注1填埋齡填埋齡12 15

6、年年2012年年4月月2013年年4月月釋放通量低，停止測(cè)釋放通量低，停止測(cè)定定2填埋齡填埋齡5 8年，上層覆蓋年，上層覆蓋HDPE膜膜2012年年4月月2013年年4月月釋放通量低，停止測(cè)釋放通量低，停止測(cè)定定3填埋齡填埋齡1 2年，無(wú)填埋氣體收年，無(wú)填埋氣體收集集2012年年4月月2014年年6月月結(jié)束結(jié)束4填埋齡填埋齡1 2年，有填埋氣體收年，有填埋氣體收集集2012年年4月月2014年年6月月結(jié)束結(jié)束5填埋齡填埋齡3 5年，有填埋氣體收年，有填埋氣體收集集2013年年6月月2014年年6月月結(jié)束結(jié)束6新鮮垃圾操作平臺(tái)新鮮垃圾操作平臺(tái)2013年年6月月2014年年6月月結(jié)束結(jié)束7坡面（坡

7、面（2 5年）年）2013年年6月月2015年年6月月正在進(jìn)行正在進(jìn)行8坡面劽隙坡面劽隙2014年年6月月2015年年6月月正在進(jìn)行正在進(jìn)行9滲濾液管道與調(diào)節(jié)池滲濾液管道與調(diào)節(jié)池2014年年6月月2015年年6月月正在進(jìn)行正在進(jìn)行10填埋場(chǎng)填埋場(chǎng)CH4減排：好氧和厭氧減排：好氧和厭氧技術(shù)技術(shù)2011年年1月月2015年年12月月自主研發(fā)，正在進(jìn)行自主研發(fā)，正在進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)展示部分?jǐn)?shù)據(jù)展示Apr-12 May-12 Jun-12Jul-12Aug-12 Sep-12 Oct-12 Nov-12 Dec-12Jan-130200040006000800010000DateCO2(mg CO2-C

8、m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1) CO2 CH4 N2O1平臺(tái)010203040 SWC ST ST() SWC(%) Apr-12May-12 Jun-12 Jul-12 Aug-12 Sep-12 Oct-12 Nov-12 Dec-12 Jan-13020000400006000080000 DateCO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1) CO2 CH4 N2O010203040 SWC ST ST() SWC(%) 2平臺(tái)Apr-12M

9、ay-12 Jun-12 Jul-12 Aug-12 Sep-12 Oct-12 Nov-12 Dec-12 Jan-13010000200003000040000CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Date CO2 CH4 N2O010203040 SWC ST ST() SWC(%) 3平臺(tái)春季雨后春季雨后CH4, CO2, and N2O釋放釋放 晝夜變化晝夜變化首次報(bào)道以春季為例，重點(diǎn)考察晝夜溫差較大（首次報(bào)道以春季為例，重點(diǎn)考察晝夜溫差較大（15C）,經(jīng)歷降雨過(guò)經(jīng)歷降雨過(guò)程，水熱交換強(qiáng)度大的外界條

10、件下，降雨后垃圾填埋場(chǎng)程，水熱交換強(qiáng)度大的外界條件下，降雨后垃圾填埋場(chǎng)CH4, CO2, 和和N2O的釋放通量在的釋放通量在32小時(shí)之內(nèi)的晝夜變化。小時(shí)之內(nèi)的晝夜變化。123456030060090012001500 CH4 fluxes (mg CH4 - C m-2h-1)CO2 fluxes (mg CO2 - C m-2h-1)N2O fluxes (ug N2O - N m-2h-1)Measured time CH4 fluxes; CO2 fluxes; N2O fluxes0510152025303540Soil water concent (%); Soil temperat

11、ure (.C)a) Site 1 Soil water content; Soil temperature12345606001200180024003000 CH4 fluxes (mg CH4 - C m-2h-1)CO2 fluxes (mg CO2 - C m-2h-1)N2O fluxes (ug N2O - N m-2h-1)Measure time0510152025303540Soil water concent (%); Soil temperature (.C)b) Site 21234560300600900120015001800 CH4 fluxes (mg CH4

12、 - C m-2h-1)CO2 fluxes (mg CO2 - C m-2h-1)N2O fluxes (ug N2O - N m-2h-1)Measured time0510152025303540Soil water concent (%); Soil temperature (.C)c) Site 3Diurnal variations of CH4, CO2, and N2O fluxes at the three landfill sites. The data are shown as the mean of the 5 chamber plots with error bar

13、representing the positive standard deviation. (X axis 1: before rainfall at 10:00 am on 23-April-2012; 2: 2 h after rainfall at 10:00 on 24-April; 3: 8 h after rainfall at 16:00 on 24-April; 4: 14 h after rainfall at 22:00 on 24-April; 5: 26 h after rainfall at 10:00 on 25-April; 6: 32 h after rainf

14、all at 16:00 on 25-April) 1平臺(tái)CO2、CH4和N2O釋放通量晝夜變化14:00/10/417:00/10/422:00/10/46:00/11/412:00/11/4050100150200250 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Apr.2012 CO2 CH4 N2O1平臺(tái)-10010203040 SWC ST 14:00/10/717:00/10/722:00/10/76:00/11/712:00/11/70100020003000 ST(

15、) SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Jul.2012 CO2 CH4 N2O1平臺(tái)01020304050 SWC ST 14:00/10/1017:00/10/1022:00/10/106:00/11/1012:00/11/1001500300045006000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Oct.2012 CO2 CH4 N2O1平臺(tái)0102030405

16、0 SWC ST 14:00/10/117:00/10/122:00/10/16:00/11/112:00/11/1030006000900012000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Jan.2013 CO2 CH4 N2O1平臺(tái)0102030 SWC ST 2平臺(tái)CO2、CH4和N2O釋放通量晝夜變化 (春夏秋冬)14:00/10/417:00/10/422:00/10/46:00/11/412:00/11/4050100150 ST() SWC(%)CO2(mg C

17、O2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Apr.2012 CO2 CH4 N2O2平臺(tái)-10010203040 SWC ST 14:00/10/717:00/10/722:00/10/76:00/11/712:00/11/70600012000180002400030000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Jul.2012 CO2 CH4 N2O2平臺(tái)01020304050 SWC ST 14:

18、00/10/1017:00/10/1022:00/10/106:00/11/1012:00/11/1001500300045006000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Oct.2012 CO2 CH4 N2O2平臺(tái)01020304050 SWC ST 14:00/10/117:00/10/122:00/10/16:00/11/112:00/11/1050000100000150000200000250000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1

19、)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Jan.2013 CO2 CH4 N2O2平臺(tái)0102030 SWC ST 3平臺(tái)CO2、CH4和N2O釋放通量晝夜變化 (春夏秋冬)14:00/10/417:00/10/422:00/10/46:00/11/412:00/11/4050100150200250 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Apr.2012 CO2 CH4 N2O3平臺(tái)-10010203040 SWC ST

20、14:00/10/717:00/10/722:00/10/76:00/11/712:00/11/7020000400006000080000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Jul.2012 CO2 CH4 N2O3平臺(tái)01020304050 SWC ST 14:00/10/1017:00/10/1022:00/10/106:00/11/1012:00/11/100150030004500600075009000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h

21、-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Oct.2012 CO2 CH4 N2O3平臺(tái)01020304050 SWC ST 14:00/10/117:00/10/122:00/10/16:00/11/112:00/11/1015000300004500060000 ST() SWC(%)CO2(mg CO2-C m-2 h-1)CH4(mg CH4-C m-2 h-1)N2O(g N2O-N m-2 h-1)Time.Jan.2013 CO2 CH4 N2O3平臺(tái)0102030 SWC ST 1）生活垃圾填埋場(chǎng)是CO2、CH4和N2O的

22、重要釋放源。但由于生活垃圾填埋場(chǎng)是高度異質(zhì)性體系，氣體受多因素（土壤含水率、溫度和場(chǎng)地）交互影響，晝夜和季節(jié)性變化沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律。 2）CO2僅與土壤含水率呈顯著正相關(guān)（P0.01）；N2O釋放通量?jī)H與覆土溫度顯著負(fù)相關(guān)（P0.01 ）。 3）N2O釋放通量變異系數(shù)范圍為17%1552%，變異性較大，增加了生活垃圾填埋場(chǎng)氣體監(jiān)測(cè)的難度，故需要進(jìn)行全時(shí)段監(jiān)測(cè)。2013-2014年學(xué)術(shù)成果年學(xué)術(shù)成果1 Houhu Zhang, Keqiang Zhao, Xiaofei Yan, etal. Effects of Nitrogen Conversion and Environmental Fact

23、ors on Landfill CH4 Oxidation and N2O Emissions in Aged Refuse. Journal of Environmental Management.2013, 126(15), 174-181.2 Jixi Gao, Houhu Zhang*, Xuezhang Cao, etal. Characteristics and kinetics of ammonia and N2O emissions of aged refuse irrigated from landfill leachate. Waste management. 2013,

24、33, 1229-1236.3 Houhu Zhang, Weixin Li, Zucong Cai, etal. Landfill CH4 oxidation and N2O emissions by aged refuse: effects of wastewater NH4+-N incubation, heavy metals and pH. Ecological Engineering, 2013, 52, 243-249.4.Houhu Zhang, Xiaofei Yan, Zucong Cai, et al. Effect of rainfall on the diurnal

25、variations of CH4, CO2, and N2O fluxes from a municipal solid waste landfill. Science of the Total Environment, 2013, 442, 73-76.5 Xiaofei Yana, Houhu Zhanga,*, Bangcheng Caia, Yi Zhanga, The effects of aged refuse and sewage sludge on landfill CH4 oxidation and N2O emissions: roles of moisture cont

26、ent and temperature. Ecological Engineering, 2014.8, Minor Review Return.5 張后虎張后虎, 張洪玲, 張毅, 吳睿, 孫慶瑤. 滲濾液馴化礦化垃圾后處理填埋場(chǎng)CH4的方法. 國(guó)家發(fā)明專利, 授權(quán)專利號(hào):ZL201010292732.4, 授權(quán)日: 2013年06月05日.7 趙克強(qiáng), 孫勤芳, 張后虎張后虎, 朱琳, 芮菡藝. 一種用于填埋場(chǎng)滲濾液水質(zhì)凈化和甲烷強(qiáng)化氧化的覆蓋層及滲濾液處理方法。國(guó)家發(fā)明專利, 申請(qǐng)?zhí)柎a:201210502110.9；申請(qǐng)日: 2012年12月03日.（2014年授權(quán)）8 高吉喜, 蔡邦成

27、, 彭禹, 張后虎張后虎, 一種氣體自動(dòng)采集裝置. 國(guó)家發(fā)明專利, 申請(qǐng)?zhí)柎a: 201310296583.2；申請(qǐng)日: 2013年07月16日.9 2014年投稿了2篇中文論文和2項(xiàng)專利稿件,撰寫(xiě)了英文論文1篇。經(jīng)費(fèi)的執(zhí)行概況：經(jīng)費(fèi)的執(zhí)行概況：2013年經(jīng)費(fèi)執(zhí)行：到賬年經(jīng)費(fèi)執(zhí)行：到賬20.7萬(wàn)元，完成萬(wàn)元，完成100%；2014年經(jīng)費(fèi)執(zhí)行：年經(jīng)費(fèi)執(zhí)行：14萬(wàn)，提供了賬號(hào)等待撥付；萬(wàn)，提供了賬號(hào)等待撥付；2015年經(jīng)費(fèi)編制：初稿完成提交。年經(jīng)費(fèi)編制：初稿完成提交。2013-2014年研究總結(jié)年研究總結(jié) CH4、N2O和CO2的優(yōu)先控制權(quán) 1：以兩周為時(shí)間尺度對(duì)我國(guó)北京、南京和廈門(mén)地區(qū)生活垃圾填埋

28、場(chǎng)3種溫室氣體(CH4、N2O和CO2)進(jìn)行了全年同步監(jiān)測(cè)，獲取四季晝夜日變化通量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將上述結(jié)果統(tǒng)一換算成CO2釋放當(dāng)量后：垃圾填埋場(chǎng)的溫室氣體釋放主要在青壯年時(shí)期，青壯年時(shí)期，CH4釋放量占主釋放量占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，核定比例高達(dá)導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，核定比例高達(dá)90%以上以上。為此，明確垃圾填埋場(chǎng)溫室氣體減排的關(guān)鍵在于控制CH4的釋放量。 CH4對(duì)N2O釋放的驅(qū)動(dòng)作用 2：驗(yàn)證垃圾填埋場(chǎng)CH4、CO2和N2O釋放變化規(guī)律，率先發(fā)現(xiàn)CH4和N2O釋放通量存在顯著正相關(guān)關(guān)系，且后續(xù)以CH4氣體馴化土壤培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了N2O的釋放，這可能是CH4氧化菌參與硝化作用的重要證據(jù)，揭示了填埋場(chǎng)CH4對(duì)N2O釋放的驅(qū)動(dòng)作用。 2013-2014年研究總結(jié)年研究總結(jié)CH4削減技術(shù) 3. 創(chuàng)造性設(shè)計(jì)利用高濃度氨氮(畜禽養(yǎng)殖廢水，垃圾滲濾液等)廢水的基本特征，構(gòu)思馴化塔式濾池中廢棄物填料-礦化垃圾等富集銨氧化菌后，借助其對(duì)CH4的同等氧化能力，構(gòu)建生物覆蓋層氧化填埋場(chǎng)CH4削減總體釋放當(dāng)量的新技術(shù)，發(fā)表相關(guān)論文題為L(zhǎng)andfill CH4 oxidation by mineralized refuse: Effects of NH4+-N incubation, water content and temperature. Science of The Total Environment, 2012,