垃圾填埋场温室气体排放研究进展张后虎201616

1、汇报人：张后虎汇报人：张后虎环保部南京环境科学研究所环保部南京环境科学研究所2016年年01月月07日日专项名称：应对气候变化的碳收认证及相关问题专项名称：应对气候变化的碳收认证及相关问题(XDA05000000)项目名称：土地利用与畜牧业的甲烷和氧化亚氮排放项目名称：土地利用与畜牧业的甲烷和氧化亚氮排放(XDA05020000)课题名称：垃圾填埋场课题名称：垃圾填埋场CH4和和N2O排放排放(XDA05020600)南京地区垃圾填埋场温室气体排放南京地区垃圾填埋场温室气体排放研究进展研究进展 中国科学院战略性先导科技专项中国科学院战略性先导科技专项2014年的工作内容年的工作内容目标与定位目

2、标与定位 主要内容总成果或新认识总成果或新认识 2015年的工作计划年的工作计划存在的问题与解决方法存在的问题与解决方法一、目标与定位一、目标与定位 五年目标五年目标 根据项目建立的静态箱采样/气相色谱测定的技术规范和数据质量控制规范，完成南京城市垃圾填埋场不少于3年的CH4和N2O排放测定测定，协同建立我国垃圾填埋场CH4和N2O排放实地原位测定数据基础 明确我国垃圾填埋场CH4和N2O排放规律及其关键控制因素。提供我国垃圾填埋场CH4和N2O排放清单编制方案、方案涉及的排放因子及不确定性分析， 提出垃圾填埋场CH4和N2O减排对策措施及其减排潜力评估。 培养24名硕士研究生，发表SCI论文

3、24篇，申请减排技术相关的国家发明专利12项。 定位定位中国环境科学研究院中国环境科学研究院 （北京）（北京） 环保部南京环科所环保部南京环科所 （南京）（南京） 中科院城市环境研究所中科院城市环境研究所 （厦门）（厦门） 中科院南京土壤研究所中科院南京土壤研究所 （不确定因素分析，室内）（不确定因素分析，室内） 技术路线南京地区垃圾填埋场CH4和N2O垃圾来源、填埋时间、填埋方式等CH4、N2O排放测定CO2排放测定有机物质含量及组成分析环境条件（温度、水分等）CH4、N2O通量数据库清单编制方案CH4、N2O排放因子渗滤液调节池新增加二、总成果或新认识二、总成果或新认识Liner Syst

4、ems 膜系统膜系统Leachate Collection Systems 渗滤液收集系统渗滤液收集系统Gas Management Systems 气体管理系统气体管理系统Cap System for Closure 封场覆盖系统封场覆盖系统年份年份2003年年2004年年2005年年2006年年2007年年2008年年2009年年生活垃圾清运生活垃圾清运量量(万吨万吨)14856.515509.315576.814841.315214.5315437.715733.68生活垃圾无害生活垃圾无害化处理化处理量量(万吨万吨)7544.78088.78051.17872.69437.691030

5、6.611232.29生活垃圾无害生活垃圾无害化处理化处理率（率（%）50.852.151.752.262.0366.7671.39填埋处理填埋处理(万吨万吨)6404.06888.96857.16408.27632.78424.08898.6填埋率填埋率（%）43.1144.4244.0243.1850.1754.5756.56二、总成果或新认识二、总成果或新认识南京轿子山垃圾填埋场布置点位南京轿子山垃圾填埋场布置点位操作平台操作平台3近景，装备填埋气体收集系统二、总成果或新认识二、总成果或新认识测试测试平台平台主要特征主要特征起始日期起始日期停止日期停止日期备注备注1填埋龄填埋龄12 15

6、年年2012年年4月月2013年年4月月释放通量低，停止测释放通量低，停止测定定2填埋龄填埋龄5 8年，上层覆盖年，上层覆盖HDPE膜膜2012年年4月月2013年年4月月释放通量低，停止测释放通量低，停止测定定3填埋龄填埋龄1 2年，无填埋气体收年，无填埋气体收集集2012年年4月月2014年年6月月结束结束4填埋龄填埋龄1 2年，有填埋气体收年，有填埋气体收集集2012年年4月月2014年年6月月结束结束5填埋龄填埋龄3 5年，有填埋气体收年，有填埋气体收集集2013年年6月月2014年年6月月结束结束6新鲜垃圾操作平台新鲜垃圾操作平台2013年年6月月2014年年6月月结束结束7坡面（坡

7、面（2 5年）年）2013年年6月月2015年年6月月正在进行正在进行8坡面劽隙坡面劽隙2014年年6月月2015年年6月月正在进行正在进行9渗滤液管道与调节池渗滤液管道与调节池2014年年6月月2015年年6月月正在进行正在进行10填埋场填埋场CH4减排：好氧和厌氧减排：好氧和厌氧技术技术2011年年1月月2015年年12月月自主研发，正在进行自主研发，正在进行部分数据展示部分数据展示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平台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平台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平台春季雨后春季雨后CH4, CO2, and N2O释放释放 昼夜变化昼夜变化首次报道以春季为例，重点考察昼夜温差较大（首次报道以春季为例，重点考察昼夜温差较大（15C）,经历降雨过经历降雨过程，水热交换强度大的外界条

10、件下，降雨后垃圾填埋场程，水热交换强度大的外界条件下，降雨后垃圾填埋场CH4, CO2, 和和N2O的释放通量在的释放通量在32小时之内的昼夜变化。小时之内的昼夜变化。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平台CO2、CH4和N2O释放通量昼夜变化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平台-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平台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平台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平台0102030 SWC ST 2平台CO2、CH4和N2O释放通量昼夜变化 (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平台-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平台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平台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平台0102030 SWC ST 3平台CO2、CH4和N2O释放通量昼夜变化 (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平台-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平台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平台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平台0102030 SWC ST 1）生活垃圾填埋场是CO2、CH4和N2O的

22、重要释放源。但由于生活垃圾填埋场是高度异质性体系，气体受多因素（土壤含水率、温度和场地）交互影响，昼夜和季节性变化没有统一的规律。 2）CO2仅与土壤含水率呈显著正相关（P0.01）；N2O释放通量仅与覆土温度显著负相关（P0.01 ）。 3）N2O释放通量变异系数范围为17%1552%，变异性较大，增加了生活垃圾填埋场气体监测的难度，故需要进行全时段监测。2013-2014年学术成果年学术成果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 张后虎张后虎, 张洪玲, 张毅, 吴睿, 孙庆瑶. 渗滤液驯化矿化垃圾后处理填埋场CH4的方法. 国家发明专利, 授权专利号:ZL201010292732.4, 授权日: 2013年06月05日.7 赵克强, 孙勤芳, 张后虎张后虎, 朱琳, 芮菡艺. 一种用于填埋场渗滤液水质净化和甲烷强化氧化的覆盖层及渗滤液处理方法。国家发明专利, 申请号码:201210502110.9；申请日: 2012年12月03日.（2014年授权）8 高吉喜, 蔡邦成

27、, 彭禹, 张后虎张后虎, 一种气体自动采集装置. 国家发明专利, 申请号码: 201310296583.2；申请日: 2013年07月16日.9 2014年投稿了2篇中文论文和2项专利稿件,撰写了英文论文1篇。经费的执行概况：经费的执行概况：2013年经费执行：到账年经费执行：到账20.7万元，完成万元，完成100%；2014年经费执行：年经费执行：14万，提供了账号等待拨付；万，提供了账号等待拨付；2015年经费编制：初稿完成提交。年经费编制：初稿完成提交。2013-2014年研究总结年研究总结 CH4、N2O和CO2的优先控制权 1：以两周为时间尺度对我国北京、南京和厦门地区生活垃圾填埋

28、场3种温室气体(CH4、N2O和CO2)进行了全年同步监测，获取四季昼夜日变化通量基础数据，将上述结果统一换算成CO2释放当量后：垃圾填埋场的温室气体释放主要在青壮年时期，青壮年时期，CH4释放量占主释放量占主导优势，核定比例高达导优势，核定比例高达90%以上以上。为此，明确垃圾填埋场温室气体减排的关键在于控制CH4的释放量。 CH4对N2O释放的驱动作用 2：验证垃圾填埋场CH4、CO2和N2O释放变化规律，率先发现CH4和N2O释放通量存在显著正相关关系，且后续以CH4气体驯化土壤培养实验促进了N2O的释放，这可能是CH4氧化菌参与硝化作用的重要证据，揭示了填埋场CH4对N2O释放的驱动作用。 2013-2014年研究总结年研究总结CH4削减技术 3. 创造性设计利用高浓度氨氮(畜禽养殖废水，垃圾渗滤液等)废水的基本特征，构思驯化塔式滤池中废弃物填料-矿化垃圾等富集铵氧化菌后，借助其对CH4的同等氧化能力，构建生物覆盖层氧化填埋场CH4削减总体释放当量的新技术，发表相关论文题为Landfill CH4 oxidation by mineralized refuse: Effects of NH4+-N incubation, water content and temperature. Science of The Total Environment, 2012,