垃圾填埋场气体产量的预测

式中，Ych4为1kg填埋垃圾的理论产CH4量(m3/kg)；ω为填埋垃圾的含水率；V为1kg填埋垃圾的有机物含量(％)；COD为填埋垃圾中1kg有机物的COD值(kg/kg)；0.35为1kgCOD的CH4理论产量(m3/kg)。该模型的计算结果同样会导致与化学计量式模型相同程度的正偏差。
统计模型的主要功能是根据给定垃圾量计算可能产生的甲烷总量，对于评价甲烷对气候变化的贡献有重要意义。但由于统计模型无法给出在垃圾产气周期中甲烷排放的分布，所以不能直接作为填埋场甲烷利用的计算依据。有研究指出，由于我国特殊的垃圾组分与大量垃圾的简单处置，单位数量垃圾的甲烷排放量及垃圾的排放衰减速率与国外文献报道的数值均有较大的差异。因此，为客观评价我国垃圾填埋场产甲烷对于温室效应的实际贡献，井对其加以有效利用，有必要研究开发适合我国垃圾特性和填埋场实际情况的产甲烷动力学模型。
2.2动力学模型
2.2.1Gardner动力学模型
N.Gardner和S.D.Probert提出下述公式，式中，P为单位质量垃圾在t年内产CH4量(kg/kg)；Cd为垃圾中可降解有机碳的比率(kg/kg)；X为填埋场产气中CH4的分额；n为可降解组分的总数；Fi为各降解组分中有机碳占总有机碳分数；Ki为各降解组分的降解系数(/a)；t为填埋时间(a)；e为2.718。与前述模型相比，除去在模型中加入了描述降解速率的参数以外，还考虑了总有机碳中各组分可降解有机碳的含量，提高了计算的准确度。利用该模型可以计算出某垃圾填埋场各年以及累积的CH4产生量，为填埋场CH4的收集和利用提供设计依据。但由于假设中可降解有机碳全部转化为CO2和CH4，所以计算结果仍将会明显偏高。

2.2.2Marticorena动力学模型
该模型是填埋场产CH4的一阶动态方程式，其应用的前提是认为填埋场中的垃圾是按年份分层填埋的。该模型的推导过程为：

式中，MP为t时间的垃圾产CH4量(Nm3/t)；MPo为新鲜垃圾的产CH4潜能(Nm3/t)；t为时间(a)；d为垃圾持续产CH4时间(a)；D(t)为第t年的垃圾产CH4速率(Nm3/t•a)；F(t)为第t年填埋场的CH4产率(Nm3/a)；Ti为第i年填埋的垃圾吨数(t)。
该模型中增加了描述垃圾产气周期的参数d，并且假设垃圾产气量随时间按照指数规律递减。因为d值可以利用现场取样测定较为精确地计算，所以其估算结果比较具有针对性和相对接近真值。
3垃圾填埋场产气预测及分析
通过对上述填埋场产CH4模型的分析，我们选定Marticorena动力学模型作为对象开展了研究。为了确定模型参数MPo，我们首先对某城市的垃圾样品(60g)进行了实验室测定，得到垃圾产CH4潜能MPo=85Nm3/t，累积产气量时间变化曲线见图1。另外，又通过对该市多个填埋场的产气情况进行现场测定，确定垃圾的持续产CH4时间d=4a，甲烷浓度曲线见图2。

图1累积产气潜力随时间变化曲线

图2某填埋场产气浓度曲线
应用该模型对某城市垃圾填埋场进行案例计算的结果见图3。该填埋场的处理能力为1700t/d，1991年投入使用，预计使用年限为15年。计算结果表明，该填埋场可以持续产气29年。在填埋场使用期间，共填埋城市垃圾945万t，根据计算CH4的总产生量为8.03亿m3。

图3垃圾填埋场年度CH4产量
根据IPCC推荐的计算公式，发展中国家垃圾中可降解有机碳的含量取为15％，垃圾中可降解有机碳的分解百分率取为77％，计算得出该填埋场的CH4总产生量为7.28亿m3，与上述模型的计算结果基本吻合。
我们又以Marticorena模型为基础，根据近年我国垃圾填埋数据，对全国垃圾填埋场CH4产生量进行了预测(见图4)。

图4我国垃圾填埋年度CH4产生量