用LCA方法评估城市“白色垃圾”的处置

摘要：对目前城市白色垃圾的2种普遍处置方法——厌氧卫生填埋法和焚烧法进行了LCA分析评估，得出焚烧法可使环境负担相对较轻的结论。
关键词：白色垃圾；LCA方法；填埋法；焚烧法
1前言
城市生活垃圾中的废塑料成份所占的比重平均为4%，有的城市甚至高达8%～10%，体积比可占到30%以上。“白色垃圾”已成为影响城市环境的一个社会公害。
本研究应用LCA方法对城市“白色垃圾”的处置方法进行了分析和评估，从而得出最佳的处置方法。
LCA(Life Cycle Assessment)意为生命周期评估。ISO对LCA的定义是：汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个生命周期间的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法。其原理主要是通过对能源、原材料消耗及废物排放的鉴定及量化来评估一个产品过程或活动对环境带来的负担。
2用LCA评估城市“白色垃圾”的处置
2.1LCA目标与范围的界定
目前，我国有各种处理处置“白色垃圾”的方法和技术，但由于废塑料不可能无限地回收循环利用下去，最终总要以不可用废物形式进入环境中，因此本研究将LCA目标定在“白色垃圾”的最终处置过程。鉴于目前城市垃圾最常用的处置方法是厌氧卫生填埋法和焚烧法，故将LCA评估对象范围界定于准备处置-开始处置-完成处置-后期影响。
2.2实例分析
某50万人口的城市，“白色垃圾”的平均产生量为0.2kg(人•d)。填埋高度与储存坑高度均为7.5m，覆土与垃圾之比为1:4，压实密度为600kg/m3。
2.2.1准备处置-开始处置过程中的数据分析
(1)厌氧卫生填埋法
首先必须确定场地的面积和容量，每年填埋的废物体积可按下式计算：
V=365•W•P/ D + C
式中V——填埋的垃圾体积m3/a；
W——垃圾的产率kg/(人•d)；
P——城市的人口数 人；
D——填埋后废物的压实密度kg/m3；
C——覆土体积m3。
每年所需土地面积为：
A＝V/H
式中H——填埋高度m。
则每年占地面积10138.8m2。
(2)焚烧法
按例设计该城市垃圾焚烧厂有1台焚烧炉，最大焚烧固体废料量为20t/h，可焚烧城市垃圾量约38380t/a，完全可满足该城市每年产生36500t“白色垃圾”。垃圾坑实际设计为3000m3，设占地面积为400m2，厂房设备占地面积按实际设计为600m2，故总占地面积为1000m2。
2.2.2开始处置-完成处置-后期影响过程中的数据分析
(1)厌氧卫生填埋法
填埋场设计为密封型结构，即在填埋场的底部和四周设置人工衬里，使垃圾同环境完全屏蔽隔离，防止地下水的浸入和浸出液的释出。
浸出液的产生量一般采用下列经验公式计算。
Q = C•I•A/ 1000
式中Q——日平均浸出液量m3/d；
C——流出系数%；
I——平均降雨量mm/d；
A——填埋场集水面积m2。
流出系数C与填埋场表面特征、植被、坡度等因素有关一般为0.2～0.8。
据经验，在填埋初期，浸出液中有机酸浓度较高，挥发性有机酸约占1%。浸出液一般性质为色度在2000～4000之间，有腐败臭味；pH值为6～7，呈弱酸性，随时间推移可提高到7～8，呈弱碱性；BOD5随时间逐渐增加，填埋6个月～2.5a达到最高峰，随后下降，到6～15a填埋场安定化为止；CODcr值初期略低于BOD5，随时间推移，BOD5急速下降，而CODcr下降缓慢，从而CODcr略高于BOD5，当BOD5/CODcr<0.1时，难于降解；TOC浓度一般为265～2800mg/L。总的看来，浸出液是一种高浓度的有机废水，一旦渗出就会污染地下水。
垃圾填埋后，由于微生物生化降解作用，可产生气体，初期为好氧分解，产物为CO、H2O和NH3，后期进入厌氧阶段，产物为CH4、CO2、NH3、H2O。
气体的产生量虽然因垃圾中的有机物种类而有所差异，但主要与有机物中可能分解的有机碳成正比。因此，可采用下式推算气体产生量：
G=1.866×Cg/C
式中G——气体产生量L；
Cg——可能分解(气化)的有机碳量g；
C——有机物中的碳量g。
根据Weiss Samuel在卫生填埋场907d的现场观测结果，每m3的垃圾可产生1.5m3的气体。因此，该填埋场可产生气体114061.5m3。实例中每天填埋100t垃圾，产生甲烷约2.2m3/min，可用于燃烧发电。
(2)焚烧法
焚烧炉为马丁氏三动7级平炉一座，焚烧炉内的炉篦可分为干燥区、燃烧区和燃烬区等3个区域。用于干燥及焚烧垃圾的空气由炉篦底部注入，然后根据各区域的使用量而作适当的分配。这种初次燃烧空气是由垃圾储存坑中收集而来的，为提高进入焚化炉时的初次空气的温度及燃烧效率，空气会在热交换器中用水蒸汽加热至约230℃。第三次空气注入与第一次独立，在炉内进行，使产生的气体完全燃烧。按设计每焚烧12t白色垃圾可产生4MW的电力，其中约30%由焚烧厂内部消耗，余下的可并入当地输电网络中。每焚烧1t垃圾只产生约230kg的副产品，占投入焚烧沪垃圾量的23%。