基于GIS-SD中国垃圾填埋场甲烷排放趋势及减排措施研究

摘要

以变暖为特征的全球气候变化是人类目前面临的重大环境问题之一，温室气体中的甲烷增温潜势巨大，在应对气候变化中具有重要的作用，特别是废弃物领域的减排技术相对成熟，减排潜力大，因此在废弃物领域开展甲烷减排研究十分有必要，同时也具有重要的科学意义和实用价值。由于废弃物领域的甲烷主要由垃圾处理释放，本文基于构建的GIS-SD模型，对中国垃圾填埋场甲烷排放趋势及减排措施进行研究，首先，分析垃圾产生量的影响因子，并分析其地域性，揭示了甲烷排放的驱动力;其次，基于政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)推荐方法，估算不同垃圾处理方式的甲烷排放量，明确甲烷排放量的主要产生源;再其次，通过构建的GIS-SD模型，确定模型中的参数及参数间的关系，并根据不同的减排技术设定单一减排技术情景及综合减排技术情景，模拟全国垃圾填埋处理产生甲烷排放量的发展趋势与省域甲烷排放量的空间分布;最后，从减排途径和减排措施两方面来对填埋处理甲烷排放量减排提供建议。研究结果表明:
　　(1)GDP、人口和建成区面积是全国垃圾产生量的主要影响因子，且各影响因子在地理分区和城市规模分区中显示出明显地地域性，而在气候带分区中地域性特点并不明显。在2001-2015年这15年间，市域垃圾产生量各数量级的标准差椭圆都呈现均衡扩张趋势，显示各城市的垃圾产生量都在逐渐增加，且市域填埋场、焚烧场和堆肥厂的标准差椭圆分别显示均衡扩张、集中微扩张与紧缩趋势，显示出填埋场仍是主要垃圾处理方式，焚烧场有普及前景，堆肥前景不明朗。
　　(2)在全国尺度上，填埋、焚烧处理产生的甲烷排放量目前呈现持续增长的趋势，且填埋处理甲烷排放仍是目前垃圾处理的主要甲烷来源，堆肥处理产生的甲烷排放量整体呈现减小的趋势。在地理区域尺度上，填埋和焚烧产生甲烷排放的空间分布呈现东部较多，中部次之，西部较少的格局;而堆肥产生的甲烷排放量则在中部地区最大。在省域尺度上，各省通过填埋、焚烧产生的甲烷排放量都在持续增加，而目前越来越多的省不使用堆肥方式处理垃圾，但近几年也有少数省市以堆肥方式处理垃圾为主。
　　(3)通过情景分析发现，在不应用任何减排技术的情况下，全国垃圾填埋处理甲烷排放量仍将呈现持续增长趋势，并且在模拟时间内，甲烷的排放量没有出现峰值。在应用单一减排技术和综合减排技术时，分类收集技术情景、回收处理技术情景及垃圾分类回收处理情景的填埋处理甲烷排放量在模拟时间内未出现峰值，而其它各减排情景的填埋处理甲烷排放量均出现峰值，且峰值点主要集中出现在2026-2029年。此外，综合减排技术情景的减排量相比单一减排技术情景而言明显大幅度增加，说明多技术协同减排的效果更好。就省域垃圾填埋处理甲烷排放量而言，应用减排技术后各省的甲烷排放量均有减少，且单一减排技术中的中部氧化技术的减排效果较好，综合减排技术中的前中期加强减排技术和全程强制减排技术的减排效果较好。
　　(4)综合减排潜力与减排成本两方面来研究，针对全国甲烷排放量减排而言，两端加强减排技术是最优减排技术。并根据减排途径分析，认为单一的减排技术均有利有弊，只有多种减排技术搭配使用，才能彻底减少填埋处理甲烷排放量，实现尽早达到峰值的目标。

目录

声明

摘要

第一章 概述

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 不同垃圾填埋处理产气预测模型对比

1．3 研究内容与目标

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究目标

1．4 研究方法与创新点

1．4．1 研究方法

1．4．2 创新点

1．4．3 技术路线

第二章 城市生活垃圾产生量的影响因子及动态变化趋势

2．1 城市生活垃圾产生量影响因子分析

2．1．1 城市生活垃圾产生量与GDP的关系

2．1．2 城市生活垃圾产生量与城市人口、建成区面积的关系

2．1．3 城市生活垃圾产生量与城市数量的关系

2．2 不同尺度下城市生活垃圾产生量与影响因子的耦合关系

2．2．1 不同区域城市生活垃圾产生量及其影响因子变化趋势分析

2．2．2 不同区域城市生活垃圾产生量与影响因子的相关关系

2．2．3 不同城市规模城市生活垃圾产生量与影响因子的相关关系

2．2．4 不同气候带垃圾生活产生量与影响因子的相关关系

2．3 城市生活垃圾产生量与不同垃圾处理方式的动态变化趋势分析

2．3．1 2001年和2015年垃圾产生量分级趋势分析

2．3．2 2001年和2015年全国垃圾产生量空间变化趋势分析

2．3．3 2001年和2015年垃圾处理方式趋势分析

2．4 本章小结

第三章 不同垃圾处理方式的甲烷排放量估算及空间尺度分析

3．1 IPCC推荐方法介绍

3．1．1 填埋处理甲烷排放估算方法

3．1．2 焚烧处理甲烷排放估算方法

3．1．3 堆肥处理甲烷排放估算方法

3．2 填埋处理甲烷排放量估算结果

3．2．1 全国甲烷排放量

3．2．2 区域尺度和省级尺度甲烷排放量空间差异

3．3．1 全国甲烷排放量

3．3．2 区域尺度和省级尺度甲烷排放量空间差异

3．4．1 全国甲烷排放量

3．4．2 区域尺度和省级尺度甲烷排放量空间差异

3．5 本章小结

第四章 基于GIS-SD的垃圾填埋处理甲烷排放模型构建

4．1 基于SD的垃圾填埋处理甲烷排放动态变化模型构建

4．1．1 系统动力学原理

4．1．2 建模目的

4．1．3 建模步骤

4．1．4 建模参数

4．2 垃圾填埋处理甲烷排放模型结构分析

4．2．1 垃圾填埋处理甲烷排放模型的因果反馈分析

4．2．2 垃圾填埋处理甲烷排放模型的整体结构

4．3 垃圾填埋处理甲烷排放模型的子系统介绍

4．3．1 人口子系统

4．3．2 垃圾收集子系统

4．3．3 垃圾处理子系统

4．3．4 经济损失子系统

4．3．5 甲烷排放子系统

4．4 模型检验

4．4．1 历史值检验

4．4．2 灵敏度分析

4．5 基于GIS-SD的垃圾填埋处理甲烷排放空间变化模型构建

4．6 本章小结

第五章 不同减排技术下的甲烷排放时空变化情景模拟

5．1 情景设定

5．1．1 单一技术情景设定

5．1．2 综合技术情景设定

5．2 不同技术情景的甲烷排放趋势模拟

5．2．1 单一减排技术情景的甲烷排放趋势模拟

5．2．2 综合减排技术情景的甲烷排放趋势模拟

5．3 不同技术情景在各垃圾处理阶段的减排路径相关因子分析

5．3．1 垃圾收集阶段的相关因子分析

5．3．2 垃圾填埋阶段的相关因子分析

5．4 不同技术情景的甲烷排放空间变化模拟

5．4．1 单一技术情景下甲烷排放空间分布

5．4．2 综合技术情景下甲烷排放空间分布

5．5 本章小结

第六章 最优化减排技术选择及减排措施研究

6．1 不同减排技术的减排潜力与成本分析

6．1．1 单一技术减排的潜力与成本分析

6．1．2 综合技术的减排潜力与成本分析

6．2 垃圾填埋处理甲烷排放减排途径

6．3 垃圾填埋处理甲烷排放减排措施

6．4 本章小结

7．1 主要结论

7．2 不足与展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果