基于垃圾焚烧厂协同处理填埋气和渗滤液浓缩液的研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangxl2000
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填埋作为目前应用最广的城市生活垃圾处置方式,具有成本低廉、操作简便等优势,但也带来了填埋气和渗滤液排放等环境问题。一方面填埋气(主要成分为CH4和CO2)已成为人类最大的温室气体排放源之一。面对已成全球焦点的温室气体排放问题,各国政府空前重视,我国政府承诺到2020年单位GDP的温室气体排放要比2005年下降40%~45%,并对地方各级政府提出了明确的减排任务和考核指标。另一方面渗滤液经膜技术深度处理后会残余部分浓缩液,渗滤液浓缩液处理难度大、成本高,对环境和人类健康造成了潜在危害。在此背景下,本论文开展基于城市生活垃圾焚烧厂协同处理填埋气和渗滤液浓缩液的研究,旨在寻求一种低成本、高效率的温室气体减排方式,同时缓解渗滤液浓缩液处理压力,可以为城市生活垃圾填埋处置的温室气体减排和渗滤液浓缩液处理提供新的研究思路和相关理论基础。首先,论文提出了基于城市生活垃圾焚烧厂协同处理填埋气和渗滤液浓缩液的方法。其基本思路是将填埋气和渗滤液浓缩液输送至邻近城市生活垃圾焚烧厂进行焚烧处理,利用填埋气的热值弥补渗滤液浓缩液焚烧处理带来的热值损失,从而在降低城市生活垃圾填埋处置温室气体排放的同时缓解渗滤液浓缩液的处理压力。为确定该方法下的最优协同处理量,研究中构建了以温室气体排放、成本和风险为目标函数的多目标优化模型,并以四川省成都市万兴垃圾焚烧厂和长安垃圾填埋场为案例进行了应用分析。研究结果表明:案例中每年焚烧22,361,611 m3填埋气和105,013 t渗滤液浓缩液是最优协同处理量;由此可降低填埋场温室气体排放362,365 t CO2 equivalent。其次,论文利用Arena软件(美国Rockwell Software公司开发的通用仿真软件)对填埋气和渗滤液浓缩液协同处理过程进行了仿真模拟研究,进一步分析了协同处理对垃圾焚烧厂的运行以及填埋场温室气体排放的影响,并验证多目标优化结论。研究结果表明:多目标优化模型求解的最优协同处理量可基本实现,即协同处理不会影响城市生活垃圾焚烧厂的正常运行,且可以完成城市生活垃圾填埋场351,675 t/年的温室气体减排量,同时焚烧处理104,408 t/年的渗滤液浓缩液。然后,论文借助Arena软件进行协同处理相关经济成本的仿真模拟以对其进行环境经济分析;与此同时结合委托代理理论及合作博弈理论构建委托代理—合作博弈模型,开展了协同处理的激励机制研究,以设计最合理的激励方案。研究结果表明:(1)在完成351,675 t/年温室气体等量减排任务的前提下,政府理论上需花费8,345,248元/年的减排成本,而通过填埋气和渗滤液浓缩液的协同处理来实现该减排量,仅新增建设和运行成本1,966,808元/年,从而协同处理理论上可为政府节省温室气体减排成本6,378,440元/年。(2)考虑激励机制的需要,政府补贴填埋场和焚烧厂共计2,717,163元/年(扣除成本后,填埋场和焚烧厂可获得净收益750,355元/年),填埋场和焚烧厂分别获得1,246,658元/年、1,470,505元/年。该方案在满足协同处理正常进行的前提下可使政府具有最佳收益(政府从运行层面可节省温室气体减排成本5,628,085元/年),同时保证填埋场和焚烧厂之间利益均衡(填埋场可获净收益406,547元/年;焚烧厂可获净收益343,808元/年),从而维持协同处理的稳定和持续开展。最后,论文设置了三种填埋气和渗滤液浓缩液处理情景。分别是“填埋气直接排放+渗滤液浓缩液回灌”情景、“填埋气直接排放+渗滤液浓缩液蒸发处理”情景和“填埋气和渗滤液浓缩液协同处理”情景。并构建可持续性评价模型从温室气体排放、成本和公众接受度三个维度对各情景进行了综合对比评价。研究结果表明:广泛存在的填埋气直接排放和渗滤液浓缩液回灌处理在现阶段存在成本低廉的优势,但长期劣势明显。而本论文提出的基于垃圾焚烧厂协同处理填埋气和渗滤液浓缩液的方法从可持续性的角度具有极大的优势。论文研究工作表明:(1)基于垃圾焚烧厂协同处理填埋气和渗滤液浓缩液可有效降低城市生活垃圾填埋处置产生的温室气体排放,帮助政府完成温室气体减排任务并节省减排投资,同时处理大量的渗滤液浓缩液,具有显著的环境及经济效益。(2)政府通过制定合理的激励方案,可以推动协同处理实现,使政府和城市生活垃圾处置企业(包括填埋场和焚烧厂)共同受益。(3)从可持续性角度出发,填埋气和渗滤液浓缩液的协同处理可以对温室气体减排、成本和公众接受度三个方面的带来明显的提升。论文研究成果可以为城市生活垃圾处置的温室气体减排和渗滤液浓缩液处理提供新的思路,可以为类似问题的研究提供方法借鉴和理论依据,也可为城市生活垃圾管理系统进行可持续的发展规划提供理论支持和决策依据。
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