随着城市垃圾填埋量的增加，填埋气体造成的环境问题被愈加重视，国内外对填埋气的产生和排放也进行了大量研究，以温室气体和挥发性有机物为主要研究对象。综述了最近几年国内外学者针对填埋场垃圾和填埋气中3种重要温室气体和挥发性有机物(VOCs)的产生模型、产量估计及其监测方法优劣、减排和资源化利用等领域进行的研究成果，指出后续对填埋气间的相关性和由此产生的次生污染物进行适当研究的必要性，与填埋气产生排放相关的气象条件监测也应加强，旨在为填埋气体的相关研究提供参考。

0、引言

我国近年来城镇化水平不断提高，城镇人口不断增加，生活垃圾的产量也日益升高。据国家统计局统计，我国2013的城市生活垃圾清运量为17239万t，城市生活垃圾主要有填埋、焚烧和堆肥三种处理方式，其中填埋法是我国以及世界上大多数国家固体废物处理的主要方法。而垃圾填埋场已成为温室气体产生的重要来源，据美国环保局统计，1990—1997年，美国填埋场排放的温室气体等同于其余温室气体来源的排放量总和，占总温室气体排放量的40%～50%。

有研究表明，填埋气主要由CH4和CO2组成，其温室气体占绝大部分。目前关于填埋气(LFG)中温室气体的研究主要包括CH4、CO2和N2O，还有臭氧的前体物挥发性有机物(VOCs)，本文综合国内外垃圾填埋场上述四类填埋气的产量估算及模型、检测方法、产气规律特征、减排和资源化利用等研究方向的重要成果，以推动国内相关研究的开展。

1、温室气体简述

填埋气体中温室气体和其他恶臭物质的排放所造成的温室效应对全球环境将造成很大影响。有研究表明，城市固体废物处理水平低可导致CH4、CO2和N2O等温室气体产生高污染。王伟等预测我国CH4排放量占我国温室气体排放总量的份额将从2000年的3.83%增加到2020年的7.19%。也有研究对城市垃圾和温室气体排放的几种分析估算方法如FOD(一阶动力衰减法)、修正三角法、缺省法、ICM(原位密室法)、美国EPA填埋场气体排放模型进行评价，并使用软件LandGEM对3个填埋场温室气体排放进行评估，得出LandGEM(3.02版本)是估算垃圾填埋场温室气体排放潜力相对较好的模式。CouthR等用FOD模式计算非洲2010年由城市固体废物处理排放的温室气体占总排放量的8.1%，和2004年发表的数据(6.8%)相似，并估算非洲温室气体排放量由2010—2019年将增长140%。现今填埋气温室气体的检测方法见表1，其中静态箱使用较为普遍。

1.1CH4

大气中的CH4是仅次于CO2的一种重要温室气体，对温室效应的贡献率大约为26%，近年来填埋场排放的甲烷量日益升高，郑思伟等估算杭州市2005—2010年甲烷排放年均增长率为15.25%。

1.1.1甲烷排放影响因素

垃圾在进入填埋场后，分解产气周期可持续数十年至上百年。Tecle等的研究表明甲烷排放与土壤温度显示出良好的时间相关性。Nikiema等研究表明最适于填埋气产生的pH值为6.8～7.2，超出此范围则会出现不同程度的抑制。在气象条件方面，刘鸿霆等研究发现:夏季填埋场的甲烷释放速率明显高于春季，降雨除导致温度下降外，还会覆土层含水率增加从而导致甲烷排放速度下降。高志文等则发现24h内填埋场甲烷排放速率主要受大气压强的影响，温度变化对其影响较小，不过对其他气象条件因素(风速、空气湿度等)的研究却相对较少。

1.1.2甲烷排放量的估算模型

目前国内外关于填埋场CH4排放量的计算模型大致分为动力学模型和统计模型两种类型。其中，统计模型包括IPCC模型(包括质量平衡、FOD法和缺省法等)、化学计量式模型;动力学模型包括Gardner动力学模型和Marticorena动力学模型。而后，钟卫元补充说明动力学模型还包括SheldonArleta模型，统计模型也包括COD估算模型。张洁等利用LandGEM模型对北京市垃圾填埋场填埋气产生量进行估算，结果表明:2012年产生量为19653m3/h，产量高峰将在2016年达到24003m3/h，并且预测值和实际值吻合较好，表明该模型和参数的选择具有较高准确性。在这些模型中，化学计量模型主要用来预测填埋气的理论产气量，动力学模型则主要用来预测填埋气的产气速率，而后者更有现实意义。我国许多学者利用上述模型估算得到不同城市多年度甲烷排放量，详见表2。

由表2可知:随着年份的推移，甲烷估算排放量大致呈上升趋势。采用相同方法时，不同城市的估算量差异较大，这可能和城市化水平、人口数量和垃圾处理程度有关，ChhayHoklis等研究结果表明，由于省会城市固废产量大、人口增长快、经济发展和现代化水平高，其温室气体释放量高于农村。相同城市采用不同的估算方法也存在差异，说明各模型方法的适用性不同。

1.1.3资源化利用

填埋场的资源化利用方法很多，锅炉供热或并网发电是目前国际上应用最广泛的温室气体减排技术，此外还有甲烷氧化技术、甲烷菌抑制技术、准好氧填埋技术。制备性能卓越的管道气、生物覆盖层、可持续填埋技术、生物反应器填埋技术也可减少甲烷排放。若能利用较低成本的填埋气分类使填埋气中各类气体能得到较好的资源化分类利用，不仅能减少不利影响，还能产生经济效益，其中填埋场渗滤液的生物发酵技术有较好的商业利用前景。据中国科技部报告，韩国利用垃圾填埋场的可燃性气体生产出氢燃料，并为氢能源汽车建设了氢能供应站。

1.2CO2

垃圾填埋初期，产生的填埋气主要是CO2，经过一段时间以后，排放气体中的甲烷含量逐渐上升。产气高峰一般要在垃圾填埋3～5年后才出现，气体成分和浓度随填埋年限和垃圾成分的不同而变化。XuQiyong等研究指出生物反应技术在中国固体废物处理方面有着良好的应用前景。马占云等用静态箱法监测了CH4和CO2释放通量，指出春、夏、秋季释放通量变化较为平稳，二者表现为显著正相关，并且日变化具有随机性，11月份覆盖层氧化作用相对较弱，对CO2的相对浓度扰动程度比7月份平稳。从影响因素方面说明CO2释放通量与土壤含水率呈显著正相关(P<0.01)，与覆土温度无相关性(P>0.05)。

1.3N2O

氧化亚氮(N2O)是三大温室气体之一，作为一种高效痕量的温室气体，N2O具有极高的潜在增温效应，其单分子潜在的增温作用是CO2的296倍，且N2O可以在大气中长期存在，对臭氧层具有较强的破坏作用。据统计，生活垃圾填埋场N2O排放量占其温室气体总排放量的3%。研究指出了相比森林、湿地、草原等自然生态系统，生活垃圾填埋场在理论上可能具有更强的氧化亚氮释放能力，并分析比较了静态箱法、涡度相关法等N2O通量测定方法在填埋场的适用性。对于影响因素的问题，概括了影响生活垃圾填埋场覆土N2O释放主要因素包括土壤的温度、含水率、pH、质地、碳氮含量和植被状况等;SunYingjie等研究表明各影响因素在垃圾填埋的不同阶段影响不同，并且后期N2O排放量较大。

2、挥发性有机物(VOCs)

垃圾的成分非常复杂，在填埋场内部填埋压缩作用下会发生一系列复杂的生化反应，产生多种的次生物质，目前已被发现的就达百种，其中体积分数小于1%的微量挥发性有机污染物(VOCs)是大气中臭氧及二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物，主要包括烷烃、环烷烃、芳烃和卤代化合物等，有研究在垃圾填埋场大气中共检测出34种VOCs化合物，其中19种化合物属于美国环保局重点控制的空气有害污染物。

2.1挥发性有机物的产生

VOCs可在大气中形成光化学烟雾，对环境和人体造成极大危害。许多发达国家都颁布了相应的法令以限制排放，垃圾填埋场是VOCs的重要排放源。随着垃圾填埋年限的增加，挥发性有机物的产生和排放量从填埋伊始逐年增加。研究得出:VOCs的释放表现出明显的季节性及区域性变化，夏季垃圾填埋场VOCs种类和浓度都远远高于冬季。研究表明:填埋区空气中VOCs浓度明显高于周边环境，近地面低洼处明显高于开阔处高地，夏季其种类和浓度都高于春季。通过5年期间在上海的生活垃圾填埋场监测，发现秋季VOCs种类多于春季，总体上以单环芳烃、甲基乙基酮、卤代脂肪烃为主。通过比较不同填埋年限垃圾VOCs的释放，得出原位好氧稳定法更适用于减少VOCs排放浓度。

2.2检测方法

目前对填埋场VOCs的检测研究有很多，现今普遍使用的是气质联用法。王黎明等[34]分析比较了气相色谱法、高效液相色谱法、膜技术处理、化学法和在线检测试验舱等检测方法的差异性。采用USEPATO-15方法对某垃圾填埋场填埋作业区、填埋场边界及周围敏感点大气中的挥发性有机物进行监测。采用过滤吸附法得出开放环境中含量最高的4种挥发性有机物分别为四氯化物、柠檬苯、间二甲苯、三氯乙烯，并对城市垃圾填埋场VOCs排放进行了许多研究，如采用含活性炭放射性扩散Radiello管进行两个月的静态取样，并溶剂萃取进行GC-MS分析，结果表明VOCs的主要来源是开放式单元，与相邻来源假设相悖，也在中试规模含6.4t固体废弃物的空间利用相同方法研究甲烷化过程之前的VOCs排放，发现酸性条件对VOCs的排放有促进作用，当甲烷开始产生时，烷烃含量下降，烯烃含量上升。

对填埋气的研究还包括其他气体，如DongbeiYue等研究了中国北方不同地区城市固体废物填埋场的含硫化合物排放规律，发现所排放的含硫化合物中二甲基二硫含量最多，硫化物在地表和土壤覆盖两种情况下排放速率相似。

3、结论

目前已有较多针对垃圾填埋场填埋气排放影响因素的研究，但是具体因素与气体排放的关系以及如何影响的研究相对较少，例如影响气体排放的气象条件如风速、湿度、光照等与气体排放的相关性，各因素之间的交叉相关性还应予以考虑。根据以上综述，针对填埋场排放气体的研究主要集中在直接排放的气体，关于LFG中各种气体排放之间相关性以及交互作用的研究稍有欠缺。填埋场排放物资源化利用潜力较好，往后研究可稍加注意。挥发性有机物的排放种类较多，但因其容易与大气中气体反应产生次生污染物，故应针对填埋场大气污染物的种类和数量以及和气象条件的相关性进行研究。