作者:Ihsanullah Sohoo et al. 来源:Sustainability 发布时间:2022/3/30 16:13:21
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控制温室气体排放,促进发展中国家废物处理场的环境可持续性 | MDPI Sustainability

论文标题:Environmental Sustainability Enhancement of Waste Disposal Sites in Developing Countries through Controlling Greenhouse Gas Emissions

期刊:Sustainability

作者:Ihsanullah Sohoo et al.

发表时间:25 December 2020

DOI:10.3390/su13010151

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期刊链接:

https://www.mdpi.com/journal/sustainability

研究背景

城市固体废物 (MSW) 的可持续管理是发展中国家的市政当局面临的主要挑战之一[1-3]。固体废物的可持续管理可定义为通过收集、转移/运输、再利用、回收、处置和填埋的方法对固体废物进行处理,并考虑对公共卫生和生态系统的成本和影响[4,5]。

发展中国家普遍实行露天处置和不加控制地燃烧城市固体废弃物[6]。垃圾填埋场和废物处理场是全球人为排放甲烷的部分关键因素[7,8]。与其他人为造成的温室气体 (greenhouse gases GHG) 相比,甲烷是 (CH4) 仅次于二氧化碳 (CO2) 的第二大潜在气候变化因素[9]。预计未来几年中,发展中国家废物处理导致的温室气体排放量将增加[10]。

为了控制固废处理产生的温室气体,发展中国家已开发了各种废物处理技术,包括堆肥、利用能量回收进行焚化、厌氧消化池、垃圾填埋生物反应器、垃圾填埋气 (LFG) 捕集、垃圾衍生燃料 (RFD) 以及水泥中的燃烧器[11,12],但仍然缺乏可持续的废物处理机制或技术。[13]

在巴基斯坦,露天倾倒和焚烧城市固体废物是一种广泛的废物处理方法[11,14,15]。卡拉奇是巴基斯坦人口最多、最大的城市,每天生产约15,000吨的城市固体废弃物[14,16]。在卡拉奇,有60%的城市固体废弃物被收集并在垃圾场中公开处置。[16]

研究过程

来自德国汉堡工业大学和巴基斯坦达伍德工程技术大学的Sohoo博士、德国汉堡工业大学的 Ritzkowski博士以及Kuchta博士在Sustainability期刊发表的文章中,为了估计卡拉奇废物处理场的温室气体排放量,并提出适合环境可持续的废物处理方案,以控制甲烷的排放。作者通过在模拟城市生活垃圾堆放场普遍存在的条件 (考虑气候和废物组成) 中进行。与现有情况并行,模拟了三种不同的情况以进行比较。通过在实验后对废物进行生化甲烷潜力 (BMP21) 评估,在减少残留甲烷形成潜力的基础上,对每种情况下的环境可持续性进行了比较。

作者在德国汉堡工业大学环境技术与能源经济研究所的实验室中制备了代表卡拉奇城市固体废弃物成分的模型废物样品[17]。在垃圾填埋场模拟反应堆实验期间,通过模拟四种不同的垃圾填埋场情况,评估了废物处置场的甲烷排放量。实验后,通过废物的生化甲烷测试评估了每种废物处理方法的残余甲烷还原潜力。表1给出了本研究中使用的合成MSW样品的成分。

表1. 本垃圾填埋场模拟实验中使用的合成MSW样品的组成[18]。

为了模拟不同的垃圾填埋条件,包括卡拉奇市垃圾处理场的现状,研究人员使用了四个玻璃反应堆 (平均高度和直径分别为38.6厘米和14.7厘米),并在36°C的可控气候条件下运行C±1 [19]。垃圾填埋场模拟反应堆设置的图示如图1所示。

图1. 修改后的垃圾填埋场模拟反应堆的示意图和设置[19]。

实验结束后,通过对垃圾填埋场模拟反应堆中采集的固体废物样品进行BMP21测试,对应用方法的环境可持续性评估进行了分析。废物样品的BMP21测试是根据德国工程师协会VDI 4630 2016 [20]给出的协议进行的。实验过程遵循研究论文[17]中报道的BMP21测试。生化甲烷电势 (BMP21) 测试实验装置的示意图如图2所示。

图2. 改进后的生化甲烷潜力 (BMP21) 测试装置的示意图[17]。

通过研究卡拉奇的城市固体废弃物管理情况 (产生、组成和处置速率) 和气候条件,研究人员对本研究设计的不同城市固体废弃物填埋方案中的甲烷排放量进行了估算。

表2. 用于估算卡拉奇废物处理场甲烷排放量和发电量的基本城市固体废弃物的数据。

研究结论

本研究通过模拟不同的垃圾填埋场情况估算出甲烷排放量,研究结果表明,在露天垃圾处理的现有运行条件下,卡拉奇的垃圾填埋场排放了大量的甲烷。通过从其他垃圾掩埋场情景模拟中获得的结果,研究人员还观察到,通过将开放式垃圾处理场转变为卫生垃圾掩埋场,可以成功地提高巴基斯坦和其他发展中国家现有的城市固体废物垃圾场的环境可持续性。将生物反应器垃圾填埋场方法与垃圾填埋气回收系统结合使用时,可以快速稳定废物,提高垃圾填埋气的产量,并提供更多的发电量。通过选择具有垃圾填埋气回收设施的生物反应器方法,与传统的厌氧垃圾填埋方法相比,可以多产生30%的电力。此外,可以通过提高废物收集率来增加常规卫生和生物反应堆填埋场的发电量。这项研究表明,为了缩短甲烷的排放时间,如果将原位曝气应用于回收旧垃圾场将是一种有希望的方法。

参考文献

1. Cetrulo, T.B.; Marques, R.C.; Cetrulo, N.M.; Pinto, F.S.; Moreira, R.M.; Mendizábal-Cortés, A.D.; Malheiros, T.F. Effectiveness of solid waste policies in developing countries: A case study in Brazil. J. Clean. Prod.2018, 205, 179–187.

2. Aleluia, J.; Ferrão, P. Characterization of urban waste management practices in developing Asian countries: A new analytical framework based on waste characteristics and urban dimension. Waste Manag.2016, 58, 415–429.

3. Ziraba, A.K.; Haregu, T.N.; Mberu, B. A review and framework for understanding the potential impact of poor solid waste management on health in developing countries. Arch. Publ. Heal. 2016, 74, 1–11.

4. Tchobanoglous, G.; Kreith, F. Handbook of Solid Waste Management, 2nd ed.; McGraw-Hill Education: New York, NY, USA, 2002; ISBN 0071500340.

5. Ayodele, T.R.; Alao, M.A.; Ogunjuyigbe, A.S.O. Effect of collection efficiency and oxidation factor on greenhouse gas emission and life cycle cost of landfill distributed energy generation. Sustain. Cities Soc.2020.

6. Ferronato, N.; Torretta, V. Waste mismanagement in developing countries: A review of global issues. Int. J. Environ. Res. Publ. Health 2019, 16, 1060.

7. Ritzkowski, M.; Stegmann, R. Controlling greenhouse gas emissions through landfill in situ aeration. Int. J. Greenh. Gas Control 2007, 1, 281–288.

8. Lou, X.F.; Nair, J. The impact of landfilling and composting on greenhouse gas emissions–A review. Bioresour. Technol. 2009.

9. Shakoor, A.; Ashraf, F.; Shakoor, S.; Mustafa, A.; Rehman, A.; Altaf, M.M. Biogeochemical transformation of greenhouse gas emissions from terrestrial to atmospheric environment and potential feedback to climate forcing. Environ. Sci. Pollut. Res. 2020, 27, 38513–38536

10. Friedrich, E.; Trois, C. Quantification of greenhouse gas emissions from waste management processes for municipalities–A comparative review focusing on Africa. Waste Manag. 2011, 31, 1585–1596

11. Kristanto, G.A.; Koven, W. Estimating greenhouse gas emissions from municipal solid waste management in Depok, Indonesia. City Environ. Interact.2019. [Google Scholar] [CrossRef]

12. Pariatamby, A.; Tanaka, M.; Islam, A.; Rasul, G.; Manandhar, P.; Parveen, J.A.; Ahmed, N. Municipal Solid Waste Management in Asia and the Pacific Islands; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2015.

13. Korai, M.S.; Mahar, R.B.; Uqaili, M.A. The feasibility of municipal solid waste for energy generation and its existing management practices in Pakistan. Renew. Sustain. Energy Rev.2017, 72, 338–353

14. Ihsanullah, S. China Banned Plastic Waste. Review of prospectives and solutions for plastic waste recycling in Pakistan under circular economy approach. In Proceedings of the ISWA-SWIS Winter School Proceedings; Hossain, M.D., Brenda, A.H., Kamler, A.V., Eds.; Solid Waste Institute for Sustainability (SWIS); The University of Texas at Arlington: Arlington, TX, USA, 2020.

15. Korai, M.S.; Mahar, R.B.; Uqaili, M.A. Optimization of waste to energy routes through biochemical and thermochemical treatment options of municipal solid waste in Hyderabad, Pakistan. Energy Convers. Manag. 2016, 124, 333–343

16. Korai, M.S.; Ali, M.; Lei, C.; Mahar, R.B.; Yue, D. Comparison of MSW management practices in Pakistan and China. J. Mater. Cycles Waste Manag.2019.

17. Sohoo, I.; Ritzkowski, M.; Heerenklage, J.; Kuchta, K. Biochemical methane potential assessment of municipal solid waste generated in Asian cities: A case study of Karachi, Pakistan. Renew. Sustain. Energy Rev.2021, 135.

18. Shahid, M.; Nergis, Y.; Siddiqui, S.A.; Farooq Choudhry, A. Environmental impact of municipal solid waste in Karachi city. World Appl. Sci. J. 2014, 29, 1516–1526

19. Sohoo, I.; Ritzkowski, M.; Kuchta, K. Evaluation of behavior of waste disposal sites in karachi, pakistan and effects of enhanced leaching on their emission potential. Detritus2019,7, 96–103.

20. Verein Deutscher Ingenieure Fermentation of Organic Materials. Characterisation of the Substrate, Sampling, Collection of Material Data, Fermentation Tests; VDI Guideline 4630; Verein Deutscher Ingenieure: Düsseldorf, Germany, 2016.

原文出自Sustainability期刊

Sohoo, I.; Ritzkowski, M.; Kuchta, K.; Cinar, S.Ö. Environmental Sustainability Enhancement of Waste Disposal Sites in Developing Countries through Controlling Greenhouse Gas Emissions. Sustainability 2021, 13, 151.

 
 
 
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