生活垃圾处理的碳排放和减排策略吴苑莹

生活垃圾处理的碳排放和减排策略吴苑莹

吴苑莹

广东庆达咨询有限公司

摘要：利用质量平衡模型，在核算生活垃圾处理技术碳排放的基础上，通过低碳化程度评价方法，建立了INI向不同层次需求的生活垃圾低碳化策略.研究结果表明，餐厨垃圾产沼利用、生活垃圾填埋气收集利用和焚烧发电的低碳化程度最高，分别为93.7%,75.3%和71.0%.在不具备上述处理条件的地区，可以采用准好氧填埋，或在填埋之前进行好氧稳定预处理实现碳减排，其低碳化程度分别为G1.8%和56.7%.根据目前生活垃圾的处理情况，估算我国每年生活垃圾处理过程将形成甲烷排放超过600力t，总碳排放约1.5亿t;而通过实施低碳化处理策略,2015年甲烷排放可减少至约500力t，总碳排放减少至1.3亿t.

关键词：生活垃圾；填埋；焚烧；碳排放

生活垃圾(MSW)等城市固体废弃物在处理过程中的碳排放是温室气体的重要来源.为制定具针对性的生活垃圾碳减排策略，国内外学者研究了填埋、焚烧等不同处理方式的碳排放规律，并分别采用生命周期评价方法((LCA)、联合国政府问气候变化专门委员会(IPCC)的推荐方法，以及基于清洁发展机制((CDM)的核

算方法，对生活垃圾处理技术以及整个处理系统进行碳排放分析，并以此提出行之有效的措施，如恰当的分类系统、改进的工艺技术、优化的工艺流程等.

如何从宏观角度建立生活垃圾管理系统的低碳化处理策略是减少生活垃圾处理碳排放面临的重要问题.相对中国气候变化初始国家信息通报的1994年数据，目前我国的生活垃圾处理发生了巨大变化.作者采用IPCC的质量平衡

方法，分析了我国目前主要的及正在快速发展的生活垃圾处理技术的碳减排潜力，初步建立低碳化的生活垃圾处理策略，并对我国生活垃圾处理的碳排放情形进行分析.

1研究方法

1.1研究边界

从长期全球碳平衡的角度，生物质碳的释放并不增加大气碳含量，因此在核算不同情形碳排放时，生物质降解或焚烧产生的二氧化碳未被IPCC要求计入碳排放总量，但要求在报告中列出.对于生物质而言，不同处理技术所产生的实际二氧化碳排放量有较大区别，如污泥堆肥法相对于焚烧处理而言，大部分污泥碳元素没有形成二氧化碳排放，而是进入到堆肥产品中，经施用后大部分仍保持生物质碳状态(如土壤腐殖质)，而不是释放到大气中.而生物质碳焚烧后集中生成的二氧化碳将会经过数十年乃至上白年才能重新汇集到生物体内，因此堆肥过程在一定时期内起到了碳固定作用.本研究中既包括生活垃圾中非生物质处理过程的碳排放，也包括餐厨垃圾等生物质处理过程的二氧化碳排放，同时考虑处理过程输出能量产生的减排效应.

1.2评价方法

为了便于对不同处理技术进行比较，参考资源化处理率等指标，建立低碳化程度指标.采用厌氧填埋的最大可能碳排放.作为比较基准，处理技术的综合碳排放间包括甲烷和二氧化碳排放并扣除碳减排效应.

2常用处理技术的碳排放分析

2.1生活垃圾卫生填埋

生活垃圾厌氧填埋过程中，无甲烷收集处理的情况下，其碳排放达到最大，甲烷和二氧化碳排放量分别为:

2.1.1准好氧填埋准好氧填埋场地表层、集水管附近、立渠或排气设施左右部分成为好氧状态，而空气接近不了的填埋层中央部分等则成为厌氧状态.甲烷在填埋气中的比例为10%-20%，按式(2)和式(3)，代入相关参数(MCF=0.5,F=0.2)可以得到:

2.1.2甲烷燃烧CH4收集后可喷焰燃烧，对于大型厌氧填埋场而言，填埋气收集系统的集气效率在30%-80%之问，而密封较好的现代化卫生填埋场可达80%.这里采用80%的集气效率，而其中甲烷全部燃烧.根据式(2)和式(3),碳排放变为:

2.1.3填埋气发电CH4可以纯化燃烧发电，从而实现碳减排.沼气发电效率一般在

1.68-2.00kW*h/m3，大约0.2kgCH4、可回收1kW*h电能.中国主要火电企业发电的单位CO2排放量为0.7-0.8kg/kW*h左右，这里及下文均取0.8kg/kW*h，因此1kgCH4发电可减少燃煤CO2排放4kg.当80%填埋气被收集发电时，减排量为:

2.2餐厨垃圾厌氧发酵

由于我国混合垃圾中含有大量餐厨垃圾，含水率和含盐量很高，严重影响后续焚烧或填埋处理，因此近年来餐厨垃圾的单独收运处理获得了迅速发展，这里以厌氧发酵产沼利用为例.厌氧分解会将大部分DOC转化为CH4和COz，其中CH4

含量在50%-55%之问，CH4最终燃烧转化为COz.代入相关参数(DOC一7%,DOC:=0.5)，甲烷燃烧后形成的总碳排放为

消化残渣可以作为肥料代替部分化肥，但肥料应用存在很大的不确定性，暂不考虑其影响.

2.3不同处理技术的比较

上述计算基于处理技术的一般情况，对于具体项目而言，各种参数会略有不同，可依据上述公式进行调整.根据计算结果.可以看出，餐厨垃圾厌氧发酵产沼利用、填埋气收集利用、好氧堆肥和焚烧发电，碳化程度最高.它们实际上具有双重减排效应，即减少垃圾填埋产生的CH4排放和减少使用化石燃料产生的CO2排放，因此是值得推广的首选减排技术.

3低碳化处理策略和情形分析

随着生活垃圾处理需求的不断改变，其处理策略从无害化、减量化、资源化到低碳化，层次不断提高.这些层次并不是截然分开的它们从低到高逐步过渡并共同构成生活垃圾的处理策略.根据表1的分析结果，要实现生活垃圾的

低碳化管理，首先应考察是否适合采用干湿垃圾分开的收集模式，单独处理餐厨垃圾不仅可以减少碳排放，还可以大幅减轻后续处理负担和难度.然后进一步考察混合垃圾焚烧发电的可能性.如需填埋处理，应尽量使生活垃圾进入有完善管理和沼气收集利用设施的填埋场.如填埋场产气不稳定或无完善的沼气收集系统，

可以将填埋场改造成准好氧填埋场，或者在生活垃圾填埋前，进行好氧稳定预处理，减少填埋过程的甲烷和渗滤液排放.

随着低碳化策略在实践中的应用以及我国相关政策的推动可以预计餐厨垃圾的资源化处理、生活垃圾的焚烧发电以及填埋气的利用将越来越广泛.根据国家统计局2003-2008年环境统计数据，我国生活垃圾总的清运量变化较小，而无害化处理率、焚烧处理比例均显著提高，堆肥比例持续下降，其他处理方式很少(图1).

据此推测2015年我国清运生活垃圾量达到1.6亿t，而无害化处理率达到75，其中焚烧发电处理占20%.根据国家环境保护总局于2002年公布的处理城市垃圾《国家行动方案》，填埋气回收利用的填埋垃圾量比例将达到全部垃圾量的

10%，预计普通厌氧填埋处理占全部垃圾量的40%，其他准好氧填埋、填埋器收集燃烧、好氧预处理等方式共占4%.我国每年餐饮垃圾产生量估计约3000万t，而无害化处理比例不到2%,随着大量资源化设施的投入应用，预计2015年单独处理比例达到5%，约占全部垃圾量的1%.

在这种情形下，利用前述公式可以对我国未来碳排放情况进行预测，如表3所示.CH4排放量将减少至500万t,减少量转换为CO2导致CO2有所增加，而替代能源效应产生的碳减排效果也更加明显，达到1000万t,则总碳排放为1.3亿t,相对于现状减排15%.这说明，通过适当推动生活垃圾填埋气利用、沼气发电和焚烧发电等低碳化技术应用，以及通过好氧稳定方式减少CH4排放后在生活垃圾清运量有所增加的情况下其处理过程碳排放仍可显著减少，从而为我国的温室气体控制，建设低碳社会提供有力支持.

4结论

4.1相对于厌氧填埋，餐厨垃圾厌氧产沼利用、填埋气收集利用和焚烧发电低碳化程度最高，减排潜力最大.

4.2低碳化策略是，在条件许可的地区开展干湿垃圾分类收集，餐厨垃圾进行厌氧产沼利用，其次利用生活垃圾焚烧发电回收能源;而对于经济相对落后的地区，建设大型填埋场可以设置完善的沼气收集利用系统，建设小型填埋场可以使用

准好氧模式，或在填埋之前进行好氧稳定预处理.

4.3我国生活垃圾处理碳排放约1.5亿t，通过适当提高沼气利用、焚烧发电和好氧稳定处理的比例，控制甲烷排放量，促进能源回收利用，就可以使我国2015年在生活垃圾无害化处理量显著增加的情况下，碳排放大幅减少15%.

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