郝 麗 孫 嫻 姜創(chuàng)業(yè) 鞏祥夫

(陜西省氣候中心，陜西西安710015)

隨著人口增長、城市化進(jìn)程加快以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，城市生活垃圾的產(chǎn)生量日益增多，垃圾處理不僅影響居民的生活環(huán)境質(zhì)量，而且還關(guān)系到溫室氣體排放。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發(fā)布的《氣候變化2007綜合報告》［1］中，明確將廢棄物作為一個獨(dú)立對象來計算其溫室氣體排放量。我國政府高度重視由生活垃圾處理引起的溫室氣體排放，并在2007年編制的《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》中將加強(qiáng)城市垃圾管理作為減緩溫室氣體排放的重點(diǎn)領(lǐng)域之一［2］。目前，我國對垃圾的處理通常采取填埋、焚燒和堆肥三種方式，其中填埋是我國城市生活垃圾處理的主要方式［3］。在填埋處理過程中垃圾中的有機(jī)物將發(fā)生厭氧分解，主要產(chǎn)生CH4和CO2兩種溫室氣體，占90%以上。CH4是一種重要的溫室氣體，雖然在大氣中的含量遠(yuǎn)低于CO2，但其百年全球增溫潛勢值為CO2的25倍［4］。因此生活垃圾填埋處理產(chǎn)生的溫室氣體排放會對氣候產(chǎn)生長期影響，并已受到廣泛關(guān)注。

目前，針對生活垃圾處理溫室氣體排放研究，國內(nèi)專家開展了多項研究。例如:全球環(huán)境基金(GEF)項目的分報告之一《1990年中國溫室氣體控制源與匯估算》［5］;“UNDP/GEF中國初始國家信息通報”項目5－《中國城市廢棄物溫室氣體排放清單編制》［6］;高慶先等采用 IPCC提供方法研究中國生活垃圾的排放現(xiàn)狀［7］。以上研究在計算生活垃圾處理碳排放方面，大多是通過采樣或假設(shè)獲得垃圾物理組成后進(jìn)行計算，但也有部分學(xué)者將運(yùn)輸過程車輛燃油納入計算范圍，將整個垃圾的收運(yùn)和處理過程看作一個生命周期，對不同處理方式進(jìn)行物質(zhì)能量輸入輸出的計算和比較。

本文以2002－2010年西安市市容環(huán)境衛(wèi)生數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算西安市生活垃圾運(yùn)輸和處理過程中的直接和間接溫室氣體排放量。直接排放是指衛(wèi)生填埋、堆肥和焚燒過程垃圾中的碳或氮轉(zhuǎn)化成溫室氣體排放的總量并折算成CO2排放當(dāng)量;間接排放則指垃圾運(yùn)輸過程車輛燃油消耗、處理廠運(yùn)行耗能(主要是電)以及填埋氣回收利用排放的CO2當(dāng)量。

1 生活垃圾直接溫室氣體排放

1.1 數(shù)據(jù)與方法

生活垃圾填埋量來源于《陜西省城市建設(shè)年報》［8］，西安市生活垃圾填埋量見表1;生活垃圾組分為環(huán)衛(wèi)部門資料;用于發(fā)電的CH4量來源于威立雅環(huán)境服務(wù)公司;估算溫室氣體排放量的排放因子參數(shù)主要參考《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》［9］(以下簡稱《2006年IPCC指南》)。

填埋氣的主要成分是CH4和CO2，各占50%左右，其他氣體如 O2、N2、H2S、烷烴和芳烴等含量極少［10］，可用如下方法計算填埋氣中CH4和CO2的排放量［11］:

表1 西安市生活垃圾填埋量

式中，ELi指垃圾填埋場CH4(或CO2)排放量(萬t/年);MSWL為城市生活垃圾填埋量;DOC為垃圾中可降解有機(jī)碳含量(%);r為垃圾中可降解有機(jī)碳的分解百分率，取IPCC推薦值50%［9］;50%指CH4(或CO2)在填埋氣中的比例，取IPCC推薦值50%［12］;Mi為 CH4(或 CO2)的分子量;12為C的分子量。

式中:DOC為垃圾中可降解有機(jī)碳的百分比;DOCi為垃圾各組分i中可降解有機(jī)碳的百分比;Wi為垃圾中第i類組分的百分比。生活垃圾組分?jǐn)?shù)據(jù)出自環(huán)衛(wèi)部門。玻璃、金屬、磚石、渣土和煤灰中幾乎不含DOC，故未在表1中列出，各組分的DOCi含量為IPCC推薦值［12］，通過公式2計算得出填埋垃圾的DOC為12.5%(表2)。

表2 生活垃圾中可降解有機(jī)物組成及其可降解有機(jī)碳(DOC)比例(%)

1.2 結(jié)果與分析

圖1 西安市生活垃圾填埋溫室氣體直接排放量

圖1為2002－2010年西安市生活垃圾填埋產(chǎn)生的CH4和CO2的排放量，表明填埋產(chǎn)生的CH4和CO2量在2002－2007年變化不大，2007－2010年逐年遞增，2002年CH4排放量為5.10萬t，CO2排放量為14.03萬 t，到2010年，分別為8.40萬 t和23.09萬t，相當(dāng)于大約93萬t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒的排放(圖1)。純CH4具較高的發(fā)熱量，是較好的清潔能源，2010年西安填埋場排放的CH4發(fā)熱量相當(dāng)于約7萬t管道煤氣，存在著較大的節(jié)能減排潛力。

2 生活垃圾間接溫室氣體排放

2.1 能耗

2.1.1 中轉(zhuǎn)站到垃圾填埋場運(yùn)輸過程

研究表明［12］，垃圾清運(yùn)過程能耗極少，根據(jù)《PAS2050規(guī)范》產(chǎn)生CO2量小于1%的過程，可忽略不計。本文以公式(3)估算垃圾從中轉(zhuǎn)站運(yùn)輸?shù)教盥駡鲞^程的溫室氣體排放量:

Etr為運(yùn)輸過程車輛的CO2排放量(t)，Cdiesel為車輛勻速行駛時的柴油消耗(L/km)，Ti為運(yùn)往填埋場的生活垃圾總量(t)，Lc為每輛車的裝載垃圾量t/車，Dai為填埋場的服務(wù)距離(km)，2為環(huán)衛(wèi)車輛的來回，不計滿載與空載的燃油差異，γ為柴油的CO2排放因子，取69.7kg/MJ，θ為柴油的能源密度因子，取 38.6MJ/L［13］。

在計算運(yùn)輸過程的溫室氣體排放時，運(yùn)往填埋場的生活垃圾總量見表1，所用車輛為10t大卡車，百公里油耗為35L。根據(jù)公式3計算得出運(yùn)輸過程中排放的CO2總量在2002－2005年變化不大，2005－2010年逐年遞增明顯(見圖2)。

2.1.2 垃圾填埋過程能耗

垃圾運(yùn)到填埋場后，需要出料裝載機(jī)、推土機(jī)、填埋壓實機(jī)和挖掘機(jī)等對其進(jìn)行填埋壓實，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，其所使用的機(jī)械與蘇州市垃圾填埋場所用機(jī)型一致。朱文婷［14］根據(jù)蘇州市垃圾填埋場現(xiàn)場統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到這些機(jī)械的油耗數(shù)據(jù):出料裝載機(jī) 0.73L/t，推土機(jī) 0.65L/t，填埋壓實機(jī) 0.22L/t，挖掘機(jī) 0.27L/t，從而得到填埋場的機(jī)械總耗油為1.87L/t。根據(jù)西安市生活垃圾填埋總量及各種機(jī)械油耗數(shù)據(jù)得出填埋過程能耗，然后根據(jù)公式3計算得出垃圾填埋過程排放CO2總量并列于圖2。垃圾填埋過程中排放的CO2總量受垃圾處理總量影響較大，其變化趨勢與垃圾總量變化一致，2005－2010年垃圾處理總量增長明顯，故垃圾填埋過程中由于能耗問題產(chǎn)生的CO2總量增長較明顯(見圖2)。

2.2 垃圾中轉(zhuǎn)站電耗

垃圾中轉(zhuǎn)站處理設(shè)施運(yùn)行中消耗的能源主要是電能，

圖2 西安市生活垃圾填埋間接溫室氣體排放

根據(jù)李雯婧等［15］的研究結(jié)果，該過程每壓縮1t垃圾用電 1.92kWh，采用《省級溫室氣體清單編制指南》［16］推薦的西北區(qū)域電網(wǎng)CO2排放系數(shù)0.977kg/kWh，根據(jù)西安市垃圾中轉(zhuǎn)站填埋垃圾總量，計算得出垃圾中轉(zhuǎn)站處理間接排放的CO2量。垃圾中轉(zhuǎn)站電耗產(chǎn)生的間接CO2排放較其他間接排放的CO2較少，垃圾中轉(zhuǎn)站電耗產(chǎn)生的間接CO2排放在2002－2010年緩慢增大且在0.2－0.4萬t之間(圖2)。

2.3 沼氣發(fā)電站溫室氣體減排

根據(jù)2002－2010年垃圾填埋場沼氣發(fā)電量及用于發(fā)電消耗的CH4量，采用《省級溫室氣體清單編制指南》［19］推薦的西北區(qū)域電網(wǎng)CO2排放系數(shù)0.977kg/kWh，計算得出2002－2010年所發(fā)電量間接CO2減排量，并且根據(jù)用于發(fā)電的CH4按照其百年全球增溫潛勢值為CO2的25倍［5］，將這兩部分相加作為沼氣發(fā)電站溫室氣體減排量，這部分算作匯從垃圾產(chǎn)生CO2中減去。由表3可知:江村溝垃圾填埋場沼氣發(fā)電站2003年12月正式投產(chǎn)運(yùn)行，其2002年和2003年CO2減排量為0，隨著垃圾填埋量的增大和發(fā)電機(jī)組的增加，2005－2010年間沼氣站發(fā)電量增大，由此引起的CO2減排量從2004年的18.56萬t增大到2010年的52.74萬t，增大近3倍，其減排成績顯著，盡管如此，西安市生活垃圾填埋氣的絕大部分都釋放到環(huán)境中，僅30%的沼氣回收利用發(fā)電，西安市生活垃圾處理仍存在很大的節(jié)能減排空間。

表3 2002－2010年西安市沼氣發(fā)電廠CH4回收量及溫室氣體排放量

3 結(jié)論與討論

3.1 生活垃圾溫室氣體排放

本文計算了2002－2010年西安市生活垃圾處理的直接和間接溫室氣體排放量，計算結(jié)果分別按照CO2排放當(dāng)量合計后列于表4，可看出:西安市生活垃圾處理溫室氣體直接排放量逐年遞增，間接排放量為負(fù)值，為溫室氣體匯，其絕對值逐年遞增，這是由于沼氣發(fā)電減排溫室氣體量作為匯抵消了其他間接過程的溫室氣體排放量。西安市生活垃圾溫室氣體排放量從2002年143.02萬tCO2當(dāng)量增加到2010年182.73萬t左右，而2004－2008年排放量呈下降趨勢，這是由于江村溝垃圾發(fā)電場減排溫室氣體引起，2009年和2010年溫室氣體排放增大，是由于生活垃圾產(chǎn)量和填埋量的明顯增大引起。

表4 2002－2010年西安市生活垃圾溫室氣體排放 單位:萬t CO2當(dāng)量

3.2 節(jié)能減排策略

2010年由于填埋氣回收發(fā)電，西安市的溫室氣體排放量由233.03萬 t減少到182.73萬 t，減排了 21.59%左右。而發(fā)達(dá)國家廢棄物領(lǐng)域減排潛力很大，部分國家衛(wèi)生填埋減排量占其領(lǐng)域減排總量的70%以上［17］。從節(jié)能減排角度考慮，西安市廢棄物領(lǐng)域還存在很大節(jié)能減排空間，因此應(yīng)加快填埋氣收集利用技術(shù)的發(fā)展。垃圾填埋場CH4減排的方式主要有自然減排與人工減排。西安市目前的衛(wèi)生填埋是自然減排的主要方式。人工減排的主要措施包括:①增加具有完善管理和沼氣收集系統(tǒng)的衛(wèi)生填埋場比例;②有機(jī)成分的厭氧填埋處理是垃圾填埋場產(chǎn)生溫室氣體的重要來源，所以可以將填埋構(gòu)造由厭氧型改為半好氧型或滲濾液回灌的半好氧型，研究表明，與厭氧型填埋相比，半好氧型或滲濾液回灌的半好氧型填埋可分別降低CH4排放60%和80%［18］;③在生活垃圾填埋前，進(jìn)行好氧穩(wěn)定預(yù)處理，減少填埋過程的CH4和滲濾液排放。④西安市垃圾分類系統(tǒng)比較薄弱，因此應(yīng)加大衛(wèi)生填埋的垃圾分類以及回收利用力度;⑤西安市生活垃圾增加量較大，而國外其卻逐漸減少，因此從源頭抓起，最大程度地減少垃圾產(chǎn)生量，是走低碳之路必然之選。

(編輯:張 英)

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