胡 月

（上海申環(huán)環(huán)境工程有限公司，上海市 200043）

0 引 言

2020 年9 月22 日，習(xí)總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上宣布：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！弊孕贾两瘢倳浺呀?jīng)在多個(gè)重要的國際場合就中國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，發(fā)表重要講話。這是中國對(duì)全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)的莊嚴(yán)承諾，也是中國作為一個(gè)負(fù)責(zé)人的大國的體現(xiàn)。

為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，國家多部委出臺(tái)了多項(xiàng)政策，“碳達(dá)峰、碳中和”已經(jīng)被寫入了《中國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》。當(dāng)前全行業(yè)都在開展“碳達(dá)峰、碳中和”相關(guān)的研究及工作[1-3]。生物質(zhì)廢物在處理過程中也會(huì)排放相當(dāng)量的溫室氣體，而厭氧消化是最適宜處理生物質(zhì)廢物的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)減量化、無害化和資源化，通過產(chǎn)出清潔能源甲烷，替代石化天然氣實(shí)現(xiàn)碳的減排[4-6]。

國際上對(duì)于生物質(zhì)廢物處理的碳排放量有不同的計(jì)算方法，如IPCC 國家溫室氣體清單指南[7-8]，英國水工業(yè)研究協(xié)會(huì)（UKWIR）的碳審計(jì)方法[9-10]，世界資源研究所（WRI）/ 世界企業(yè)永續(xù)發(fā)展委員會(huì)（WBCSD）的溫室氣體協(xié)議及計(jì)算手冊(cè)[11]、加拿大環(huán)境部長理事會(huì)開發(fā)的BEAM 模型[12]、國際水協(xié)會(huì)BSM2G 模型[13]、生命周期分析方法[14-16]等。本研究針對(duì)一個(gè)污泥與餐廚垃圾混合厭氧消化的實(shí)際工程，進(jìn)行碳排放量的計(jì)算，并依據(jù)CCER 的方法學(xué)計(jì)算了該工程的碳減排效果。通過本項(xiàng)目的研究，可以為實(shí)際生物質(zhì)廢物處理工程的碳減排評(píng)價(jià)提供借鑒。

1 某污泥與餐廚混合厭氧消化項(xiàng)目概況

1.1 污泥與餐廚產(chǎn)量與基本性質(zhì)

1.1.1 污泥產(chǎn)量與性質(zhì)

本項(xiàng)目位于華中某市，處理市區(qū)污水廠污泥與餐廚垃圾，工程預(yù)計(jì)2022 年下半年完工后投入運(yùn)行。本文計(jì)算該項(xiàng)目自2023 年至2035 年的碳減排量，其中2023 年污泥的日處理量預(yù)計(jì)為126 t/d，污泥的逐年增長率取5%。污泥在污水廠經(jīng)過脫水出來，含水率為80%，之后與餐廚垃圾進(jìn)行混合厭氧消化。經(jīng)過前期取樣分析，污泥中有機(jī)物含量偏低，為30%。

1.1.2 餐廚產(chǎn)量與性質(zhì)

項(xiàng)目所在城市還未推行生活垃圾分類，本項(xiàng)目處理中心城區(qū)餐飲網(wǎng)點(diǎn)產(chǎn)生的餐廚垃圾，根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果，預(yù)測(cè)2023 年中心城區(qū)餐廚垃圾產(chǎn)生量為75 t/d，餐廚垃圾產(chǎn)生量以5%的比率逐年遞增。餐廚垃圾含水率85%，有機(jī)物含量為85%，遠(yuǎn)高于污泥。

1.2 處理工藝

餐廚垃圾首先經(jīng)過破袋篩選，除去大塊雜質(zhì)，然后進(jìn)行磁力分選，去除磁性金屬，再進(jìn)行擠壓制漿，除砂除雜最后進(jìn)行提油處理，將餐廚垃圾中的廢油、廢水和廢渣分離開。 廢油脂工業(yè)級(jí)混合油和生物柴油作為清潔能源出售。污水廠污泥經(jīng)過脫水，將含水率降至80%，然后與提油后的餐廚垃圾混合，進(jìn)行均質(zhì)處理，然后進(jìn)行厭氧消化，產(chǎn)生沼氣，部分沼氣用于廠內(nèi)供熱鍋爐的燃料，另一部分沼氣經(jīng)提純用于發(fā)電，厭氧消化后的沼渣經(jīng)過脫水后再進(jìn)行堆肥，制成肥料進(jìn)行土地利用。

2 研究方法

2.1 項(xiàng)目邊界

項(xiàng)目邊界范圍是在基準(zhǔn)線下處理有機(jī)垃圾的處理場（SWDS）和其替代方案，具體包括電力和熱力的生產(chǎn)和使用，并包括厭氧消化后沼渣，但是不包括餐廚垃圾收集和運(yùn)輸?shù)倪^程。計(jì)算過程中涉及到的溫室氣體及排放源見表1。

表1 項(xiàng)目涉及的溫室氣體及其排放源

2.2 基準(zhǔn)線排放量計(jì)算

項(xiàng)目的基準(zhǔn)線排放包括兩部分：本項(xiàng)目不存在的情況下，污泥和餐廚在SWDS 產(chǎn)生的甲烷排放；項(xiàng)目活動(dòng)不存在的情況下能量生產(chǎn)或電網(wǎng)消耗的電量?？偟幕鶞?zhǔn)線排放量由式（1）計(jì)算。

式中：BEy為項(xiàng)目總的基準(zhǔn)線排放量，t CO2；BECH4，y為第y 年來自SWDS 的甲烷基準(zhǔn)線排放量，t CO2；BEEC，y為第y 年與發(fā)電相關(guān)的基準(zhǔn)線排放量，t CO2。

2.2.1 S WDS 中產(chǎn)生的甲烷的基準(zhǔn)線排放

本項(xiàng)目不存在的情況下，處理相同量的污泥和餐廚垃圾在SWDS 中產(chǎn)生的甲烷基準(zhǔn)線排放，使用式（2）計(jì)算。

式中：φy為第y 年的模型不確定性修正系數(shù)；fy為在SWDS 和火炬中，由于采取了燃燒或其他手段而減少的甲烷排放，t CO2；GWPCH4為甲烷的全球溫升潛勢(shì)值，25；OX 為氧化因子；F 為填埋氣中甲烷的體積比；DOCf，y為第y 年在SWDS 中可降解有機(jī)碳的比率；MCFy為第y 年的甲烷修正因子；Wj，x為項(xiàng)目處理的第j 類固體垃圾在第x 年的數(shù)量，t；DOCj為第j 類垃圾中可降解有機(jī)碳比例；Kj為第j 類垃圾的降解率，1/yr。

2.2.2 能源產(chǎn)生的基準(zhǔn)排放量

項(xiàng)目處理污泥與餐廚垃圾后，產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電，如果相同的發(fā)電量由化石燃料產(chǎn)生，則由此產(chǎn)生的基準(zhǔn)排放量由式（3）計(jì)算。

式中：ECBL，k，y為第y 年項(xiàng)目的發(fā)電量，MWh；EFEL，k，y為第y 年電源k 電量所產(chǎn)生的排放因子，t CO2/MWh；TDLk，y為第y 年電源k 供電平均輸配電損耗率。

式（3）中的排放因子FEEL，k，y由式（4）計(jì)算：

式中：ωOM為電量邊際排放因子權(quán)重；EFgrid，OM，y為第y年的電量邊際排放因子，t CO2/MWh；ωBM為容量邊際排放因子權(quán)重；EFgrid，BM，y為第y 年的容量邊際排放因子，t CO2/MWh。

2.3 項(xiàng)目排放量計(jì)算

項(xiàng)目的排放量包括項(xiàng)目用電量排放和厭氧消化罐的甲烷排放量。

2.3.1 項(xiàng)目用電產(chǎn)生的排放量

項(xiàng)目用電量產(chǎn)生的排放由式（5）計(jì)算。

式 中：PEEC，y為 項(xiàng) 目 用 電 排 放 量，t CO2；ECPJ，j，y為項(xiàng)目用電量，MWh；FEEL，k，y為組合編輯排放因子，t CO2/MWh；TDLj，y為第y 年電源j 供電平均輸配電損耗率。

2.3.2 厭氧消化罐的甲烷排放量

項(xiàng)目厭氧消化罐的排放量由式（6）計(jì)算。

式中：PECH4，y為項(xiàng)目在第y 年的厭氧消化罐甲烷排放量，t CO2；QCH4，y為甲烷重量，t；EFCH4，default為與處理方式相關(guān)的甲烷排放因子；GWPCH4為甲烷的全球溫升潛勢(shì)值，25。

2.4 項(xiàng)目泄漏量計(jì)算

項(xiàng)目的泄漏量由式（7）計(jì)算。

式中：LEy為項(xiàng)目泄漏量，t CO2；Qy為 第y 年的廢物處理量，t；EFCH4，y為與處理方式相關(guān)的甲烷排放因子；GWPCH4為甲烷的全球溫升潛勢(shì)值，25；GWPN2O為氧化亞氮的全球溫升潛勢(shì)值，298。

2.5 項(xiàng)目碳減排量計(jì)算

項(xiàng)目的碳減排量由式（8）計(jì)算。

式中：ERy為項(xiàng)目減排量，t CO2；BEy為項(xiàng)目的基準(zhǔn)線排放量，t CO2；PEy為項(xiàng)目排放量，t CO2；LEy為項(xiàng)目泄漏量，t CO2。

3 結(jié)果與討論

3.1 項(xiàng)目基準(zhǔn)線排放分析

項(xiàng)目的基準(zhǔn)線排放包括SWDS 中產(chǎn)生的甲烷基準(zhǔn) 線 排 放BECH4，y和 發(fā) 電 相 關(guān) 的 基 準(zhǔn) 線 排 放BEEC，y，具體計(jì)算結(jié)果如下。

3.1.1 S DWS 中產(chǎn)生的甲烷基準(zhǔn)線排放

SDWS 中產(chǎn)生的甲烷基準(zhǔn)線排放按照式（2）計(jì)算，其中各參數(shù)取《IPCC 2006 年國家溫室氣體清單指南》中的缺省值，首先計(jì)算得到第1 年的污泥與餐廚的混合物在之后每年的基準(zhǔn)線排放量。同樣的，分別計(jì)算每年新產(chǎn)生的混合物在其后逐年的基準(zhǔn)線排放量。詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見圖1。每一年SWDS 中的基準(zhǔn)線排放都包括當(dāng)年進(jìn)入SWDS 的新鮮有機(jī)廢物產(chǎn)生的甲烷排放及之前各年份進(jìn)入SWDS 的有機(jī)廢物在這一年釋放的甲烷。由圖1 可見，有機(jī)廢物進(jìn)入SDWS 后，其溫室氣體的排放量呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)。另外，每一年的全部排放量是上升的，但是上升的幅度逐年下降，這是由有機(jī)廢物的分解速度逐漸下降所致。

圖1 S DWS 產(chǎn)生的基準(zhǔn)線排放量（單位：t CO2）

3.1.2 電力產(chǎn)生的基準(zhǔn)線排放

本項(xiàng)目位于華中地區(qū)，根據(jù)《2019 年度減排項(xiàng)目中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》中的數(shù)據(jù)；EFgrid，OM，y為0.858 7 t CO2/MWh，EFgrid，BM，y為0.285 4 t CO2/MWh的容量邊際排放因子，ωOM和ωBM取默認(rèn)權(quán)重值50%和50 %。再根據(jù)式（4）計(jì)算得到組合邊際排放因子FEEL，k，y為0.572 0。根據(jù)式（3）計(jì)算項(xiàng)目由電力生產(chǎn)造成的基準(zhǔn)線排放。經(jīng)過前期測(cè)算，項(xiàng)目投入運(yùn)營后，在2023 年每日可產(chǎn)生3 600 m3富裕沼氣用于發(fā)電，全年可發(fā)電2 628 MWh，之后每年發(fā)電量按照污泥和餐廚的增長率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 與電力生產(chǎn)相關(guān)的基準(zhǔn)線排放

3.1.3 項(xiàng)目的總基準(zhǔn)線排放

經(jīng)過以上計(jì)算，得到了項(xiàng)目邊界內(nèi)的SWDS 的甲烷基準(zhǔn)排放量BECH4，y和電力產(chǎn)生的基準(zhǔn)排放量BEEC，y，項(xiàng)目的基準(zhǔn)排放量為二者之和，根據(jù)式（1），計(jì)算得到項(xiàng)目的逐年基準(zhǔn)排放量BEy，結(jié)果見表3。

表3 項(xiàng)目的基準(zhǔn)線排放

3.2 項(xiàng)目排放分析

項(xiàng)目排放包括項(xiàng)目用電量排放PEEC，y和項(xiàng)目厭氧消化池的甲烷排放量PECH4，y。

3.2.1 項(xiàng)目的用電量排放

由于本項(xiàng)目采用厭氧沼氣發(fā)電，因此按照方法學(xué)不產(chǎn)生額外的碳排放，因此本項(xiàng)目的用電量排放為0。

3.2.2 項(xiàng)目厭氧消化罐甲烷排放量

經(jīng)過測(cè)算，項(xiàng)目在2023 年產(chǎn)生沼氣131.4 萬m3，折算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，甲烷質(zhì)量為526 t，再根據(jù)甲烷的全球升溫潛勢(shì)值折算碳排放量，結(jié)果見表4。

表4 項(xiàng)目厭氧消化罐的排放量

3.2.3 項(xiàng)目的排放

項(xiàng)目的排放為用電量排放和厭氧消化罐排放量之和，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 項(xiàng)目排放量

3.3 項(xiàng)目泄漏量分析

項(xiàng)目的泄漏量主要產(chǎn)生在厭氧沼渣的堆肥過程，沼渣經(jīng)過脫水處理后，將含水率降低到60%，然后進(jìn)行堆肥處理，經(jīng)過測(cè)算，項(xiàng)目在2023 年投入運(yùn)行后，當(dāng)年可產(chǎn)生脫水沼渣16 983 t，沼渣按照5%的比例逐年增加，根據(jù)式（7）計(jì)算項(xiàng)目的泄漏量，結(jié)果見表6：

表6 項(xiàng)目泄露量

3.4 項(xiàng)目減排量分析

由式（8）計(jì)算項(xiàng)目的減排量，結(jié)果見圖2。由圖2可見，項(xiàng)目的減排量逐年上升，表示其減排效果逐年增強(qiáng)。

圖2 項(xiàng)目減排量

4 結(jié) 語

通過案例研究得出以下結(jié)論：

（1）本項(xiàng)目的減排量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，表明隨著該項(xiàng)目的投入運(yùn)行，其碳減排的效果不斷增強(qiáng)，從2023 年至2035 年，項(xiàng)目共減排378 814 t CO2，平均每年減排29 140 t CO2。

（2）對(duì)碳減排貢獻(xiàn)最大的是SWDS 中的甲烷基準(zhǔn)線排放，其值逐年上升，但是每年的增幅相比前一年呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。

（3）對(duì)于該項(xiàng)目，泄漏量明顯高于厭氧消化罐的甲烷排放量，這主要是考慮了厭氧后沼渣在堆肥過程中CH4和N2O 的釋放，從進(jìn)一步減少項(xiàng)目排放量的角度出發(fā)，有必要研究厭殘?jiān)幚硖幹眠^程溫室氣體排放機(jī)制及減排技術(shù)，從而減少項(xiàng)目的總體排放量。