龍吉生 杜海亮 鄒 昕 黃靜穎

上海康恒環(huán)境股份有限公司 上海 201703

近年來，隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，全球生活垃圾產(chǎn)生量年年攀升。世界銀行預(yù)測，到 2050年，全球生活垃圾年產(chǎn)生量將達(dá) 34 億噸[1]，較 2016年將增長約 70%（圖 1）。中國作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，在 2020年僅城市生活垃圾清運(yùn)量已達(dá) 2.35 億噸，相比 2010年，近 10年間增長了約 49%[2]。經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展遭遇垃圾圍城的困境，生活垃圾的減量化、資源化和無害化處理受到廣泛關(guān)注。

圖1 全球各地區(qū)生活垃圾產(chǎn)生量及增長預(yù)測[1]Figure 1 Municipal solid waste (MSW) production and growth forecast in various regions of the world[1]

各國對城市生活垃圾處理主要有回收、填埋和焚燒等方式。其中，焚燒處理在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用最為廣泛。2018年，歐盟 28 國生活垃圾焚燒處理比例達(dá) 26.6%[3]，而在日本，2019年可燃垃圾幾乎 100% 通過焚燒的方式被處理[4]。

我國的生活垃圾焚燒行業(yè)也經(jīng)歷了從無到有的過程。2000年前，由于缺乏垃圾焚燒設(shè)備制造技術(shù)、設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)，我國絕大部分城市主要以填埋方式處理生活垃圾。自 2000年城市生活垃圾焚燒處理成套設(shè)備被列入《關(guān)于公布<當(dāng)前國家鼓勵發(fā)展的環(huán)保產(chǎn)業(yè)設(shè)備(產(chǎn)品)目錄>（第一批）的通知》起，我國垃圾焚燒處理行業(yè)迎來發(fā)展機(jī)遇。2011年發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市生活垃圾處理工作意見的通知》中進(jìn)一步明確了國家大力推廣垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)，到 2020年，我國已經(jīng)形成以焚燒為主的生活垃圾處理方式（圖 2）。

垃圾焚燒發(fā)電替代垃圾填埋，降低了溫室氣體（甲烷）排放，具有碳減排效益。2004—2020年，隨著我國垃圾焚燒處理量的迅速增加，垃圾處理碳排放量逐年遞減（圖 2）。至 2030年預(yù)測垃圾處理碳排放量為 _4256 萬噸 CO2①填埋排放系數(shù)為0.61噸CO2/噸垃圾，數(shù)據(jù)來源于《中國產(chǎn)品全生命周期溫室氣體排放系數(shù)集 2022》（ http://lca.cityghg.com）；焚燒排放系數(shù)為-0.36噸CO2/噸垃圾，數(shù)據(jù)來源于114個 中國核證自愿減排量（ CCER）審定項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)。，碳減排效益明顯。

圖2 中國生活垃圾填埋處理量與焚燒處理量及碳排放統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Figure 2 Statistics of landfill, MSW incineration and carbon emission in China數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計(jì)局（https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01&zb=A0C06&sj=2021）Data source: National Bureau of Statistics (https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01&zb=A0C06&sj=2021)

綜上，在碳中和背景下，本文將對我國現(xiàn)有城市生活垃圾處理現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)的分析與思考，并提出生活垃圾處理行業(yè)節(jié)能減排降碳關(guān)鍵技術(shù)與模式，為《園區(qū)碳達(dá)峰碳中和實(shí)施路徑專項(xiàng)報(bào)告》②生態(tài)環(huán)境部科技與財(cái)務(wù)司. 關(guān)于報(bào)送2021年國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)建設(shè)評價報(bào)告的通知. (2022-03-23)[2022-07-14]. https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/sthjbsh/202203/t20220323_972357.html.等促進(jìn)行業(yè)碳減排發(fā)展的報(bào)告和政策編制提供借鑒與參考。

1 基于垃圾分類的城市生活垃 圾處理全過程碳減排分析

1.1 垃圾分類方式

隨著垃圾分類普遍推行，各地垃圾分類方式多樣，有二分法、三分法、四分法和五分法等，其中四分法為主流分類方式。以上海為例，生活垃圾被分為可回收物、有害垃圾、濕垃圾和干垃圾 4 類。同時建立分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸和分類處理的垃圾處理系統(tǒng)。

然而，四分法在實(shí)施過程中仍存在諸多問題： ① 前端居民分類投放缺乏有效管理和監(jiān)督；② 在收運(yùn)環(huán)節(jié)，存在前端分類但后續(xù)混運(yùn)，或統(tǒng)收統(tǒng)運(yùn)等打擊民眾積極性的問題；③ 前端若未分出不可燃物，在處理環(huán)節(jié)則將使得焚燒發(fā)電廠投資大、耗能多；④ 濕垃圾處理廠長期穩(wěn)定運(yùn)行待驗(yàn)證，大量的剩余可燃物仍要焚燒處理，滲瀝液（沼液）多且難處理。

針對上述問題，結(jié)合國外成功案例和中國國情，本文對 3 種典型垃圾分類模式進(jìn)行研究分析（圖 3）。模式 1 為現(xiàn)行四分法，模式 2 將四分法干垃圾中不可燃部分單獨(dú)分出，模式 3 將干垃圾和濕垃圾根據(jù)能否燃燒分為可燃垃圾和不可燃垃圾，其中濾水后廚余為可燃垃圾。

圖3 3種典型垃圾分類模式Figure 3 Three typical waste classification modes（a）模式1：干+濕；（b）模式2：干+濕+不可燃；（c）模式3：可燃+不可燃(a) Mode 1: Dry-wet wet quartering method; (b) Mode 2: Dry-wet-noncombustible quintile method; (c) Mode 3: Combustible-noncombustible quartering method

1.2 不同分類模式的全生命周期成本分析

為系統(tǒng)評價不同分類體系綜合能效情況，本節(jié)以全生命周期視角針對干濕（模式 1）、干濕不可燃（模式 2） 、可燃不可燃（模式 3）等分類模式進(jìn)行綜合能效對比分析。垃圾全生命周期包括垃圾分類投放、分類收集、分類運(yùn)輸、分類處理和資源回收等環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。

以 1000 噸/日的生活垃圾處理量為例，對不同分類模式垃圾組分及收運(yùn)設(shè)備的折舊年限進(jìn)行了如表1所示的假設(shè)，運(yùn)用生命周期評價法（life cycle assessment， LCA）法對 3 種分類模式的輸入、輸出物質(zhì)及全生命周期成本進(jìn)行分析。成本包括濕垃圾處理廠及焚燒廠運(yùn)營成本、收運(yùn)成本、融資成本；收入包括電力、油脂、爐渣。在 3 種模式中，干垃圾/可燃垃圾進(jìn)行焚燒發(fā)電，凈化工藝包括煙氣凈化、廢水處理、飛灰螯合等，爐渣外送出售；濕垃圾處理包括餐廚處理和廚余處理、產(chǎn)生滲瀝液產(chǎn)沼發(fā)電、油脂回收出售、廢渣入爐焚燒、處理系統(tǒng)所需用電及蒸汽來源于焚燒系統(tǒng)；不可燃垃圾進(jìn)行填埋處理。

對表 1 的測算結(jié)果如表 2 所示，在輸入/輸出方面，模式 3 加強(qiáng)了廚余濾水，垃圾收運(yùn)過程中的滲瀝液產(chǎn)量減少約 60 噸/日；同時，模式 3 的發(fā)電效率最高，約為 32.06 萬度/日。在全過程成本方面，模式 1、模式 2 和模式 3 全過程成本依次降低，模式 3 的總成本最低，約為 387.7 元/噸。相比模式 1、模式 2，模式 3 的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益更加顯著：① 滲瀝液產(chǎn)量減少，收運(yùn)處理環(huán)節(jié)的臭氣問題將得到極大解決；② 垃圾熱值提高，配置高參數(shù)焚燒發(fā)電技術(shù)，燃燒更充分，可降低煙氣初始濃度，極大降低二次污染控制方面的壓力；③ 可減少惰性物質(zhì)進(jìn)入收運(yùn)處理環(huán)節(jié)，避免不可燃垃圾進(jìn)入焚燒系統(tǒng)帶來的熱損失；④ 較低的全過程成本有利于減輕垃圾處理的財(cái)政壓力，便于垃圾處理收費(fèi)政策的實(shí)施。

表1 生活垃圾分類模式的基礎(chǔ)條件Table 1 Basic scenarios for MSW classification modes

表2 生活垃圾分類模式對比表（以 1000 噸/日為例）Table 2 Comparison of MSW classification modes (taking 1000 t/d as an example)

1.3 生活垃圾分類末端處理的碳減排分析

本文應(yīng)用《中國產(chǎn)品全生命周期溫室氣體排放系數(shù)集 （2022年）》排放系數(shù)，參考丹麥大學(xué)開發(fā)的EASEWASTE/EASETECH 模型分析方法對生活垃圾分類末端處理方式的碳減排效益進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，在填埋為主、沼氣部分回收發(fā)電的情景下排放當(dāng)量為 0.61 噸 CO2/噸垃圾；在焚燒為主、灰渣填埋的情景下排放當(dāng)量為 _0.12 噸 CO2/噸垃圾，相比填埋處置，垃圾焚燒發(fā)電碳減排效益顯著 ；當(dāng)垃圾按干濕分類后，采取廚余垃圾厭氧發(fā)酵、可燃垃圾焚燒、其他垃圾填埋處理的組合處理方式，該情景下排放當(dāng)量為 _0.068 噸 CO2/噸垃圾，較之混合垃圾焚燒，碳減排效益反而有所下降。同時，對垃圾分類的可回收物進(jìn)行回收利用，碳減排效益明顯。以塑料為例，雖然在回收過程中會產(chǎn)生碳排放，但是回收利用后帶來的排放當(dāng)量為 _0.24 噸 CO2/噸垃圾。提高可回收物的回收利用比例，可大大減少碳排放。

由此看來，垃圾分類帶來的碳減排效益主要是可回收物的回收利用和垃圾焚燒發(fā)電替代填埋。因此，在垃圾分類模式下，垃圾焚燒發(fā)電廠高效低碳運(yùn)行意義重大。

2 高效低碳垃圾焚燒發(fā)電廠的建設(shè)與運(yùn)營

2.1 生活垃圾焚燒廠碳減排分析與思考

生活垃圾中的碳源分為生物碳源和化石碳源兩部分，采用焚燒處置時，生物碳源的排放僅參與大氣碳循環(huán)，其排放系數(shù)為 0[5]，因此焚燒的碳排放主要來源于垃圾中化石碳燃燒。垃圾焚燒發(fā)電替代垃圾填埋，降低了溫室氣體（CH4等）排放，同時垃圾焚燒發(fā)電可替代傳統(tǒng)火電發(fā)電，具有潛在的碳減排屬性[6,7]。

生活垃圾焚燒廠碳減排分析采用的 CCER 方法學(xué)為：CM-072-V01，多選垃圾處理方式[8]。

生活垃圾焚燒廠減排量計(jì)算公式如下：

其中，ERy為減排量（噸 CO2）；BEy為基準(zhǔn)線排放（噸 CO2）；PEy為項(xiàng)目排放（噸 CO2）；LEy為泄漏排放（噸 CO2）。其中，基準(zhǔn)線排放包括生活垃圾進(jìn)入填埋場產(chǎn)生的排放、火力發(fā)電產(chǎn)生的排放及其他方式供熱產(chǎn)生的排放；項(xiàng)目排放量包括生活垃圾焚燒化石碳源產(chǎn)生的排放、滲瀝液處理過程中產(chǎn)生的排放及添加輔助燃料產(chǎn)生的排放。生活垃圾焚燒廠不考慮泄露排放。

隨著垃圾分類實(shí)施，焚燒廠入爐生物碳比例減少，化石碳比例增加，使得焚燒廠碳排放量增加。除此，我國現(xiàn)行《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》（GB50869-2013）未對導(dǎo)排填埋氣強(qiáng)制性要求集中燃燒或利用，在 CCER 方法學(xué)計(jì)算基準(zhǔn)中，該法規(guī)下填埋氣回收率fy取 0；而實(shí)際上，我國目前受控較好的厭氧填埋場沼氣收集率在 60%—80% 之間[9,10]，因此若將來標(biāo)準(zhǔn)對fy根據(jù)實(shí)際排放數(shù)據(jù)修訂，則填埋場實(shí)際排放入大氣中的溫室氣體量大大降低。另外，隨著火電行業(yè)技術(shù)改進(jìn)，區(qū)域碳排放強(qiáng)度基準(zhǔn)線也有所下調(diào)。

面對以上 3 種變化，生活垃圾焚燒廠碳減排面臨新的挑戰(zhàn)，因此在碳中和背景下，焚燒廠應(yīng)不斷探索更優(yōu)的技術(shù)促進(jìn)低碳排放，其中包括爐排大型化、提高熱利用效率及發(fā)電效率等。

2.2 提高焚燒爐單爐垃圾處理規(guī)模

爐排爐處理規(guī)模增加可提高單爐垃圾處理能力，降低項(xiàng)目投資、運(yùn)行及維護(hù)成本，同時提高鍋爐熱效率和噸垃圾發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)及減碳效益的雙贏[11,12]。

選取國內(nèi) 15 座已投運(yùn)垃圾焚燒廠，其中 1 座單爐規(guī)模 250 噸/日，6 座單爐規(guī)模 600 噸/日，7 座單爐規(guī)模 750 噸/日，1 座單爐規(guī)模 800 噸/日，采用 CCER 方法學(xué)計(jì)算案例焚燒廠碳減排量并取平均值[8,13,14]，單爐規(guī)模 800 噸/日較 250 噸/日減排量增加 0.08 噸 CO2/ 噸垃圾（圖 4）。截至 2020年1 月，全國 700 噸/日以上爐排臺數(shù) 178 臺，處理能力約 13.4 萬噸/日；800 噸/日以上爐排臺數(shù) 26 臺，處理能力約 4.2 萬噸/日。假如 750 噸/日爐排改造使用 800 噸/日爐排，則年碳減排量可增加約 90 萬噸。此外，我國 700 噸/日以下爐排約近 1000 臺，若后續(xù)改造采用大型化爐排，年碳減排量將達(dá)數(shù)百萬噸。

圖4 不同單排爐排規(guī)模碳減排量對比[8,13,14]Figure 4 Comparison of carbon emission reduction of different grate scale per line[8,13,14]

2.3 采用高參數(shù)與蒸汽再熱技術(shù)

國內(nèi)常規(guī)生活垃圾焚燒廠發(fā)電效率約為 22%，提高發(fā)電效率可增加生活垃圾焚燒廠噸垃圾碳減排效益，而采用高參數(shù)、中間再熱技術(shù)是目前高效發(fā)電發(fā)展方向之一。取不同蒸汽參數(shù)設(shè)計(jì)值基于 CCER 方法學(xué)對某項(xiàng)目碳減排量進(jìn)行計(jì)算（圖 5）[8,13,14]，采用次高壓中溫參數(shù) 6.4 MPa/450℃ 較常規(guī)中壓中溫參數(shù) 4 MPa/400℃ 噸垃圾發(fā)電量提高 16.3%，發(fā)電效率上升明顯，碳減排量增加近 0.04 噸 CO2/噸垃圾。

圖5 某項(xiàng)目不同蒸汽參數(shù)下碳減排量（CCER）[8,13,14]Figure 5 Carbon emission reduction of a project based on CCER methodology under different steam parameter values[8,13,14]

由上文分析可知，垃圾焚燒發(fā)電采用更高參數(shù)并結(jié)合再熱技術(shù)則可以進(jìn)一步提高發(fā)電效率，進(jìn)而提高噸垃圾碳減排效益。高參數(shù)再熱技術(shù)在歐洲有部分項(xiàng)目應(yīng)用，例如德國 Rüdersdorf 焚燒廠使用爐內(nèi)再熱技術(shù)后發(fā)電效率達(dá)到 29.9%，主蒸汽參數(shù) 9 MPa/420℃；荷蘭阿姆斯特丹 AEB 焚燒廠采用爐外再熱技術(shù)發(fā)電效率達(dá)到 30% 以上，主蒸汽參數(shù)為 13.0 MPa/440℃[15]?？岛悱h(huán)境河北三河項(xiàng)目采用了首臺國產(chǎn)千噸大爐排以及全球首臺中溫超高壓蒸汽、爐外除濕耦合再熱雙缸汽輪發(fā)電機(jī)組，主蒸汽參數(shù) 13.5 MPa/450°C，大爐排、超高參數(shù)及爐外再熱技術(shù)的聯(lián)合使用使全廠發(fā)電效率 30% 以上，碳減排量增加近 0.10 噸 CO2/噸垃圾，全廠年碳減排量增加約 7.3 萬噸。2020年中國進(jìn)廠垃圾焚燒量達(dá) 1.46 億噸，入爐垃圾量估算約 1.17 億噸，我國不同地區(qū)入爐噸垃圾發(fā)電量分布范圍為 366—467千瓦時/噸垃圾[12]，假設(shè)國內(nèi) 50% 以上垃圾焚燒廠采用高參數(shù)及蒸汽再熱技術(shù)，全廠電效率從 22% 提高至 30%，則每年可多發(fā)約 89 億度電，年碳減排量可增加近 500 萬噸 CO2。

2.4 熱電聯(lián)產(chǎn)提高全廠熱利用效率

以某處理規(guī)模 600 噸/日的焚燒廠為例，年垃圾處理量 21.9 萬噸，年滲瀝液處理量 4.38 萬噸，年柴油耗量 108 噸。本項(xiàng)目供熱后可替代部分燃?xì)忮仩t的供熱量，從而減少了燃燒天然氣產(chǎn)生的碳排放量。不供熱工況下年上網(wǎng)電量 0.727 億度，年對外供熱量 0；供熱 10 噸/小時工況下年上網(wǎng)電量 0.567 億度，年對外供熱 19.6 萬吉焦；供熱 20 噸/小時工況下年上網(wǎng)電量 0.407 億度，年對外供熱 39.2 萬吉焦。按照 CCER 方法學(xué)結(jié)合熱電聯(lián)產(chǎn)對該廠進(jìn)行碳排放計(jì)算[8,13,14]，不同工況基準(zhǔn)線排放量和項(xiàng)目減排量如圖 6，其中基準(zhǔn)線排放量中生活垃圾進(jìn)入填埋場產(chǎn)生的排放采用 10年期平均值。

圖6 某生活垃圾焚燒廠熱電聯(lián)產(chǎn)基準(zhǔn)線碳排放量和碳減排量[8,13,14]Figure 6 Baseline carbon emission and carbon emission reduction from thermoelectric co-generation of an MSW WtE plant[8,13,14]

該廠供熱 20 噸/小時相比不供熱工況下碳減排量增加 0.02 噸 CO2/噸垃圾，該廠年減排量增加 4510 噸CO2。2020年中國垃圾焚燒量達(dá) 1.46 億噸，若都采用熱電聯(lián)產(chǎn)，則年碳減排量可增加近 300 多萬噸，如能進(jìn)一步利用汽機(jī)乏汽以及煙氣余熱對外供熱，還將產(chǎn)生更大的碳減排效益。

爐排大型化、高參數(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的碳減排效益都十分可觀，但在實(shí)際應(yīng)用場景中，三者存在能效的重合性而不可簡單疊加。同時，不同技術(shù)應(yīng)用也存在一些客觀條件的限制，如爐排設(shè)計(jì)規(guī)模應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目所在地垃圾清運(yùn)量，高參數(shù)設(shè)計(jì)需考慮垃圾熱值，熱電聯(lián)產(chǎn)需保證項(xiàng)目周邊有穩(wěn)定熱用戶等。因此，在建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電設(shè)施的前期規(guī)劃和設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合考慮利用垃圾焚燒發(fā)電供熱、碳減排等功能，合理統(tǒng)籌優(yōu)化項(xiàng)目規(guī)模設(shè)計(jì)及周邊熱源規(guī)劃，充分提高項(xiàng)目碳減排效益。

3 零碳/負(fù)碳靜脈產(chǎn)業(yè)園區(qū)模式研究

3.1 固廢單獨(dú)處理存在的問題

在傳統(tǒng)模式中，生活垃圾無害化處理設(shè)施、危險(xiǎn)廢棄物處置設(shè)施、工業(yè)固廢處置設(shè)施、電子廢棄物回收設(shè)施等項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行。在廢棄物產(chǎn)量不斷增大、環(huán)評標(biāo)準(zhǔn)提高、鄰避效應(yīng)等壓力下，單獨(dú)處理項(xiàng)目在選址及環(huán)評等方面都承受著巨大壓力。同時，單獨(dú)運(yùn)行項(xiàng)目在廢物的收運(yùn)、再生利用、最終處置等全過程面臨的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較大，污染物控制難度高、成本大，且項(xiàng)目資源利用率及土地利用率很低。

3.2 協(xié)同處理實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量雙循環(huán)

靜脈產(chǎn)業(yè)園是以生活垃圾焚燒為核心，集市政污泥、醫(yī)療垃圾、餐廚垃圾、廚余垃圾、建筑垃圾、電子垃圾等廢棄物一體化處理的新型工業(yè)園區(qū)（圖 7）。園區(qū)綜合考慮各類城市廢棄物處理處置的工藝路線、技術(shù)銜接、廢物交換利用等，對各產(chǎn)業(yè)進(jìn)行包括道路系統(tǒng)及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在內(nèi)的空間合理布局，構(gòu)建園區(qū)整體秩序，在保證環(huán)境安全的前提下實(shí)現(xiàn)物質(zhì)與能量雙循環(huán)，是構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的有效手段。

圖7 靜脈產(chǎn)業(yè)園示意圖Figure 7 Schematic diagram of Eco-industrial Park

以康恒環(huán)境珠海靜脈產(chǎn)業(yè)園為例（圖 8），生活垃圾焚燒發(fā)電廠是全區(qū)的電力供應(yīng)中心，焚燒產(chǎn)生的蒸汽用于污泥干化、餐廚垃圾厭氧發(fā)酵、動物尸體及醫(yī)療垃圾的高溫蒸煮，同時，焚燒廠還能協(xié)同處理廚余、污泥及醫(yī)療廢物處理后的固渣；廚余垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入焚燒廠燃燒發(fā)電；廢水、廢熱進(jìn)行回收循環(huán)利用。在園區(qū)外，焚燒產(chǎn)生的爐渣和建筑垃圾進(jìn)行資源化再生用于環(huán)保建材行業(yè)；廚余和動物尸體提煉出的油脂進(jìn)行出售循環(huán)利用。廢棄物間的協(xié)同處理降低了系統(tǒng)投資和運(yùn)行費(fèi)用，促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)，降低了碳足跡。例如，垃圾焚燒廠向園區(qū)內(nèi)其他單元提供電力和蒸汽，減少這些設(shè)施外購電量和蒸汽量，降低運(yùn)行成本，有效減少溫室氣體排放。園區(qū)年用電量為 0.727 億度（實(shí)現(xiàn)減排約 36350 噸 CO2），年用熱為 0.255 萬噸蒸汽（實(shí)現(xiàn)減排約 895 噸 CO2）。

圖8 珠海靜脈產(chǎn)業(yè)園物質(zhì)和能量循環(huán)圖Figure 8 Mass and energy cycle of Zhuhai Eco-industrial park

3.3 靜脈產(chǎn)業(yè)園碳減排效益—以濕垃圾協(xié)同處理為例

本文根據(jù)《中國產(chǎn)品全生命周期溫室氣體排放系數(shù)集 （2002年）》選取相應(yīng)系數(shù)，對單獨(dú)處理和靜脈產(chǎn)業(yè)園協(xié)同處理模式下濕垃圾的碳排放量進(jìn)行計(jì)算對比。在單獨(dú)處理模式中，廚余垃圾進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，處理后的殘?jiān)M(jìn)行填埋。在協(xié)同處理模式中，廚余垃圾厭氧發(fā)酵后，廚余殘?jiān)M(jìn)入焚燒廠焚燒。根據(jù)表 1 信息，取濕垃圾比例為 24%，廚余垃圾厭氧后固渣占濕垃圾的 40%。

單獨(dú)處理的碳排放：

協(xié)同處置的碳排放：

其中，ERIN為單獨(dú)處理時的排放量（噸 CO2）；mk為廚余垃圾質(zhì)量（噸）；φAD為廚余垃圾厭氧消化排放系數(shù)，取 _0.027 噸 CO2/噸垃圾；mk,residue為廚余垃圾厭氧消化后的殘?jiān)|(zhì)量（噸）；φL為垃圾填埋排放系數(shù)，取 0.612 噸 CO2/噸垃圾；ERCO為協(xié)同處置排放量（噸CO2）；φco為協(xié)同處置排放系數(shù)，取 _0.068 噸 CO2/噸垃圾。

以 2020年為例，廚余垃圾總量為 5371 萬噸。

單獨(dú)處理碳排放：

協(xié)同處理碳排放：

計(jì)算結(jié)果（圖 9）表明，濕垃圾在單獨(dú)處理時排放為正，廚余垃圾在與焚燒廠進(jìn)行協(xié)同處置時排放為負(fù)。若 2020年全國濕垃圾協(xié)同處理后，將減少碳排放 1500 萬噸，2030年這一數(shù)據(jù)將超過 2000 萬噸，協(xié)同處理的碳減排效益顯著。

圖9 單獨(dú)處理與協(xié)同處置下的濕垃圾碳排放比較Figure 9 Comparison of carbon emissions of wet wastes under separate treatment and collaborative treatment數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計(jì)局（https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01&zb=A0C06&sj=2021）Data source: National Bureau of Statistics (https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01&zb=A0C06&sj=2021)

4 結(jié)論與建議

（1）近 20年來，我國生活垃圾焚燒發(fā)電已成主要垃圾無害化處理方式，垃圾焚燒發(fā)電替代垃圾填埋，降低溫室氣體（CH4）排放，碳減排效益明顯?，F(xiàn)有方法學(xué)測算結(jié)果表明，2004年、2010年、2020年、2030年我國垃圾處理（焚燒+填埋）年CO2排放量分別為 4041 萬噸、5021 萬噸、_518 萬噸、_4256 萬噸，垃圾焚燒碳減排潛力巨大。

（2）爐排大型化、高參數(shù)、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)均具有巨大的碳減排效益。在 2020年焚燒處理規(guī)模條件下，應(yīng)用上述技術(shù)后年碳減排量的增加量分別為 90 萬、500 萬、300 萬噸 CO2，不同技術(shù)需結(jié)合項(xiàng)目條件因地制宜實(shí)施。

（3）靜脈產(chǎn)業(yè)園模式實(shí)現(xiàn)了不同固廢單元協(xié)同處理，既有利于污染的集中控制，又有利于資源的最大化利用，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少碳排放。若 2020年全國濕垃圾均協(xié)同處理，將減少碳排放 1500 萬噸 CO2，2030年這一數(shù)據(jù)將超過 2000 萬噸。

（4）建議在垃圾焚燒發(fā)電廠的前期規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段，垃圾熱值和處理量滿足條件的情況下，優(yōu)先提高單爐垃圾處理規(guī)模，并采用高參數(shù)設(shè)計(jì)，在提高鍋爐熱效率和噸垃圾發(fā)電量的同時，顯著提高項(xiàng)目碳減排效益。

（5）建議充分調(diào)研垃圾焚燒發(fā)電廠周邊熱源規(guī)劃和熱用戶需求，規(guī)劃多種形式熱能利用方式，如管道供熱、移動供熱等，應(yīng)優(yōu)先利用垃圾焚燒發(fā)電廠對周邊熱用戶進(jìn)行供熱，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益與碳減排效益。

（6）建議多源城市固廢采用靜脈產(chǎn)業(yè)園模式進(jìn)行協(xié)同處置，在園區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)與能量雙循環(huán)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市固廢處置全過程減碳效益最大化。同時，響應(yīng)國家“一帶一路”倡議，建議在東南亞等發(fā)展中國家推廣應(yīng)用，為全球固廢處理的碳減排貢獻(xiàn)中國方案。