生活垃圾處理處置碳排放核算模型范文

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[摘要]我國的生活垃圾排放量隨著經濟的快速發展呈逐年上升趨勢，生活垃圾處理處置過程中產生的碳排放不可忽視。明確數值的垃圾碳排放量可對城市生活垃圾的處理處置起指導作用，因此對城市生活垃圾碳排放評價模型的研究意義重大。介紹了城市生活垃圾處理過程中碳排放的常用評價模型，并重點比對了各模型的適用性和優缺點，為生活垃圾處理碳排放的評價模型作了分類。各地區根據自身特點選擇合適碳排放評價模型，有利于推動固廢處理行業的低碳運行以此保持我國經濟的綠色和可持續發展。

[關鍵詞]生活垃圾；處理處置；碳排放；核算模型

隨著經濟的快速發展和城市化進程的加快，我國已成為全球第一大溫室氣體排放國。在全球變暖的大背景下，低碳發展業已成為我國經濟發展的戰略決策，我國政府承諾到2020年使單位GDP的CO2排放量在2005年的基礎上下降40%~45%[1]。城市生活垃圾在運輸、處理過程中產生的溫室氣體(如CO2、CH4和N2O等)碳排放的重要來源。經濟的快速發展，使得我國居民生活水平和消費水平不斷提高，生活方式和消費結構也發生了巨大的變化，這一顯著變化導致我國生活垃圾產生量和排放量呈逐年上升趨勢，致使生活垃圾的處理處置過程中的碳排放占比逐年增大[2]。為了更好的對生活垃圾處理處置過程中的碳排量進行核算，為處理處置制定最優的低碳排放策略，國內外學者對衛生填埋、焚燒和堆肥等處置方式，開發了不同的預測模型。但不同成分屬性的生活垃圾組，需要使用不同的模型進行核算。

1城市生活垃圾的處理處置

我國城市生活垃圾按組成成分可分為廚余、橡塑、織物、紙類、金屬、竹木、磚石、玻璃和其他9類。針對生活垃圾的處理處置國內普遍采用衛生填埋、堆肥和焚燒三種，其中衛生填埋和焚燒兩種處理方式被廣泛應用[3-4]。

1.1衛生填埋

生活垃圾衛生填埋，是指在填埋場底部鋪設一定厚度的黏土或高密度聚乙烯襯層，以達到底層防滲作用。而后將生活垃圾分層填埋，壓實后在頂層覆蓋新土層，使生活垃圾在厭氧條件下發酵，以達到無害化處理。衛生填埋場投資和運行費用較低，能夠防止填埋廢物與周圍環境的直接接觸，尤其能夠防止滲濾液對地下水的污染。但生活垃圾衛生填埋場對土地資源浪費較大，填埋操作復雜，管理較為困難。尤其是在衛生填埋的過程中產生大量的、處理難度巨大的滲濾液，導致后期的處理費用較高；衛生填埋場服務到期后對場地的綜合利用也存在較大問題[5-6]。

1.2焚燒處理

生活垃圾的焚燒處理是指對垃圾中的可燃物在焚燒爐中進行燃燒處理。分選后的生活垃圾經過焚燒處理后，能夠釋放出熱能轉化為電能，并伴有煙氣和固體殘渣的產生[7-8]。焚燒法的特點是處理量大，減容性好，無害化徹底，并且可以進行能量轉化，因此該垃圾處置方式被廣泛使用。但該技術也存在不足，首先是對垃圾進行預篩選，因為能耗的原因，需要選擇熱值較高的垃圾進行處理，而熱值較低的則會耗費更多的能量；另外，生活垃圾的焚燒處理對產生廢氣的處理要求較高，由于焚燒過程中伴隨二噁英的生成，常規的廢氣處理技術無法滿足目前嚴苛的環保排放要求；而終端產生的焚燒殘渣往往有毒、有害，需要進行無害化處理。盡管焚燒前會有一定的滲濾液，但產生量較衛生填埋較小[9-10]。

1.3堆肥處理

生活垃圾的堆肥處理是指利用微生物對垃圾中的有機成分進行分解的生物化學過程。在該反應中，微生物對垃圾進行分解，生成CO2、H2O和能量的同時生成腐殖質(即堆肥熟料)。堆肥法最大的優點是堆肥產物具有一定的肥效，可以加以利用。但堆肥法僅針對有機垃圾，這就對了垃圾的前期分選提出了要求；另外，即便是好氧堆肥，處理的周期也相對較長；堆肥對場地的要求也較高，一般需要大面積的開闊場地，這就導致由微生物發酵產生的有機廢氣難以收集；堆肥產品的品質參差不齊，肥效有高有低且伴有重金屬的富集，目前僅適用于花木的種植，廣泛使用仍具有一定難度[11-12]。

2生活垃圾碳排放核算模型

不同的生活垃圾處置方式，對能耗的要求各有不同，并且產物的種類也不盡相同，導致碳排放的貢獻程度也存在一定的差異性。為了制定針對生活垃圾處置的碳減排策略，國內外學者對衛生填埋、焚燒、堆肥等不同處置方式進行研究。目前常用全生命周期評價法(LCA)、“IPCC指南”法和UOD表格法探索生活垃圾處置過程中碳排放規律。

2.1全生命周期評價法

全生命周期評價法(LifeCycleAssessment，LCA)，即通過對能源、原材料消耗及廢物排放的鑒定及量化，來評估一個產品對環境造成負擔的客觀方法。1969年美國中西部研究所受可口可樂公司委托，對飲料容器從原材料到廢棄物的最終處理的全過程進行跟蹤與定量分析。ISO14040標準將生命周期評價的實施步驟分為目的與范圍的確定、清單分析、影響評價和結果解釋四個必要階段[13]。在獲得垃圾的全生命周期的直接碳排放相關數據后，LCA法能夠較為全面的考慮生活垃圾處理過程中的碳排放，可用于計算從小范圍到大區域的碳排放，從而制定完備的減排方案。但由于相關數據的收集存在一定的困難，目前該方法尚不被認定為權威的核算方法[14]。黃江麗等[15]采用LCA法，對北京城市生活垃圾的不同處置方式進行了較為系統的評價。結果表明，衛生填埋和焚燒處理的環境影響潛力分別為3.59×10-2和5.87×10-2、處理成本分別為97.8元(人•a)-1和127.4元(人•a)-1人。Razza[16]等利用LCA法，對生活垃圾中的餐具和瓶類的處理方式進行評估，結果表明，使用堆肥方法代替填埋和焚燒方式處理此類廢棄物，能源損耗量由1490kJ降低到128kJ，溫室氣體排放量由64CO2-eq降低到22CO2-eq。劉燕[17]利用LCA法對綏德縣生活垃圾運輸和衛生填埋的氣體進行分析，得出CH4和CO2為衛生填埋主要的排放氣體，環境影響潛力為5.7×10-2kg/(人•a)。Assamoi等[18]采用LCA法，比較了加拿大多倫多市生活垃圾衛生填埋和焚燒法產生的溫室氣體排放量和成本。結果顯示生活垃圾的焚燒發電大大降低了溫室氣體的排放量，但該方法的處理成本遠遠高于衛生填埋法。Liamsanguan[19]采用LCA法核算了泰國普吉市3種垃圾綜合處理方式的碳排放量，發現利用填埋氣發電和垃圾分類回收可以有效地降低該地區的碳排放。趙磊等[20]分別采用“IPCC2006指南”推薦的經驗公式和LCA法對生活垃圾三種不同的處理方式產生的碳排放進行了計算和對比，發現LCA方法雖然考慮了垃圾處理全過程中，但在國內諸多數據難以獲得，不能被確定為權威的核算方法。

2.2“IPCC指南”法

政府間氣候變化專業委員會(IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC)編制出版的《1996年國家溫室氣體清單指南修訂版》中詳細給出了在城市生活垃圾處理過程中可能產生的碳排放環節以及對區域城市生活垃圾處理產生的碳排放估算的方法[21]。隨著“IPCC指南”法的廣泛應用，研究者們針對當地生活垃圾特性對該方法進行不斷的修正以適用于當地的生活垃圾碳排放核算。繼“IPCC1996指南”后IPCC相繼出版了一系列指南，并預計在2019年出版IPCC精細化產品，IPCC一直在不斷完善估算溫室氣體排放的方法。Groode[22]對麻省理工學院(MIT)校園內生活垃圾焚燒產生的溫室氣體排放進行了分析，結果顯示當回收垃圾的數量達到焚燒垃圾數量的時，產生的溫室氣體排放量才會降低。陳移峰等[23]采用“IPCC1996指南”推薦的經驗公式估算了我國每年衛生填埋沼氣中產生的溫室氣體排放量，提出衛生填埋沼氣具有巨大的回收利用潛能。并針對衛生填埋、堆肥、焚燒這3種常見的垃圾處理方式，提出了利用垃圾焚燒回收能源、對有機垃圾進行厭氧消化、收集并利用沼氣發電等一系列溫室氣體減排措施。J.Bogner等[24]使用“IPCC1996指南”推薦方法研究了1980~1996年全球衛生填埋場每年的CH4排放量和CH4回收利用情況，研究結果顯示，美國和一些發達國家的CH4回收率逐年增長，而CH4排放量在逐年減少。潘玲陽等[25]選用“IPCC1996指南”法，研究了北京市生活垃圾在衛生填埋、堆肥和焚燒處理過程中，直接或間接產生的溫室氣體排放量。結果表明，隨著北京市生活垃圾產量的逐年增加，由此引起的溫室氣體排放量也顯著增加；如果對衛生填埋產生的大量CH4加以利用可以明顯提高減排能力。Wang等[26]采用“IPCC2006指南”計算了2003年至2012年中國31個省市生活垃圾的碳排放量，得出堆肥法產生的碳排放量最少，衛生填埋的碳排放量最多。

2.3上游-操作-下游(Upstream-operation-downstream，UOD)表格法

該方法通過對基礎數據的收集整理，可以方便的比較不同來源數據之間的結構性差異。Manfredi等[27]利用UOD方法對發達國家衛生填埋法產生的溫室氣體排放規律進行了研究，確定了利用該方法在表達數據結構性方面的用途。何品晶等[28]利用UOD法，研究了上海市生活垃圾焚燒發電過程中的溫室氣體排放規律。發現生活垃圾中化石碳的焚燒是溫室氣體產生的主要原因，減少焚燒過程中輔助物料的用量，并調整爐渣的最終處置方法可以促進溫室氣體的減排。

3結論

城市生活垃圾的組成受多種因素的影響，在不同的處理過程中進行碳排放預測計算有一定的難度。合理運用多種模型對其進行預測的同時并加以比對，可以增加生活垃圾排放過程中的碳排放核算的準確性，從而對有效降低生活垃圾處理碳排放進行科學、合理的指導和統籌。

作者：盧鵬 彭莉 丁社光 季雨晴 楊凌 傅敏 單位：重慶工商大學