垃圾處理行業碳減排路徑探討
【谷騰環保網訊】我國的垃圾量正在逐年上升，2004年我國的垃圾產量超過美國成為第一大垃圾制造國，2019年我國垃圾清運總量已經達到2.42億噸，且近年來增長率在不斷上升。除此之外，人均垃圾清運量一直在1千克以上，2017年達到1.2千克，其水平髙于亞洲周邊國家，如韓國的1.05千克/人/日以及日本的0.93千克/人/日，但是低于歐美一些發達國家的水平，例如美國和丹麥的人均清運量基本維持在2千克以上。其中，生活垃圾處理中的溫室氣體排放是近年來國際關注度比較高的問題之一。
一我國生活垃圾主要處理體系
我國城市生活垃圾產生量大、源頭眾多而且比較分散，因此城市生活垃圾收運系統存在多級結構，如下圖所示，一般由前端收集、中端轉運、末端處置幾個階段構成，其中前端收集環節一般由初級收集、二級收集兩層結構組成。居民將日常生活中的垃圾投放到活動區域內部的初級收集地點，環衛或者社區的工作人員將初級收集地點的垃圾運輸到二級點進行集中的壓縮等處理，二級收集點的垃圾再通過載重量較大的垃圾車運送至中端轉運點，在此進行初步的粉碎、分揀等工作，最后經過簡單處理的垃圾被壓縮送至填埋場、焚燒廠等垃圾處理中心，有回收價值的則被送至再生資源回收利用中心。
圖1我國生活垃圾收運處理體系
二我國生活垃圾常見處理處置方式
我國生活垃圾常見處理處置方式主要有衛生填埋、垃圾焚燒、堆肥和厭氧消化，其中垃圾填埋與焚燒是我國主要處理方式，由下圖可以看出，垃圾填埋依然是我國主要垃圾處理方式，近年來隨著垃圾焚燒能力不斷提升，填埋量隨之明顯下降，以上海為例，“十三五”期間，全市新增生活垃圾焚燒處理能力1.3萬噸/日，新增濕垃圾集中處理能力3900噸/日；全市干垃圾焚燒和濕垃圾處理能力達到2.8萬噸/日，基本實現原生生活垃圾零填埋。堆肥和厭氧消化常用于濕垃圾處理工藝。
圖2全國2003-2017年城市生活垃圾清運數據
三生活垃圾收集處理過程碳排放環節
生活垃圾處理相關的溫室氣體排放量計算方法通常采用《IPCC國家溫室氣體清單指南》，根據我國最新的溫室氣體排放清單（2016年），二氧化碳排放總量的1.3%來自垃圾處理領域，二氧化碳排放量高達1.58×108t/a。張婷婷在畢業論文通過假設各類垃圾收集處理情景，結合北京實際垃圾產生量對垃圾收集處理各環節碳排放進行估算，研究發現，運輸環節碳排放量占比最小，垃圾分類工作帶來碳排放的增加幾乎可以忽略；垃圾處理僅分為填埋和焚燒兩類導致的碳排放量最高；在濕垃圾堆肥、可回收垃圾處理的情況下，剩余垃圾全部焚燒的碳排放量最低，同時焚燒發電和垃圾回收帶來的碳減排量最高，碳減排率達70%。陳思勤對2005～2015年上海市生活垃圾處置過程中的溫室氣體碳排放計算得出，垃圾焚燒的溫室氣體排放量比填埋處置排放量更低。仲璐得出相似結論，垃圾填埋碳排放高于焚燒和堆肥。高斌研究發現，通過垃圾分類收集、資源回收、厭氧消化和殘渣焚燒處置的共同作用，具有最大的碳減排潛力。
生活垃圾碳排放主要來自于運輸、處理處置等過程，具體環節如下。
01垃圾車運輸環節
生活垃圾運輸車輛產生的溫室氣體，涵蓋了收集點到轉運站的運輸階段、轉運站到終端處理設施（填埋場、焚燒廠、堆肥廠）和再生資源回收利用中心的運輸階段以及焚燒、堆肥殘渣運送到填埋場填埋的運輸階段，碳排放主要來自運輸過程汽車燃油排放。
02填埋
可生物降解的有機物發生厭氧反應產生的甲烷，其產生量占垃圾衛生填埋場產生的填埋氣體的50%以上。
03焚燒
垃圾焚燒廠焚燒來自化石燃料的廢棄物或燃燒化石燃料等產生的二氧化碳，同時焚燒熱能發電所帶來的一定的碳減排效益。
04堆肥
堆肥處理生活垃圾產生的溫室氣體排放主要為甲烷和氧化亞氮。在強制通風的靜態好氧堆肥過程中，生活垃圾大部分可降解有機碳轉化為二氧化碳和氧化亞氮，在通風條件不好的情況下則發生厭氧反應產生少量甲烷。
05再生資源回收利用
再生資源回收利用所節約能耗可以帶來碳減排效益。
四我國生活垃圾碳減排技術現狀及發展趨勢
據估算，在快速城鎮化發展背景下，2025年我國城鎮居民數量將達到10億人，城市生活垃圾領域的二氧化碳排放量減排潛力大約為2.363×108t/a。無害化、減量化和資源化是生活垃圾處理的原則，在提高“三化”水平的基礎上發展“低碳化”則是我國未來生活垃圾處理的大趨勢。結合目前生活垃圾的處理現狀和水平，進一步推進碳減排策略可從如下幾方面進行：
01生活垃圾持續分類
持續推進垃圾分類工作，垃圾精細化分類可提高后續可回收資源的資利用率，提高濕垃圾純度，提高干垃圾熱值，是源頭推動碳減排的關鍵。研究表明只有生活垃圾分類工作持續推進，實行推廣精細化的垃圾分類模式（例如上海市4分法），才能實現長遠的溫室氣體減排目標。
02優化生活垃圾收運系統
科學規劃收運路線，使用清潔能源環衛機具，一定程度減少運輸過程中碳排放。
03系統規劃垃圾處理處置方式
填埋處理的碳排放量是最高的。如果將廚余垃圾等有機成分采用堆肥方式進行資源化處理，并在較發達地區采用“全量焚燒+殘渣填埋”的技術路線處理生活垃圾，將從根本上改變生活垃圾處理碳排放的現狀。
04填埋回收氣加強回收利用
較大型的填埋場，填埋氣體收集系統的集氣效率在30%~80%。使用密封性好的集氣系統再將收集的填埋氣體進行提純燃燒發電，即可實現生活垃圾填埋場的節能減排。這些填埋氣體收集起來并進行發電、供熱、供氣等利用就是對垃圾填埋處理的能源化，不僅直接減少了溫室氣體甲烷的排放，而且如發電利用就能間接地通過代替部分火電減少相應的溫室氣體排放。
05優化垃圾焚燒技術與設備
我國城市生活垃圾焚燒處理與國外的技術相比仍有很大差距，如蒸汽參數低，多采用中溫中壓（4.0MPa/400℃），余熱利用形式單一，多用于發電，熱效率低等。應充分借鑒國外先進焚燒技術，發展適合我國低熱值、高水分的垃圾焚燒技術，以及多元化余熱利用形式，以提高熱效率，進一步為溫室氣體減排做出貢獻。
06優化濕垃圾資源化利用
濕垃圾的資源化利用具有雙重減排效應，既減少了垃圾填埋產生的甲烷排放和減少使用化石燃料燃燒的二氧化碳排放，同時濕垃圾堆肥過程可產生大量沼氣，回收利用還可實現碳減排效益。陳海濱研究表明，以深圳市為例，如果廚余垃圾全部進行“壓榨預處理+干組分焚燒+濕組分厭氧發酵”，全年可實現上網發電4.5億kW·h，同時減少CO2排放量201.4萬t。
參考資料：
[1]微信號“綠色上海”《上海交出“十三五”垃圾分類成績單，居住區和單位分類達標率雙雙達到95%》
[2]仲璐,胡洋,王璐.城市生活垃圾的溫室氣體排放計算及減排思考[J].環境衛生工程,2019,27(05):45-48.
[3]張婷婷. 基于溫室氣體排放的城市生活垃圾處理策略優化研究[D].北京化工大學,2020.
[4]陳思勤.上海市生活垃圾處置過程中溫室氣體排放研究[J].有色冶金設計與研究,2019,40(06):94-98+101.
[5]仲璐,胡洋,王璐.城市生活垃圾的溫室氣體排放計算及減排思考[J].環境衛生工程,2019,27(05):45-48.
[6]高斌,江霜英.利用生命周期評價方法分析上海市某區生活垃圾處理的溫室氣體排放[J].四川環境,2011,30(04):92-97.
[7]仲璐,胡洋,王璐.城市生活垃圾的溫室氣體排放計算及減排思考[J].環境衛生工程,2019,27(05):45-48.
[8]劉國輝.高效生活垃圾焚燒技術與溫室氣體減排[J].環境衛生工程,2011,19(01):38-40.
[9]陳海濱,劉金濤,鐘輝,等.廚余垃圾不同處理模式碳減排潛力分析[J].中國環境科學,2013,33(11):2102-2106.
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