1、第 卷第 期 年 月南京师大学报(自然科学版)()收稿日期:.基金项目:苏州市市级科技计划项目().通讯作者:徐拥军硕士高级经济师研究方向:双碳政策、能源互联网.:.:./.垃圾分类下苏州市生活垃圾处理碳排放分析付凤英徐拥军夏金雨朱水元王宇彤姚凤根黄 嵘(.江苏现代低碳技术研究院江苏 苏州)(.苏州市环境卫生管理处江苏 苏州)摘要 以苏州市 个主城区为研究对象采用联合国政府间气候变化专门委员会()发布的国家温室气体清单指南(简称 清单指南)并结合碳排放因子法对垃圾分类后苏州市生活垃圾处理碳排放情况进行分析.结果表明苏州市开展垃圾分类后生活垃圾处理碳排放总量波动幅度较小年碳排放量 万 左右.其他
2、垃圾焚烧处理碳排放强度最大可回收物资源化利用表现为负碳排放处理每吨可回收物减碳.碳减排效应显著.苏州市生活垃圾处理碳排放强度由分类前./下降至./表明持续推进垃圾分类工作、提高厨余(餐厨)垃圾和可回收物的资源化利用率是目前减少生活垃圾处理碳排放的有效途径.关键词 生活垃圾处理碳排放核算碳减排资源化利用苏州市中图分类号 文献标志码 文章编号()(.)(.):()././.:随着我国城市化进程的加快城市垃圾产量逐年递增.据中国统计年鉴 报告 年我国城市生活垃圾清运量已达 .万.垃圾收运处置过程中排放的二氧化碳()、甲烷()等温室气体已成为引起气候变化的重要因素之一.据世界资源研究所()统计由污水处
3、理(.)与固体废弃物处理(.)组成的废物处理行业已跃升为第五大碳排放行业占全社会总碳排放量的.垃圾处理碳排放研究势在必行.目前垃圾处理碳排放核算方法主要有以下几种:清单指南法、全生命周期评价法()和上游操作下游()表格法.清单指南法主南京师大学报(自然科学版)第 卷第 期(年)要根据联合国政府间气候变化专门委员会提供的碳排放源分类及垃圾处理碳排放计算方法进行核算.年 出版了 年国家温室气体清单指南 修订版提供了大量的缺省值基本覆盖所有碳排放源可为世界各国用于核算碳排放由于其在实际核算过程中的简便性及可靠性 清单指南法在碳排放核算中备受青睐.法可较为全面地考虑垃圾处理全过程的碳排放但由于在核算的
4、过程中诸多数据难以获取系统边界条件存在较大不确定性故难以作为权威的碳排放核算方法.表格法通过对碳排放活动的基础数据收集整理可以比较不同来源数据的结构性差异然而目前相关案例研究较少核算过程较为复杂在实际应用中存在较多的困难.近年来国内学者也逐步聚焦垃圾处理碳排放研究领域大多是基于不同的垃圾处置模式对碳排放的影响如垃圾焚烧、填埋处理及餐厨垃圾好氧堆肥、厌氧发酵处理过程中产生的碳排放分析由于采用的核算方法、核算边界范围、垃圾组分及工艺参数等不同核算结果差异较大.年我国开始全面推行垃圾分类制度各大城市多措并举开展垃圾分类行动垃圾分类在有效减少垃圾产量的同时提高了资源化利用率.年 月苏州市开始实行新的苏
5、州市生活垃圾分类管理条例并全面建成生活垃圾分类投放、收集、运输、处置体系.目前苏州市生活垃圾的回收利用率已达到、集中处理率超过 垃圾分类工作位列全国 个重点城市第一档.基于苏州市良好的垃圾分类工作成效本文以苏州市为例采用 清单指南针法并结合碳排放因子法核算在垃圾分类大背景下苏州市生活垃圾处理过程中碳排放量明确分类后生活垃圾处理碳减排路径以期为垃圾分类协同碳减排提供思路及方法.材料与方法.系统边界研究区覆盖苏州市姑苏区、吴中区、高新区、相城区和工业园区依据分类后的生活垃圾处理现状以 生活垃圾作为核算单位本研究只针对生活垃圾进行测算不涉及危险废弃物、污泥等.核算方法.其他垃圾焚烧处理碳排放.核算单
6、元目前苏州市生活垃圾中的其他垃圾以苏州市光大生活垃圾焚烧发电厂统筹处理为主碳排放核算单元如图 所示.图 其他垃圾焚烧碳排放核算单元 .收集中转运输碳排放苏州市区其他垃圾采用“收集设施转运站运输车”模式碳排放主要来自运输车辆的油耗.计算公式如下:收运柴油柴油()转运转运转运柴油/转运()式中收运为垃圾收集运输过程产生的碳排放/转运为垃圾转运过程产生的碳排放/柴油为其他垃圾收运车辆单位油耗取./柴油为柴油 排放因子取./转运为转运站至终端处理之间的距离实际调研取均值 转运为转运车辆单位距离油耗实际调研取均值./付凤英等:垃圾分类下苏州市生活垃圾处理碳排放分析转运为转运车辆单位车次载荷实际调研取均值
7、 /次 为转运车辆按往返计算.渗滤液处理碳排放其他垃圾经收运后送至垃圾贮坑停放.在贮坑停放期间收集到的渗滤液处理过程中 的削减对应产生、的削减会产生 碳排放主要为生化处理阶段产生的 和.根据 公布的数据全球变暖潜势()在 年内是 的 倍 的 是 的 倍.渗滤液处理过程产生的碳排放计算公式如下:焚烧渗滤液焚烧渗滤液焚烧渗滤液()其中:焚烧渗滤液焚烧渗滤液()焚烧渗滤液渗滤液()焚烧渗滤液进水焚烧渗滤液()式中焚烧渗滤液为垃圾焚烧过程中渗滤液处理产生的碳排放/焚烧渗滤液为垃圾焚烧过程中渗滤液处理 产生的碳排放/焚烧渗滤液为垃圾焚烧过程中渗滤液处理 产生的碳排放/为垃圾焚烧渗滤液产生率经调研分类前取
8、 分类后取 为焚烧厂渗滤液进水水质 取 /进水为焚烧厂渗滤液进水水质 取 /为 去除率取为 去除率取 焚烧渗滤液为渗滤液处理 排放因子/为污水中有机物可产生最大排放量取./()渗滤液为污水处理领域 修正因子取.()焚烧渗滤液为渗滤液处理 排放因子取./().焚烧发电碳排放其他垃圾焚烧发电碳排放核算包括垃圾中有机碳焚烧产生的直接碳排放和净购入电力产生的间接碳排放计算公式如下:焚烧直接间接()其中:直接()(/)()式中焚烧为垃圾焚烧过程中产生的碳排放/直接为垃圾中有机碳焚烧产生的碳排放/间接为垃圾焚烧厂净购入电力产生的碳排放/为进入终端处理的其他垃圾组分为生活垃圾中组分 占比见表 为第 种组分中
9、碳含量比例为第 种组分中矿物碳含量比例为第 种组分完全燃烧效率取/为 与 的分子量比率.表 其他垃圾各组分占比 其他垃圾组分 纸类塑料竹木布类厨余果类金属玻璃渣石分类前占比.分类后占比.净购入电力产生的间接碳排放计算公式如下:间接外购电力电网排放因子发电电网排放因子()式中外购电力为生活垃圾焚烧外购的电量 发电为生活垃圾焚烧上网发电量 电网排放因子为电力 排放因子取./.烟气处理碳排放烟气处理产生的碳排放主要为处理设备产生的部分电耗具体设施能耗如表 所示:表 烟气处理设备能耗 装置旋转雾化器风机布袋除尘器控制、运输、照明系统合计功率.炉渣资源再利用碳排放经调研生活垃圾焚烧后产生的炉渣运送至炉渣
10、处理厂筛选出可回收金属及再生骨料其中可回收金南京师大学报(自然科学版)第 卷第 期(年)属占.再生骨料占 因此炉渣资源再利用碳排放核算主要考虑再生骨料产生的碳减排计算公式如下:炉渣(/)骨料()式中炉渣为炉渣资源再利用产生的碳排放/为炉渣率取 为炉渣中再生骨料占比取 为骨料密度取 /骨料为再生骨料碳排放因子取 /.其他垃圾填埋处理碳排放.核算单元生活垃圾填埋处理以场区为边界碳排放核算单元包括:收集中转运输、填埋场区、填埋气发电、渗滤液处理 个部分.收集中转运输碳排放同.其他垃圾焚烧处理收运中转过程.填埋场区碳排放计算公式如下:填埋甲烷()其中甲烷(填埋量)()/填埋量()(/)()式中填埋为其
11、他垃圾填埋过程中产生的碳排放/甲烷为其他垃圾填埋过程中产生的甲烷排放/填埋量为垃圾填埋量为垃圾填埋场甲烷产生潜力 为填埋气中甲烷回收量 为甲烷氧化因子 为垃圾填埋场甲烷修正因子取.为可降解有机碳比例为填埋场垃圾可降解有机碳在有机碳中的占比取.为垃圾填埋气体中 的占比取./为 与 的分子量比率.填埋气发电碳排放垃圾填埋产生的甲烷气体以发电、热能利用、提纯后制取清洁能源等多种方式进行能源回收利用.苏州市七子山垃圾填埋场将产生的填埋气进行了回收发电填埋气发电碳排放计算公式如下:填埋气发电(填埋气发电电网排放因子)/填埋量()式中填埋气发电为生活垃圾填埋处理过程中发电碳排放/填埋气发电为生活垃圾填埋过
12、程中回收的填埋气上网发电量 .渗滤液处理碳排放计算公式同公式()()其中填埋场渗滤液产生率为 进水水质 为 /、为 /和 去除率为.图 厨余(餐厨)垃圾处理碳排放核算单元 .厨余(餐厨)垃圾处理碳排放.核算单元苏州市厨余(餐厨)垃圾处理碳排放核算单元包括:直运过程、油脂回收处理、厌氧处理、厌氧发酵产沼发电/提纯天然气、残渣和沼渣焚烧发电、沼液污水处理 个部分.如图 所示.付凤英等:垃圾分类下苏州市生活垃圾处理碳排放分析.收集运输碳排放苏州市区厨余(餐厨)垃圾采用直运方式此阶段产生的碳排放计算公式同式().油脂回收处理碳排放每吨厨余(餐厨)垃圾可获得 的废油脂经预处理、预酯化、酯交换、蒸馏分离、
13、甲醇回收等环节可以制成生物柴油.生物柴油替代柴油作为汽车燃料可以减少化石燃料的使用该过程所造成的碳减排按照热值来评估为 /油脂回收过程所造成的碳排放计算公式为:油脂回收粗油脂生物柴油()式中油脂回收为厨余(餐厨)垃圾油脂回收利用所造成的碳排放/粗油脂为厨余(餐厨)垃圾中粗油脂含量取 /为粗油脂转化率取生物柴油为生物柴油替代柴油所造成的碳减排量取./为生物柴油热值取./.厌氧处理碳排放厨余(餐厨)垃圾厌氧发酵采用密封方式主要分析设备电耗和油耗引起的碳排放计算公式如下:厌氧电耗电耗电网排放因子()厌氧燃油柴油柴油()式中厌氧电耗、厌氧燃油为厨余(餐厨)垃圾厌氧处理过程产生的碳排放/电耗为厨余(餐厨
14、)垃圾处理过程中设备电耗取 /柴油为加热保温过程产生的柴油消耗取./.厌氧发酵产沼碳排放苏州市 个主城区餐厨垃圾处理设施中七子山餐厨垃圾处理厂、高新区和相城区餐厨垃圾处理厂均以厌氧发酵产沼发电进行资源再利用工业园区餐厨垃圾处理厂则以厌氧发酵产沼提纯后直接并入天然气管网进行资源再利用不进行发电故厌氧发酵产沼碳排放核算以 种方式进行.厌氧发酵产沼发电碳排放计算公式如下:产沼发电电网排放因子()式中 为沼气产率取 /为甲烷提纯率取 为沼气发电效率取./.厌氧发酵产沼提纯天然气碳排放计算公式如下:产沼提纯天然气(/)()式中 为工业园区餐厨垃圾处理厂甲烷产率取 /为甲烷密度取./为 与的分子量比率.残
15、渣和沼渣焚烧发电碳排放厨余(餐厨)垃圾经厌氧发酵后的残渣及沼渣送至光大生活垃圾焚烧发电厂进行焚烧残渣和沼渣占比 碳排放核算同其他垃圾焚烧碳排放.沼液污水处理碳排放厨余(餐厨)垃圾经厌氧发酵后的沼液经污水处理系统处理后达到城镇污水处理厂纳管标准后排放经调研沼液占比取 碳排放核算同其他垃圾焚烧渗滤液处理碳排放.可回收物处理碳排放可回收物指生活垃圾中未经污染、适宜回收循环利用的废物主要包括废塑料、废纸张、废玻璃、废金属、电子废弃物等将可回收组分进行资源化回收可代替部分物质产生的碳排放.采用碳排放因子法可回收物处理碳排放计算公式如下:可回收物()式中可回收物为可回收垃圾处理产生的碳排放/为可回收物中组
16、分 占比见表 为可回收物中组分 的碳排放因子.表 可回收物各组分占比 可回收物组分 废纸废塑料废金属废玻璃电子废弃物其他占比南京师大学报(自然科学版)第 卷第 期(年)结果与分析.垃圾分类下生活垃圾处理碳排放分析.碳排放强度分析垃圾分类后苏州市生活垃圾处理碳排放强度如表 所示.表 苏州市垃圾分类处理碳排放强度 垃圾类别处理方式处理环节碳排放强度/(/)核算来源其他垃圾厨余(餐厨)垃圾可回收物焚烧收集中转运输渗滤液处理焚烧发电直接碳排放焚烧发电间接碳排放烟气处理炉渣资源再利用.小计.填埋收集中转运输填埋场区碳排放填埋气发电间接碳排放渗滤液处理.小计.收集运输油脂回收处理厌氧处理.厌氧发酵厌氧发酵
17、产沼发电厌氧发酵产沼提纯天然气残渣和沼渣焚烧发电沼液污水处理.厌氧发酵产沼发电处理碳排放小计.厌氧发酵产沼提纯天然气处理碳排放小计.回收资源化利用.从表 中可以看出不同的垃圾处理方式碳排放强度不同并且存在较大差异.其他垃圾焚烧、填埋处理厨余(餐厨)垃圾厌氧发酵处理均为正碳排放可回收物资源化利用为负碳排放碳减排量达./碳减排效应显著.对比其他垃圾焚烧、填埋 种处理方式可发现焚烧处理和填埋处理碳排放强度相当.苏州市原生垃圾进入“全量焚烧零填埋”时期填埋场以应急填埋为主填埋量较少温室气体甲烷释放量逐年减小碳排放强度将逐年下降.焚烧处理碳排放与生活垃圾组分密切相关垃圾分类之后进入焚烧厂的厨余组分下降塑
18、料组分显著上升而塑料中的矿物碳是影响焚烧碳排放的主要因素焚烧处理碳排放强度达./焚烧处理碳排放强度占据主导地位.苏州市厨余(餐厨)垃圾处理方式基本都是以厌氧发酵技术为主厌氧发酵产沼发电碳排放强度为./约为提纯天然气资源化利用方式的 倍提纯天然气的方式更减碳.然而由于实际操作运行层面的问题全面推行厨余(餐厨)垃圾厌氧发酵产沼提纯天然气处理进行碳减排仍存在一定难度.碳排放总量分析垃圾分类之后苏州市生活垃圾处理总量及碳排放总量汇总核算结果如表 所示.年苏州市生活垃圾产量达.万 其中其他垃圾产量稳定在 万 左右厨余(餐厨)垃圾及可回收物增长较快表明苏州市垃圾分类工作成效显著.从碳排放总量上看虽然垃圾产
19、量在逐年上升但垃圾处理产生的碳排放量波动幅度较小年碳排放量约为 万 左右主要原因是垃圾分类后厨余(餐厨)垃圾产量上升但厨余(餐厨)垃圾厌氧发酵处理碳排放相对较小同时可回收物资源化利用可减少部分碳排放因此苏州市垃圾处理碳排放总量并没有随着垃圾产量的上升而增长表明垃圾分类可有效减缓垃圾处理碳排放.年苏州市可回收物达 万 碳减排量达 万 由此可见在生活垃圾分类处理过程中可回收物回收效率对垃圾处理碳排放起着关键作用.加大可回收物的资源再利用在实现物质循环利用的同时可有效减少垃圾处理碳排放.付凤英等:垃圾分类下苏州市生活垃圾处理碳排放分析表 苏州市垃圾处理碳排放总量 垃圾类别处理方式 年垃圾处理量 年垃
20、圾处理量 年垃圾处理碳排放量 年垃圾处理碳排放量垃圾处理碳排放量均值其他垃圾焚烧填埋小计厨余(餐厨)垃圾厌氧发酵产沼发电厌氧发酵产沼提纯天然气小计可回收物资源化利用合计 .垃圾分类前后碳排放对比分析苏州市开展垃圾分类前生活垃圾 焚烧处理填埋处理苏州市生活垃圾处理产生碳排放达./.垃圾分类后苏州市生活垃圾处理碳排放明显下降(见表)表明垃圾分类有助于进一步减少城市生活垃圾处理碳排放加大城市生活垃圾资源回收利用率可降低城市生活垃圾处理系统的总碳排放量助力苏州市固废处理领域碳达峰.表 苏州市垃圾分类前后碳排放对比 垃圾分类处理方式处理方式占比/碳排放强度/(/)垃圾分类前焚烧填埋.垃圾分类后其他垃圾焚
21、烧其他垃圾填埋厨余(餐厨)垃圾厌氧发酵产沼发电厨余(餐厨)垃圾厌氧发酵产沼提纯天然气可回收物资源化利用.结论()不同的垃圾处理方式碳排放强度不同苏州市实行垃圾分类之后其他垃圾焚烧处理碳排放强度最大可回收物资源化利用表现为负碳排放处理每吨可回收物可减碳.具有一定的碳减排效应.()苏州市城市化进程较快生活垃圾增量明显但垃圾分类处理产生的碳排放量波动幅度较小年碳排放量 万 左右.()垃圾分类之后由于厨余(餐厨)垃圾的分出及可回收物的资源化利用苏州市生活垃圾处理碳排放强度由分类前./下降至./表明垃圾分类有助于进一步减少碳排放加大生活垃圾资源回收利用率可加快苏州市固废处理领域碳达峰.生活垃圾低碳化、资
22、源化路径可从垃圾处理的各个环节着手通过对每个环节的精细化管控可大大降低生活垃圾处理的碳排放.()源头减量.将源头减量、重复使用、回收利用置于垃圾处理的优先位次建立涵盖生产、流通、消费等领域的生活垃圾源头减量工作机制.()进一步提升源头分类加强垃圾资源回收利用.加快建立与城市生活垃圾分类投放、收集、运输相匹配的分类处理系统满足城市生活垃圾分类处理需求.()加快体系建设优化收运(转运)系统.合理规划垃圾中转站完善收运队伍在保证收运效果的同时减少温室气体的排放.参考文献 国家统计局.中国统计年鉴.北京:中国统计出版社.陆莹莹赵旭.家庭能源消费研究述评.水电能源科学():.()/.:/./.南京师大学
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24、碳足迹研究.上海:上海大学.刘春红郝学军刘枫.北京市城市生活垃圾处理温室气体排放特征及减排策略.环境工程技术学报():.仲璐胡洋王璐.城市生活垃圾的温室气体排放计算及减排思考.环境卫生工程():.贾学智金珍刘昌盛.城市垃圾厂填埋气发电技术应用与分析.中国新技术新产品():.王琛孙治国付友先等.填埋场产甲烷影响因素及减排技术研究进展.山东化工():.张相锋肖学智何毅等.我国垃圾填埋气发电项目利用清洁发展机制的可行性研究.太阳能学报():.陈海滨刘金涛钟辉等.厨余垃圾不同处理模式碳减排潜力分析.中国环境科学():.中国城市温室气体工作组.中国产品全生命周期温室气体排放系数集().北京:中国环境出版集团.林成淼陈丽君吴洁珍.生活垃圾分类对固体废弃物和温室气体协同减排的影响研究 以浙江省为例.环境与可持续发展():.李颖武学孙成双等.基于低碳发展的北京城市生活垃圾处理模式优化.资源科学():.陈纪宏卞荣星张听雪等.垃圾分类对碳减排的影响分析 以青岛市为例.环境科学():.张涛乐云黄有亮等.城市垃圾处理的碳排放核算与分析 以苏州市为例.环境污染与防治():.责任编辑:丁 蓉
