垃圾处理行业碳减排路径探讨

核心提示: 我国的垃圾量正在逐年上升,2004年我国的垃圾产量超过美国成为第一大垃圾制造国,2019年我国垃圾清运总量已经达到2.42亿吨,且近年来增长...

        我国的垃圾量正在逐年上升,2004年我国的垃圾产量超过美国成为第一大垃圾制造国,2019年我国垃圾清运总量已经达到2.42亿吨,且近年来增长率在不断上升。除此之外,人均垃圾清运量一直在1千克以上,2017年达到1.2千克,其水平髙于亚洲周边国家,如韩国的1.05千克/人/日以及日本的0.93千克/人/日,但是低于欧美一些发达国家的水平,例如美国和丹麦的人均清运量基本维持在2千克以上。其中,生活垃圾处理中的温室气体排放是近年来国际关注度比较高的问题之一。

        一我国生活垃圾主要处理体系

        我国城市生活垃圾产生量大、源头众多而且比较分散,因此城市生活垃圾收运系统存在多级结构,如下图所示,一般由前端收集、中端转运、末端处置几个阶段构成,其中前端收集环节一般由初级收集、二级收集两层结构组成。居民将日常生活中的垃圾投放到活动区域内部的初级收集地点,环卫或者社区的工作人员将初级收集地点的垃圾运输到二级点进行集中的压缩等处理,二级收集点的垃圾再通过载重量较大的垃圾车运送至中端转运点,在此进行初步的粉碎、分拣等工作,最后经过简单处理的垃圾被压缩送至填埋场、焚烧厂等垃圾处理中心,有回收价值的则被送至再生资源回收利用中心。


图1我国生活垃圾收运处理体系

        二我国生活垃圾常见处理处置方式

        我国生活垃圾常见处理处置方式主要有卫生填埋、垃圾焚烧、堆肥和厌氧消化,其中垃圾填埋与焚烧是我国主要处理方式,由下图可以看出,垃圾填埋依然是我国主要垃圾处理方式,近年来随着垃圾焚烧能力不断提升,填埋量随之明显下降,以上海为例,“十三五”期间,全市新增生活垃圾焚烧处理能力1.3万吨/日,新增湿垃圾集中处理能力3900吨/日;全市干垃圾焚烧和湿垃圾处理能力达到2.8万吨/日,基本实现原生生活垃圾零填埋。堆肥和厌氧消化常用于湿垃圾处理工艺。


图2全国2003-2017年城市生活垃圾清运数据

        三生活垃圾收集处理过程碳排放环节

        生活垃圾处理相关的温室气体排放量计算方法通常采用《IPCC国家温室气体清单指南》,根据我国最新的温室气体排放清单(2016年),二氧化碳排放总量的1.3%来自垃圾处理领域,二氧化碳排放量高达1.58×108t/a。张婷婷在毕业论文通过假设各类垃圾收集处理情景,结合北京实际垃圾产生量对垃圾收集处理各环节碳排放进行估算,研究发现,运输环节碳排放量占比最小,垃圾分类工作带来碳排放的增加几乎可以忽略;垃圾处理仅分为填埋和焚烧两类导致的碳排放量最高;在湿垃圾堆肥、可回收垃圾处理的情况下,剩余垃圾全部焚烧的碳排放量最低,同时焚烧发电和垃圾回收带来的碳减排量最高,碳减排率达70%。陈思勤对2005~2015年上海市生活垃圾处置过程中的温室气体碳排放计算得出,垃圾焚烧的温室气体排放量比填埋处置排放量更低。仲璐得出相似结论,垃圾填埋碳排放高于焚烧和堆肥。高斌研究发现,通过垃圾分类收集、资源回收、厌氧消化和残渣焚烧处置的共同作用,具有最大的碳减排潜力。

        生活垃圾碳排放主要来自于运输、处理处置等过程,具体环节如下。

        01垃圾车运输环节

        生活垃圾运输车辆产生的温室气体,涵盖了收集点到转运站的运输阶段、转运站到终端处理设施(填埋场、焚烧厂、堆肥厂)和再生资源回收利用中心的运输阶段以及焚烧、堆肥残渣运送到填埋场填埋的运输阶段,碳排放主要来自运输过程汽车燃油排放。

         02填埋

        可生物降解的有机物发生厌氧反应产生的甲烷,其产生量占垃圾卫生填埋场产生的填埋气体的50%以上。

         03焚烧

         垃圾焚烧厂焚烧来自化石燃料的废弃物或燃烧化石燃料等产生的二氧化碳,同时焚烧热能发电所带来的一定的碳减排效益。

         04堆肥

        堆肥处理生活垃圾产生的温室气体排放主要为甲烷和氧化亚氮。在强制通风的静态好氧堆肥过程中,生活垃圾大部分可降解有机碳转化为二氧化碳和氧化亚氮,在通风条件不好的情况下则发生厌氧反应产生少量甲烷。

        05再生资源回收利用

        再生资源回收利用所节约能耗可以带来碳减排效益。

        四我国生活垃圾碳减排技术现状及发展趋势

        据估算,在快速城镇化发展背景下,2025年我国城镇居民数量将达到10亿人,城市生活垃圾领域的二氧化碳排放量减排潜力大约为2.363×108t/a。无害化、减量化和资源化是生活垃圾处理的原则,在提高“三化”水平的基础上发展“低碳化”则是我国未来生活垃圾处理的大趋势。结合目前生活垃圾的处理现状和水平,进一步推进碳减排策略可从如下几方面进行:

        01生活垃圾持续分类

        持续推进垃圾分类工作,垃圾精细化分类可提高后续可回收资源的资利用率,提高湿垃圾纯度,提高干垃圾热值,是源头推动碳减排的关键。研究表明只有生活垃圾分类工作持续推进,实行推广精细化的垃圾分类模式(例如上海市4分法),才能实现长远的温室气体减排目标。

        02优化生活垃圾收运系统

        科学规划收运路线,使用清洁能源环卫机具,一定程度减少运输过程中碳排放。

        03系统规划垃圾处理处置方式

        填埋处理的碳排放量是最高的。如果将厨余垃圾等有机成分采用堆肥方式进行资源化处理,并在较发达地区采用“全量焚烧+残渣填埋”的技术路线处理生活垃圾,将从根本上改变生活垃圾处理碳排放的现状。

        04填埋回收气加强回收利用

        较大型的填埋场,填埋气体收集系统的集气效率在30%~80%。使用密封性好的集气系统再将收集的填埋气体进行提纯燃烧发电,即可实现生活垃圾填埋场的节能减排。这些填埋气体收集起来并进行发电、供热、供气等利用就是对垃圾填埋处理的能源化,不仅直接减少了温室气体甲烷的排放,而且如发电利用就能间接地通过代替部分火电减少相应的温室气体排放。

        05优化垃圾焚烧技术与设备

        我国城市生活垃圾焚烧处理与国外的技术相比仍有很大差距,如蒸汽参数低,多采用中温中压(4.0MPa/400℃),余热利用形式单一,多用于发电,热效率低等。应充分借鉴国外先进焚烧技术,发展适合我国低热值、高水分的垃圾焚烧技术,以及多元化余热利用形式,以提高热效率,进一步为温室气体减排做出贡献。

        06优化湿垃圾资源化利用

        湿垃圾的资源化利用具有双重减排效应,既减少了垃圾填埋产生的甲烷排放和减少使用化石燃料燃烧的二氧化碳排放,同时湿垃圾堆肥过程可产生大量沼气,回收利用还可实现碳减排效益。陈海滨研究表明,以深圳市为例,如果厨余垃圾全部进行“压榨预处理+干组分焚烧+湿组分厌氧发酵”,全年可实现上网发电4.5亿kW·h,同时减少CO2排放量201.4万t。
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