分享垃圾處理行業(yè)碳減排路徑探討

我國(guó)的垃圾量正在逐年上升，2004年我國(guó)的垃圾產(chǎn)量超過(guò)美國(guó)成為第一大垃圾制造國(guó)，2019年我國(guó)垃圾清運(yùn)總量已經(jīng)達(dá)到2.42億噸，且近年來(lái)增長(zhǎng)率在不斷上升。除此之外，人均垃圾清運(yùn)量一直在1千克以上，2017年達(dá)到1.2千克，其水平髙于亞洲周邊國(guó)家，如韓國(guó)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(fā)達(dá)國(guó)家的水平，例如美國(guó)和丹麥的人均清運(yùn)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(lái)國(guó)際關(guān)注度比較高的問(wèn)題之一。

一我國(guó)生活垃圾主要處理體系

我國(guó)城市生活垃圾產(chǎn)生量大、源頭眾多而且比較分散，因此城市生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)存在多級(jí)結(jié)構(gòu)，如下圖所示，一般由前端收集、中端轉(zhuǎn)運(yùn)、末端處置幾個(gè)階段構(gòu)成，其中前端收集環(huán)節(jié)一般由初級(jí)收集、二級(jí)收集兩層結(jié)構(gòu)組成。居民將日常生活中的垃圾投放到活動(dòng)區(qū)域內(nèi)部的初級(jí)收集地點(diǎn)，環(huán)衛(wèi)或者社區(qū)的工作人員將初級(jí)收集地點(diǎn)的垃圾運(yùn)輸?shù)蕉?jí)點(diǎn)進(jìn)行集中的壓縮等處理，二級(jí)收集點(diǎn)的垃圾再通過(guò)載重量較大的垃圾車運(yùn)送至中端轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，在此進(jìn)行初步的粉碎、分揀等工作，最后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理的垃圾被壓縮送至填埋場(chǎng)、焚燒廠等垃圾處理中心，有回收價(jià)值的則被送至再生資源回收利用中心。

圖1我國(guó)生活垃圾收運(yùn)處理體系

二我國(guó)生活垃圾常見(jiàn)處理處置方式

我國(guó)生活垃圾常見(jiàn)處理處置方式主要有衛(wèi)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(guó)主要處理方式，由下圖可以看出，垃圾填埋依然是我國(guó)主要垃圾處理方式，近年來(lái)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(wàn)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(dá)到2.8萬(wàn)噸/日，基本實(shí)現(xiàn)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(guó)2003-2017年城市生活垃圾清運(yùn)數(shù)據(jù)

三生活垃圾收集處理過(guò)程碳排放環(huán)節(jié)

生活垃圾處理相關(guān)的溫室氣體排放量計(jì)算方法通常采用《IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》，根據(jù)我國(guó)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(lái)自垃圾處理領(lǐng)域，二氧化碳排放量高達(dá)1.58×108t/a。張婷婷在畢業(yè)論文通過(guò)假設(shè)各類垃圾收集處理情景，結(jié)合北京實(shí)際垃圾產(chǎn)生量對(duì)垃圾收集處理各環(huán)節(jié)碳排放進(jìn)行估算，研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)輸環(huán)節(jié)碳排放量占比最小，垃圾分類工作帶來(lái)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(dǎo)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(shí)焚燒發(fā)電和垃圾回收帶來(lái)的碳減排量最高，碳減排率達(dá)70%。陳思勤對(duì)2005～2015年上海市生活垃圾處置過(guò)程中的溫室氣體碳排放計(jì)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(jié)論，垃圾填埋碳排放高于焚燒和堆肥。高斌研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)垃圾分類收集、資源回收、厭氧消化和殘?jiān)贌幹玫墓餐饔?，具有最大的碳減排潛力。

生活垃圾碳排放主要來(lái)自于運(yùn)輸、處理處置等過(guò)程，具體環(huán)節(jié)如下。

01垃圾車運(yùn)輸環(huán)節(jié)

生活垃圾運(yùn)輸車輛產(chǎn)生的溫室氣體，涵蓋了收集點(diǎn)到轉(zhuǎn)運(yùn)站的運(yùn)輸階段、轉(zhuǎn)運(yùn)站到終端處理設(shè)施（填埋場(chǎng)、焚燒廠、堆肥廠）和再生資源回收利用中心的運(yùn)輸階段以及焚燒、堆肥殘?jiān)\(yùn)送到填埋場(chǎng)填埋的運(yùn)輸階段，碳排放主要來(lái)自運(yùn)輸過(guò)程汽車燃油排放。

02填埋

可生物降解的有機(jī)物發(fā)生厭氧反應(yīng)產(chǎn)生的甲烷，其產(chǎn)生量占垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)產(chǎn)生的填埋氣體的50%以上。

03焚燒

垃圾焚燒廠焚燒來(lái)自化石燃料的廢棄物或燃燒化石燃料等產(chǎn)生的二氧化碳，同時(shí)焚燒熱能發(fā)電所帶來(lái)的一定的碳減排效益。

04堆肥

堆肥處理生活垃圾產(chǎn)生的溫室氣體排放主要為甲烷和氧化亞氮。在強(qiáng)制通風(fēng)的靜態(tài)好氧堆肥過(guò)程中，生活垃圾大部分可降解有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氧化亞氮，在通風(fēng)條件不好的情況下則發(fā)生厭氧反應(yīng)產(chǎn)生少量甲烷。

05再生資源回收利用

再生資源回收利用所節(jié)約能耗可以帶來(lái)碳減排效益。

四我國(guó)生活垃圾碳減排技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

據(jù)估算，在快速城鎮(zhèn)化發(fā)展背景下，2025年我國(guó)城鎮(zhèn)居民數(shù)量將達(dá)到10億人，城市生活垃圾領(lǐng)域的二氧化碳排放量減排潛力大約為2.363×108t/a。無(wú)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(chǔ)上發(fā)展“低碳化”則是我國(guó)未來(lái)生活垃圾處理的大趨勢(shì)。結(jié)合目前生活垃圾的處理現(xiàn)狀和水平，進(jìn)一步推進(jìn)碳減排策略可從如下幾方面進(jìn)行：

01生活垃圾持續(xù)分類

持續(xù)推進(jìn)垃圾分類工作，垃圾精細(xì)化分類可提高后續(xù)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(dòng)碳減排的關(guān)鍵。研究表明只有生活垃圾分類工作持續(xù)推進(jìn)，實(shí)行推廣精細(xì)化的垃圾分類模式（例如上海市4分法），才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)的溫室氣體減排目標(biāo)。

02優(yōu)化生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)

科學(xué)規(guī)劃收運(yùn)路線，使用清潔能源環(huán)衛(wèi)機(jī)具，一定程度減少運(yùn)輸過(guò)程中碳排放。

03系統(tǒng)規(guī)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(jī)成分采用堆肥方式進(jìn)行資源化處理，并在較發(fā)達(dá)地區(qū)采用“全量焚燒+殘?jiān)盥瘛钡募夹g(shù)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(xiàn)狀。

04填埋回收氣加強(qiáng)回收利用

較大型的填埋場(chǎng)，填埋氣體收集系統(tǒng)的集氣效率在30%~80%。使用密封性好的集氣系統(tǒng)再將收集的填埋氣體進(jìn)行提純?nèi)紵l(fā)電，即可實(shí)現(xiàn)生活垃圾填埋場(chǎng)的節(jié)能減排。這些填埋氣體收集起來(lái)并進(jìn)行發(fā)電、供熱、供氣等利用就是對(duì)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(fā)電利用就能間接地通過(guò)代替部分火電減少相應(yīng)的溫室氣體排放。

05優(yōu)化垃圾焚燒技術(shù)與設(shè)備

我國(guó)城市生活垃圾焚燒處理與國(guó)外的技術(shù)相比仍有很大差距，如蒸汽參數(shù)低，多采用中溫中壓（4.0MPa/400℃），余熱利用形式單一，多用于發(fā)電，熱效率低等。應(yīng)充分借鑒國(guó)外先進(jìn)焚燒技術(shù)，發(fā)展適合我國(guó)低熱值、高水分的垃圾焚燒技術(shù)，以及多元化余熱利用形式，以提高熱效率，進(jìn)一步為溫室氣體減排做出貢獻(xiàn)。

06優(yōu)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(yīng)，既減少了垃圾填埋產(chǎn)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(shí)濕垃圾堆肥過(guò)程可產(chǎn)生大量沼氣，回收利用還可實(shí)現(xiàn)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(jìn)行“壓榨預(yù)處理+干組分焚燒+濕組分厭氧發(fā)酵”，全年可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)發(fā)電4.5億kW·h，同時(shí)減少CO2排放量201.4萬(wàn)t。