污泥厭氧消化工藝的碳減排效果分析

趙陽(yáng)悅，趙政通，陳伯儉

(河北工程大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

近幾年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化進(jìn)程的加快，城市污水處理量和處理深度的日益增加產(chǎn)生了大量的污泥。污泥厭氧消化工藝是在無(wú)氧條件下，利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌等微生物，以自身一系列的生化反應(yīng)來(lái)使污泥實(shí)現(xiàn)分解的一種污泥處理技術(shù)[1-2]。最終的污泥經(jīng)過(guò)穩(wěn)定化、無(wú)害化處理作為有機(jī)肥使用，過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電和供熱[3]。對(duì)污水廠污泥基于該工藝進(jìn)行處理，不僅使能源實(shí)現(xiàn)高效利用，而且提高了污水廠污泥處理能力，促進(jìn)了當(dāng)?shù)鼐G色肥料產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展，社會(huì)和環(huán)境效益顯著[4]。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

吉林某公司基于污水處理廠改擴(kuò)建的污泥厭氧消化項(xiàng)目，將污水處理廠排放的污泥和畜禽糞便、秸稈、草木灰、骨泥等有機(jī)輔料混合調(diào)制，采用厭氧消化工藝，通過(guò)改造生產(chǎn)車(chē)間和庫(kù)房、新建污泥處理車(chē)間和設(shè)施、購(gòu)置污泥處理和沼氣發(fā)酵設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。項(xiàng)目投入運(yùn)行后，年新增有機(jī)肥產(chǎn)量3.75 萬(wàn)t，年均發(fā)電34.47 億kWh，供熱484.2 萬(wàn)GJ。

2 計(jì)算依據(jù)

本文基于以下清潔發(fā)展機(jī)制CDM方法學(xué)和相關(guān)計(jì)算工具來(lái)進(jìn)行碳減排效果的分析：

(1)溫室氣體自愿減排方法學(xué)CM-072-V01“多選垃圾處理方式”；

(2)厭氧消化池項(xiàng)目和泄漏排放計(jì)算工具；

(3)堆肥導(dǎo)致的項(xiàng)目和泄漏排放計(jì)算工具。

3 碳減排量計(jì)算

3.1 確定項(xiàng)目邊界和溫室氣體種類(lèi)

本項(xiàng)目的邊界包括與東北電網(wǎng)相連的電廠、污泥處理廠、該污泥處理廠內(nèi)的污泥處理設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電和用電設(shè)備、消耗燃料的設(shè)備以及填埋場(chǎng)。項(xiàng)目邊界來(lái)源內(nèi)包含的溫室氣體有CH4、N2O、CO2三種，由于其他氣體相比于主要排放源排放量很小，不納入計(jì)算范圍。

3.2 基準(zhǔn)線確定

依據(jù)方法學(xué)，本文從五個(gè)方面來(lái)確定該項(xiàng)目的基準(zhǔn)線：污水廠污泥送至垃圾填埋場(chǎng)填埋且無(wú)填埋氣回收裝置、秸稈在有氧條件下棄置或腐爛、禽畜糞便通過(guò)開(kāi)放式厭氧塘處置、項(xiàng)目所需電力由電網(wǎng)提供、所需熱力由原有燃煤鍋爐提供[5]。

3.3 基準(zhǔn)線排放量

本文為簡(jiǎn)化計(jì)算，不計(jì)算秸稈在有氧條件下棄置或腐爛和禽畜糞便通過(guò)開(kāi)放式厭氧塘處置產(chǎn)生的排放，只對(duì)污泥垃圾填埋場(chǎng)填埋產(chǎn)生的排放和項(xiàng)目替代的化石燃料熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的排放進(jìn)行計(jì)算。

3.3.1 污泥垃圾填埋場(chǎng)填埋產(chǎn)生的排放

本文依據(jù)方法學(xué)和固體廢棄物基準(zhǔn)線計(jì)算工具，結(jié)合填埋場(chǎng)甲烷排放參數(shù)對(duì)項(xiàng)目開(kāi)展以來(lái)7年內(nèi)污泥填埋產(chǎn)生的排放進(jìn)行計(jì)算，求取平均值作為最終排放量。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 污泥填埋產(chǎn)生的碳排放Table 1 Carbon emissions from sludge landfill

3.3.2 項(xiàng)目替代的化石燃料熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的排放

本文從發(fā)電和供熱兩方面對(duì)化石燃料產(chǎn)生的排放進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放Table 2 Carbon emissions from cogeneration

基于上述計(jì)算，可知污泥填埋產(chǎn)生的年均碳排放為7931 tCO2e，項(xiàng)目替代的化石燃料熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的排放為7479 tCO2e，則該項(xiàng)目基準(zhǔn)線下的排放量BEy=15410 tCO2e。

3.4 項(xiàng)目排放量

依據(jù)方法學(xué)，本文從電力消耗產(chǎn)生的排放、化石燃料消耗產(chǎn)生的排放和堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的排放三個(gè)方面對(duì)項(xiàng)目排放量進(jìn)行計(jì)算[6]。

3.4.1 電力及化石燃料消耗產(chǎn)生的排放

本文利用電力系統(tǒng)排放因子計(jì)算工具對(duì)東北電網(wǎng)排放因子進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合項(xiàng)目特征得出該項(xiàng)目電力和化石燃料消耗產(chǎn)生的排放量。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 電力及化石燃料消耗產(chǎn)生的排放Table 3 Emissions from electricity and fossil fuel consumption

3.4.2 堆肥過(guò)程產(chǎn)生的排放

3.4.2.1 秸稈、禽畜糞便運(yùn)輸產(chǎn)生的排放

根據(jù)可行性研究報(bào)告，基于堆肥導(dǎo)致的項(xiàng)目和泄漏排放計(jì)算工具計(jì)算在堆肥過(guò)程中輔料運(yùn)輸產(chǎn)生的排放。計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 輔料運(yùn)輸產(chǎn)生的排放Table 4 Emissions from excipient transportation

3.4.2.2 發(fā)酵罐泄露產(chǎn)生的排放

表5 發(fā)酵罐泄露產(chǎn)生的排放Table 5 Emissions from the fermentation tank leakage

發(fā)酵罐泄露產(chǎn)生的排放計(jì)算結(jié)果如表5所示。

3.4.2.3 堆肥產(chǎn)生的碳排放

污泥與秸稈、禽畜糞便厭氧堆肥過(guò)程中會(huì)釋放甲烷、氧化亞氮?dú)怏w，本文依據(jù)方法學(xué)和默認(rèn)排放因子分別計(jì)算兩種氣體造成的碳排放量。計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 堆肥產(chǎn)生的碳排放Table 6 Carbon emissions from composting

依據(jù)上述計(jì)算，可知該項(xiàng)目的排放總量PEy=5996 tCO2e。

3.5 泄漏量

本項(xiàng)目的發(fā)生地與堆肥場(chǎng)所距離較近，沒(méi)有在收集場(chǎng)所額外的運(yùn)輸過(guò)程，所以本項(xiàng)目泄漏量Ly=0。

3.6 項(xiàng)目碳減排量

綜合上述計(jì)算結(jié)果可知，基準(zhǔn)線的年均排放量為15410 tCO2e，項(xiàng)目排放量為5996 tCO2e，泄漏量為0。因此本項(xiàng)目的總體減排量為三者之差，即ERy=9414 tCO2e。

4 結(jié)論

本文基于溫室氣體自愿減排方法學(xué)，以吉林省某污水處理廠污泥厭氧消化項(xiàng)目為例，計(jì)算得出該項(xiàng)目通過(guò)改進(jìn)的污泥處理工藝每年可減少溫室氣體排放9414 tCO2e，污泥厭氧消化工藝的減排效果顯著。該工藝在污水處理廠的推廣有助于污泥的資源化利用，對(duì)于城市電力的節(jié)約和環(huán)境的改善具有促進(jìn)作用[7-8]。