高濃度有機廢水處理領域溫室氣體減排計算

王若男，龍亞會，高 軻

(1.河北工程大學 城市建設學院,河北 邯鄲 056038；2.中國水利水電科學研究院 水環境研究所, 北京 100038)

現階段我國正處于工業化水平迅速發展的關鍵時期，與同處于此時期的其他國家相比，我國的CO2排放量還處于比較高的水平[1]。溫室效應會造成極端天氣頻發、海平面上升、生態系統平衡破壞、農作物產量減少、傳染病暴發等多方面的不利影響。據2002年的數據顯示，我國排放的工業有機廢水若采用厭氧工藝處理的話，會獲得106.8億立方米的沼氣，其中56%為CH4[2]。雖然CH4在大氣中的含量遠遠低于CO2，但若以100年計，CH4引起的溫室效應是CO2的21倍[3]。據調查顯示，我國在2004年已有66.57億立方米的沼氣開發利用量，如果按熱值當量進行計算的話，其相當于523萬噸標煤，即732萬噸原煤[4]。所以，在高濃度有機廢水處理領域中實施CDM項目的溫室減排效益是顯著的。

1項目介紹

本項目位于河北省邯鄲市清源釀酒廠，本廠的釀酒量約為9 000 t/a。釀酒時會產生大量的高濃度有機廢水，其中含有較高濃度的COD和BOD。本廠廢水處理系統的設計處理量為500 m3/d。為了避免高濃度有機廢水厭氧處理過程中產生的沼氣直接排放進入大氣，本廠對沼氣進行了回收，并將其用于發電。這樣在降低CH4排放量的基礎上，避免了CH4本身造成的溫室效應，同時因替代了部分發電能源，也減少了一定的溫室氣體排放量，使其具有雙重CDM特性。本項目的工藝流程見圖1。

2減排量計算

CDM方法學是審查CDM項目合格性及估算∕計算項目減排量的基礎，以期實現議定書設立CDM的目標。本項目采用的是CDM方法學AMS.Ⅲ.H(廢水處理中的CH4回收)來計算有機廢水處理沼氣利用項目的CO2減排量[5]。按照方法學[6]的描述，本項目y年份的減排量為：

ERy=BEy-PEy-Ly

(1)

其中：ERy表示y年份的項目活動減排量∕tCO2；BEy表示y年份的基準線排放量∕tCO2；PEy表示y年份的項目排放量∕tCO2；Ly表示y年份的項目泄露排放量∕tCO2。

2.1 BEy計算

基準線，是指在沒有該CDM項目的情況下，為了提供同樣的服務，最可能建設的其他項目(即基準線項目)所帶來的溫室氣體排放量，因此它是一種假設的情景。在本項目中，基準線就是不回收廢水高濃度有機廢水厭氧處理過程中產的CH4，而使其全部釋放發到大氣中。

(1)BEy，ww計算

BEy，ww=Qw,y×CODy×MCF×Bo×UFBL×GWPCH4

(2)

其中：BEy，ww表示y年份廢水處理過程中的基準線排放量∕tCO2；Qw,y表示基準線廢水處理過程中所處理的廢水量∕m3；CODy表示y年份基準線廢水處理過程中去除的COD量∕(t/m3)；MCF表示基準線廢水處理過程中的CH4收集因子(取值為0.8)；Bo表示廢水中產生的CH4量(IPCC對其默認值為0.21 kg CH4/kgCOD)；UFBL表示模型修正因子(取值為0.94)；GWPCH4表示第一承諾期CH4全球變暖潛勢批準值(取值為21 tCO2e/t CH4)。

(2)BEy, grid計算

BEy, grid=Ey, net×EFy

(3)

其中：BEy, grid表示y年份發電過程中的基準線排放量∕tCO2；Ey, net表示本項目y年份火力發電廠的凈發電量∕MWh；EFy電網排放因子∕(tCO2e/MWh)(華北電網2008年的CO2排放因子為0.992 8 tCO2e/MWh)。

2.2 PEy計算

PEy=PEpower+PEtreated+PEfinal+PEfugitive

(4)

其中：PEy表示項目排放量∕tCO2；PEpower表示y年份產生于電能或者燃料消耗中的排放量∕tCO2；PEtreated表示y年份本項目廢水處理過程中的CH4排放量∕tCO2；PEfinal表示y年份污泥厭氧腐爛過程中產生的CH4排放量∕tCO2；PEfugitive表示y年份在捕集系統中沼氣釋放的CH4排放量∕tCO2。

(1)PEpower計算

PEpower=Ey,consumed×EFy

(5)

其中：Econsumed表示y年份本項目所消耗的電量∕MWh。

(2)PEtreated計算

PEtreated=Qw,y×CODy，treated×MCF×Bo×UFBL×GWPCH4

(6)

其中：CODy，treated表示y年份處理污水的O2需求量∕(t/m3)。

(3)PEfinal計算

在該CDM項目中并未采取厭氧方式降解所產生的的污泥，而是通過有氧方式對其處理，所以，PEfinal應為零。

(4)PEfugitive計算

PEfugitive,y=PEfugitive,ww,y+PEfugitive,s,y

(7)

其中：PEfugitive,ww,y表示y年份廢水厭氧處理過程中收集和利用∕燃燒的易散性排放量∕tCO2；PEfugitive,s,y表示y年份污泥厭氧處理過程中收集和利用∕燃燒的易散性排放量∕tCO2。在本項目中PEfugitive,s,y應為零。

在20世紀30年代，經典計算主義獲得跨越式的發展，其中尤以“邱奇——圖靈”論題的提出最具代表性。按照這一論題，一個函數，如果是可遞歸的，那么，就是能行可計算的。而能行可計算指的是，如果一個對象是可計算的，那么至少存在一種算法，可以實現這一計算。

PEfugitive,ww,y=(1-CEFww) ×MEPww,treatment,y×GWPCH4

(8)

其中：CEFww表示在本項目廢水處理過程中捕集利用CH4的效率(默認值為0.9)；MEPww,treatment,y表示y年份廢水處理CH4回收系統中的CH4排放潛力∕t。

MEPww,treatment,y=Qw,y×CODy×MCF×Bo×UFPJ

(9)

其中：UFPJ表示模型修正因子(取值為1.06)。

2.3 Ly計算

由于在本項目中并不存在泄露排放，因此項目泄露排放量Ly應為零。

2.4 相關計算數據及計算結果

在計算本項目的活動減排量ERy過程中所涉及的數據及參數見表1，減排量ERy的計算結果見表2。

表1 計算過程中涉及的數據及參數

表2 本項目減排量ERy的計算結果

3 結果與分析

預計本項目的總投資額為3 500萬元，本項目所獲得的經濟效益主要來自于兩個方面：首先，利用高濃度有機廢水厭氧處理過程中回收的沼氣進行發電，然后出售給電網，帶來了一定的資金收入；其次，在CDM情況下出售經核準的溫室氣體減排量，產生了部分額外收入。據調查，本項目的基準收益率約為7%，若在沒有CDM的情況下，本項目的內部收益率只為2.55%。然而，在CDM情況下，如果按照目前國際上每噸CO2e排放量約為76元的定價出售本項目所獲得的55 485 tCO2e排放量，則本項目的收益率約為12.05%，高于項目的基準收益率。所以，在CDM情況下，本項目可以獲得較大的經濟效益。

4結束語

高濃度有機廢水處理領域開展CDM項目，在對廢水進行合理處理的基礎之上，還實現了可再生資源的有效利用，同時也一定程度上避免了溫室效應對環境造成的不利影響，進而促進社會的健康穩定發展；從經濟效益上來看，項目所獲得的核證減排量收入為我國國內企業創造了一定的資金利益。所以，在中國等發展中國家開發CDM項目會產生十分顯著的綜合效益。

[1] 劉 雯，高慧燕．中國溫室氣體排放的歷史積累和現狀分析[J]．節能與環保，2009(4)：14-15．

[2] 顧樹華．中國沼氣資源和開發利用[EB/OL]．(2006-8-17)[2013-09-06]．http://www.newenergy.org. cn/html/0068/2006817_11465.html．

[3] 龍 泉．在高濃度有機廢水處理中要更加重視沼氣回收[J]．中國沼氣，2006，25(2)：43-45．

[4] 徐 淼，張金鳳，文 玲，等．在有機廢水處理領域內的CDM項目分析[J]．環境工程，2008(26)：119-121．

[5] UNFCCC．Indicative simplified based line and monitoring methodologies for selected small-scale CDM project activity categories-Ⅲ-H: Methane Recovery in Wastewater Treatment [EB/OL].(2010-11-26) [2013-09-06]．http://cdm.unfccc.int/DOE/scopes.html#13．

[6] 中國21世紀議程管理中心．清潔發展機制方法學指南[M]．北京：社會科學文獻出版社，2005．