污泥厭氧消化工藝的碳減排效果分析

趙陽悅，趙政通，陳伯儉

(河北工程大學 能源與環境工程學院，河北 邯鄲 056038)

近幾年來，隨著國民經濟和工業化進程的加快，城市污水處理量和處理深度的日益增加產生了大量的污泥。污泥厭氧消化工藝是在無氧條件下，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來使污泥實現分解的一種污泥處理技術[1-2]。最終的污泥經過穩定化、無害化處理作為有機肥使用，過程中產生的沼氣進行發電和供熱[3]。對污水廠污泥基于該工藝進行處理，不僅使能源實現高效利用，而且提高了污水廠污泥處理能力，促進了當地綠色肥料產業市場的發展，社會和環境效益顯著[4]。

1 項目簡介

吉林某公司基于污水處理廠改擴建的污泥厭氧消化項目，將污水處理廠排放的污泥和畜禽糞便、秸稈、草木灰、骨泥等有機輔料混合調制，采用厭氧消化工藝，通過改造生產車間和庫房、新建污泥處理車間和設施、購置污泥處理和沼氣發酵設備，以實現污泥的資源化利用。項目投入運行后，年新增有機肥產量3.75 萬t，年均發電34.47 億kWh，供熱484.2 萬GJ。

2 計算依據

本文基于以下清潔發展機制CDM方法學和相關計算工具來進行碳減排效果的分析：

(1)溫室氣體自愿減排方法學CM-072-V01“多選垃圾處理方式”；

(2)厭氧消化池項目和泄漏排放計算工具；

(3)堆肥導致的項目和泄漏排放計算工具。

3 碳減排量計算

3.1 確定項目邊界和溫室氣體種類

本項目的邊界包括與東北電網相連的電廠、污泥處理廠、該污泥處理廠內的污泥處理設備、現場發電和用電設備、消耗燃料的設備以及填埋場。項目邊界來源內包含的溫室氣體有CH4、N2O、CO2三種，由于其他氣體相比于主要排放源排放量很小，不納入計算范圍。

3.2 基準線確定

依據方法學，本文從五個方面來確定該項目的基準線：污水廠污泥送至垃圾填埋場填埋且無填埋氣回收裝置、秸稈在有氧條件下棄置或腐爛、禽畜糞便通過開放式厭氧塘處置、項目所需電力由電網提供、所需熱力由原有燃煤鍋爐提供[5]。

3.3 基準線排放量

本文為簡化計算，不計算秸稈在有氧條件下棄置或腐爛和禽畜糞便通過開放式厭氧塘處置產生的排放，只對污泥垃圾填埋場填埋產生的排放和項目替代的化石燃料熱電聯產產生的排放進行計算。

3.3.1 污泥垃圾填埋場填埋產生的排放

本文依據方法學和固體廢棄物基準線計算工具，結合填埋場甲烷排放參數對項目開展以來7年內污泥填埋產生的排放進行計算，求取平均值作為最終排放量。計算結果如表1所示。

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

3.3.2 項目替代的化石燃料熱電聯產產生的排放

本文從發電和供熱兩方面對化石燃料產生的排放進行計算。計算結果如表2所示。

表2 熱電聯產產生的碳排放Table 2 Carbon emissions from cogeneration

基于上述計算，可知污泥填埋產生的年均碳排放為7931 tCO2e，項目替代的化石燃料熱電聯產產生的排放為7479 tCO2e，則該項目基準線下的排放量BEy=15410 tCO2e。

3.4 項目排放量

依據方法學，本文從電力消耗產生的排放、化石燃料消耗產生的排放和堆肥過程中產生的排放三個方面對項目排放量進行計算[6]。

3.4.1 電力及化石燃料消耗產生的排放

本文利用電力系統排放因子計算工具對東北電網排放因子進行計算，結合項目特征得出該項目電力和化石燃料消耗產生的排放量。計算結果如表3所示。

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

3.4.2 堆肥過程產生的排放

3.4.2.1 秸稈、禽畜糞便運輸產生的排放

根據可行性研究報告，基于堆肥導致的項目和泄漏排放計算工具計算在堆肥過程中輔料運輸產生的排放。計算結果如表4所示。

表4 輔料運輸產生的排放Table 4 Emissions from excipient transportation

3.4.2.2 發酵罐泄露產生的排放

表5 發酵罐泄露產生的排放Table 5 Emissions from the fermentation tank leakage

發酵罐泄露產生的排放計算結果如表5所示。

3.4.2.3 堆肥產生的碳排放

污泥與秸稈、禽畜糞便厭氧堆肥過程中會釋放甲烷、氧化亞氮氣體，本文依據方法學和默認排放因子分別計算兩種氣體造成的碳排放量。計算結果如表6所示。

表6 堆肥產生的碳排放Table 6 Carbon emissions from composting

依據上述計算，可知該項目的排放總量PEy=5996 tCO2e。

3.5 泄漏量

本項目的發生地與堆肥場所距離較近，沒有在收集場所額外的運輸過程，所以本項目泄漏量Ly=0。

3.6 項目碳減排量

綜合上述計算結果可知，基準線的年均排放量為15410 tCO2e，項目排放量為5996 tCO2e，泄漏量為0。因此本項目的總體減排量為三者之差，即ERy=9414 tCO2e。

4 結論

本文基于溫室氣體自愿減排方法學，以吉林省某污水處理廠污泥厭氧消化項目為例，計算得出該項目通過改進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，對于城市電力的節約和環境的改善具有促進作用[7-8]。