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

近幾年來，隨著國民經(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)來使污泥實現(xiàn)分解的一種污泥處理技術(shù)[1-2]。最終的污泥經(jīng)過穩(wěn)定化、無害化處理作為有機(jī)肥使用，過程中產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行發(fā)電和供熱[3]。對污水廠污泥基于該工藝進(jìn)行處理，不僅使能源實現(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)市場的發(fā)展，社會和環(huán)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(kuò)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(jī)輔料混合調(diào)制，采用厭氧消化工藝，通過改造生產(chǎn)車間和庫房、新建污泥處理車間和設(shè)施、購置污泥處理和沼氣發(fā)酵設(shè)備，以實現(xiàn)污泥的資源化利用。項目投入運(yùn)行后，年新增有機(jī)肥產(chǎn)量3.75 萬t，年均發(fā)電34.47 億kWh，供熱484.2 萬GJ。

2 計算依據(jù)

本文基于以下清潔發(fā)展機(jī)制CDM方法學(xué)和相關(guān)計算工具來進(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)厭氧消化池項目和泄漏排放計算工具；

(3)堆肥導(dǎo)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(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)場發(fā)電和用電設(shè)備、消耗燃料的設(shè)備以及填埋場。項目邊界來源內(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，不納入計算范圍。

3.2 基準(zhǔn)線確定

依據(jù)方法學(xué)，本文從五個方面來確定該項目的基準(zhǔn)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(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(chǎn)生的排放，只對污泥垃圾填埋場填埋產(chǎn)生的排放和項目替代的化石燃料熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的排放進(jìn)行計算。

3.3.1 污泥垃圾填埋場填埋產(chǎn)生的排放

本文依據(jù)方法學(xué)和固體廢棄物基準(zhǔn)線計算工具，結(jié)合填埋場甲烷排放參數(shù)對項目開展以來7年內(nèi)污泥填埋產(chǎn)生的排放進(jìn)行計算，求取平均值作為最終排放量。計算結(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)電和供熱兩方面對化石燃料產(chǎn)生的排放進(jìn)行計算。計算結(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

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

3.4 項目排放量

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)生的排放和堆肥過程中產(chǎn)生的排放三個方面對項目排放量進(jìn)行計算[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)排放因子計算工具對東北電網(wǎng)排放因子進(jìn)行計算，結(jié)合項目特征得出該項目電力和化石燃料消耗產(chǎn)生的排放量。計算結(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)可行性研究報告，基于堆肥導(dǎo)致的項目和泄漏排放計算工具計算在堆肥過程中輔料運(yùn)輸產(chǎn)生的排放。計算結(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程中會釋放甲烷、氧化亞氮?dú)怏w，本文依據(jù)方法學(xué)和默認(rèn)排放因子分別計算兩種氣體造成的碳排放量。計算結(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)上述計算，可知該項目的排放總量PEy=5996 tCO2e。

3.5 泄漏量

本項目的發(fā)生地與堆肥場所距離較近，沒有在收集場所額外的運(yùn)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(jié)果可知，基準(zhǔn)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(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目為例，計算得出該項目通過改進(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]。