污染土壤穩(wěn)定化碳排放計(jì)算方法及案例研究

周實(shí)際,孫慧洋,李穎臻,袁 航,馮亞松,楊玉玲,杜延軍* (.東南大學(xué),巖土工程研究所,江蘇省城市地下工程與環(huán)境安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 89；.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院,江蘇 南京 0036)

我國實(shí)施積極應(yīng)對(duì)氣候變化的國家戰(zhàn)略,提出2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)[1].為實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展,制定合理的減排目標(biāo),優(yōu)化碳減排措施,需要對(duì)各個(gè)行業(yè)的碳排放量進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算[2-4].目前,碳排放的計(jì)算方法主要有基于終端消耗的碳排放核算方法、基于全生命周期的碳排放核算方法,以及投入產(chǎn)出法[5-9].基于全生命周期的碳排放核算方法分為系統(tǒng)邊界的劃定、清單分析和排放評(píng)價(jià)3個(gè)步驟,其以過程分析為基本出發(fā)點(diǎn),通過研究對(duì)象的生命周期輸入和輸出數(shù)據(jù)清單計(jì)算研究對(duì)象全生命周期的碳排放,是目前較為常用的碳排放核算方法[10-11].

我國城市建設(shè)擴(kuò)張和產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整過程中,工業(yè)企業(yè)搬遷遺留地塊污染嚴(yán)重[12-15].近年來,污染場(chǎng)地修復(fù)從業(yè)人員逐步開發(fā)了適合我國國情的實(shí)用修復(fù)技術(shù),并將其有效地應(yīng)用到工程實(shí)施中[16].同時(shí),在確保場(chǎng)地修復(fù)效果能長期穩(wěn)定地達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的基礎(chǔ)上,如何減少修復(fù)活動(dòng)的負(fù)面影響,降低修復(fù)全過程的能源和材料消耗,降低 CO2等溫室氣體的排放,提升修復(fù)工程的可持續(xù)水平受到各方關(guān)注.薛成杰等[17]根據(jù)單位GDP產(chǎn)值排放CO2系數(shù)進(jìn)行估算、對(duì)比分析了熱脫附技術(shù)、氣相抽提技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置、固化/穩(wěn)定化技術(shù)等污染場(chǎng)地修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)的碳排放情況.方海等[18]以全生命周期理論為指導(dǎo),建立了公路建設(shè)期碳排放計(jì)算模型,并利用所構(gòu)建的碳排放計(jì)算模型對(duì)某公路建設(shè)工程建設(shè)期路面碳排放進(jìn)行核算,核算值與監(jiān)測(cè)值相近,可為污染場(chǎng)地修復(fù)工程碳排放計(jì)算提供參考.

穩(wěn)定化廣泛應(yīng)用于我國現(xiàn)階段重金屬污染土壤的修復(fù)[19-26],該技術(shù)運(yùn)用化學(xué)方法將污染物轉(zhuǎn)化為性質(zhì)不活潑的形態(tài),阻止其在環(huán)境中的遷移、擴(kuò)散,從而降低污染物的毒性,具有見效快、施工方便、經(jīng)濟(jì)成本低等特點(diǎn)[19,23-24].目前,國內(nèi)缺乏污染土壤穩(wěn)定化的碳排放計(jì)算方法和計(jì)算數(shù)據(jù).本研究以全生命周期理論為指導(dǎo),采用基于過程的清單分析法,確定碳排放核算邊界,提出污染土壤穩(wěn)定化碳排放計(jì)算方法;采用所提出的計(jì)算方法,依托穩(wěn)定化實(shí)體工程,計(jì)算其全生命周期碳排放量,提出污染土壤穩(wěn)定化碳減排路徑.

1 穩(wěn)定化全生命周期碳排放分析

1.1 穩(wěn)定化全生命周期

穩(wěn)定化可以分為原位穩(wěn)定化技術(shù)和異位穩(wěn)定化技術(shù)[22,24].原位穩(wěn)定化技術(shù)和異位穩(wěn)定化技術(shù)的全生命周期均可分為方案設(shè)計(jì)階段、穩(wěn)定劑生產(chǎn)階段、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段、工程實(shí)施階段、養(yǎng)護(hù)階段、工程驗(yàn)收階段、穩(wěn)定化土壤處置階段和監(jiān)測(cè)階段[24].污染土壤穩(wěn)定化全生命周期各階段的碳排放來源如表1所示.

表1 污染土壤穩(wěn)定化碳排放來源Table 1 The carbon emission sources of contaminated soil stabilization

1.2 穩(wěn)定化碳排放核算邊界

污染土壤穩(wěn)定化碳排放核算的范圍包括設(shè)計(jì)階段碳排放、穩(wěn)定劑生產(chǎn)階段碳排放、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段碳排放、工程實(shí)施階段碳排放、養(yǎng)護(hù)階段碳排放、工程驗(yàn)收階段碳排放、穩(wěn)定化土壤處置階段碳排放和監(jiān)測(cè)階段碳排放.基于全生命周期評(píng)價(jià)的污染土壤原地異位穩(wěn)定化碳排放核算邊界如圖1所示.

圖1 基于全生命周期的污染土壤原地異位穩(wěn)定化碳排放核算邊界Fig.1 The carbon emission calculation boundary of contaminated soil ex-situ stabilization based on life cycle analysis

1.3 穩(wěn)定化全生命周期清單分析

清單分析是將穩(wěn)定化全生命周期內(nèi)的物質(zhì)流和能量流等復(fù)雜的環(huán)境物質(zhì)表現(xiàn)簡單化和定量化分析的過程[27].清單分析方法有3類:基于過程的清單分析、基于投入與產(chǎn)出的清單分析和混合清單分析[28].與另外兩種方法相比,基于過程的清單分析法可以較為全面、準(zhǔn)確的計(jì)算穩(wěn)定化全生命周期材料生產(chǎn)和施工過程的碳排放.而排放系數(shù)法可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算出穩(wěn)定化全生命周期物質(zhì)和能源消耗產(chǎn)生的碳排放.因此,本研究采用全生命周期方法中的基于過程的清單分析法和排放系數(shù)法來計(jì)算穩(wěn)定化全過程的碳排放.基于過程的污染土壤穩(wěn)定化全生命周期清單分析如圖2所示.

圖2 污染土壤穩(wěn)定化全生命周期基于過程的清單分析Fig.2 The inventory analysis for contaminated soil stabilization based on life cycle processes

2 污染土壤穩(wěn)定化碳排放核算方法

基于污染土壤穩(wěn)定化全生命周期碳排放核算邊界和清單分析,可將污染土壤穩(wěn)定化碳排放計(jì)算模型構(gòu)建如下:

式中:CE為污染土壤穩(wěn)定化全生命周期總碳排放量;CE1、CE2、CE3、CE4、CE5、CE6、CE7、CE8分別為污染土壤穩(wěn)定化全生命周期8個(gè)階段的碳排放量.相比于整個(gè)生命周期,穩(wěn)定化設(shè)計(jì)階段時(shí)間較短,且其碳排放多為辦公室內(nèi)消耗,在整個(gè)生命周期碳排放量中的占比也較小.

2.1 穩(wěn)定劑生產(chǎn)階段碳排放計(jì)算

該階段產(chǎn)生的碳排放量因穩(wěn)定劑的種類和數(shù)量而不同.該階段產(chǎn)生的碳排放量分為穩(wěn)定劑原材料生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放量、原材料二次加工產(chǎn)生的碳排放量和運(yùn)輸過程產(chǎn)生的碳排放量.穩(wěn)定劑生產(chǎn)階段碳排放量的計(jì)算公式為:

式中:CE21為穩(wěn)定劑原材料產(chǎn)生的碳排放量;CE22為穩(wěn)定劑原材料二次加工產(chǎn)生的碳排放量;CE23為穩(wěn)定劑原材料和穩(wěn)定劑運(yùn)輸過程運(yùn)輸工具能源消耗產(chǎn)生的碳排放量.

2.1.1 穩(wěn)定劑原材料碳排放計(jì)算 實(shí)體工程應(yīng)用穩(wěn)定劑多為單一或多種原材料組成,計(jì)算穩(wěn)定劑原材料產(chǎn)生的碳排放應(yīng)將所有的原材料計(jì)算在內(nèi).穩(wěn)定劑原材料產(chǎn)生的碳排放量的計(jì)算公式為:

式中:n為穩(wěn)定劑原材料的種類數(shù);pi為第i類原材料的碳排放因子;qi為第i類原材料的使用量;ai為第 i類原材料的回收系數(shù).穩(wěn)定劑一旦添加到污染土壤中是不可再回收的,因此,穩(wěn)定劑各類原材料的回收系數(shù)為0.碳排放因子是指消耗單位質(zhì)量的材料或能源所產(chǎn)生的碳排放量.目前,我國普遍應(yīng)用《IPCC國家溫室氣體清單指南(2006年)》[29]提供的碳排放因子數(shù)據(jù).污染土壤穩(wěn)定化常用材料的碳排放因子如表2所示.

表2 污染土壤穩(wěn)定化常用材料的碳排放因子[29]Table 2 The carbon emission factors of materials used in contaminated soil stabilization[29]

2.1.2 穩(wěn)定劑原材料二次加工碳排放計(jì)算 某些穩(wěn)定劑由單一組分組成,如水泥、生石灰等,可直接運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用,無需計(jì)算二次加工產(chǎn)生的碳排放.由 2種或多種原材料二次加工而成的穩(wěn)定劑,則需計(jì)算二次加工過程,如研磨、篩分、混合等設(shè)備能源消耗產(chǎn)生的碳排放.穩(wěn)定劑原材料二次加工碳排放量計(jì)算公式為:

式中:qi為第i種加工設(shè)備每臺(tái)班所耗能源量;ri為第i種加工設(shè)備臺(tái)班數(shù);pi為第 i種加工設(shè)備所耗能源碳排放因子.電力、汽油和柴油的碳排放因子分別為0.884,2.031,2.171kgCO2/kg.

2.1.3 穩(wěn)定劑生產(chǎn)運(yùn)輸過程碳排放計(jì)算 穩(wěn)定劑運(yùn)輸過程包括將穩(wěn)定劑原材料運(yùn)送至加工廠和將穩(wěn)定劑從加工廠運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng).穩(wěn)定劑運(yùn)輸過程碳排放量計(jì)算公式為:

式中:qi為第i種運(yùn)輸工具百公里耗油/耗電量;si為第i種運(yùn)輸工具公里數(shù);pi為第 i種運(yùn)輸工具所耗能源碳排放因子;k為升(L)與kg換算系數(shù).

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段碳排放計(jì)算

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段碳排放來源的主要為基礎(chǔ)設(shè)施建材消耗、材料運(yùn)輸過程和建設(shè)施工機(jī)械的能源消耗.因此,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段總碳排放量的計(jì)算公式為:

式中:CE3為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段產(chǎn)生的總碳排放量;CE31為該階段材料消耗產(chǎn)生的碳排放量,其計(jì)算方法參照公式(3);CE32為材料運(yùn)輸能源消耗產(chǎn)生的碳排放量,其計(jì)算方法參照公式(4);CE33為該階段施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量.基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工記錄統(tǒng)計(jì)每種機(jī)械使用臺(tái)班數(shù)、每臺(tái)班消耗能源的種類與數(shù)量,整理歸納各機(jī)械的能耗量.各機(jī)械的能耗量與各種能源碳排放因子相乘即可得到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段施工機(jī)械的碳排放量,計(jì)算方法與穩(wěn)定劑原材料二次加工碳排放量計(jì)算方法相同,見公式(4).

2.3 工程實(shí)施階段碳排放計(jì)算

穩(wěn)定化工程實(shí)施階段碳排放的主要來源為污染土壤開挖、污染土壤-穩(wěn)定劑混合、穩(wěn)定劑與污染土壤場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸過程現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械的能源消耗.因此,穩(wěn)定化工程實(shí)施階段總碳排放量計(jì)算公式為:

式中:CE41為原地異位穩(wěn)定化污染土壤開挖機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量;CE42為污染土壤與穩(wěn)定劑混合機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量;CE43為污染土壤與穩(wěn)定劑場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸能源消耗產(chǎn)生的碳排放量.污染土壤與穩(wěn)定劑場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放與穩(wěn)定劑生產(chǎn)運(yùn)輸過程碳排放計(jì)算方法相同,見公式(5).穩(wěn)定化工程實(shí)施階段施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量與穩(wěn)定劑原材料二次加工碳排放量計(jì)算方法相同,見公式(4).

2.4 養(yǎng)護(hù)階段碳排放計(jì)算

穩(wěn)定化土壤覆蓋防塵材料在場(chǎng)地內(nèi)堆存即可完成養(yǎng)護(hù).冬季施工時(shí),為縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間,有時(shí)需覆蓋保溫材料.因此,養(yǎng)護(hù)階段碳排放量的計(jì)算公式為:

式中:CE51為防塵材料產(chǎn)生的碳排放量;CE52為保溫材料產(chǎn)生的碳排放量.CE51、CE52的計(jì)算方法可參照公式(3)進(jìn)行.

2.5 工程驗(yàn)收階段碳排放計(jì)算

工程驗(yàn)收階段碳排放來源主要為采樣過程所用能源和物資消耗、樣品運(yùn)輸過程的能源消耗以及樣品分析過程能源和物資消耗.該階段的碳排放數(shù)據(jù)不易獲取,且在整個(gè)生命周期總碳排放量中占比較小.若穩(wěn)定化土壤沒有一次性通過工程驗(yàn)收,需對(duì)其進(jìn)行二次施工,直至通過工程驗(yàn)收.二次施工產(chǎn)生的碳排放量包括穩(wěn)定劑產(chǎn)生的碳排放、二次工程實(shí)施產(chǎn)生的碳排放、二次穩(wěn)定化土壤養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的碳排放,其計(jì)算方法參照 2.1、2.3、2.4進(jìn)行.

2.6 穩(wěn)定化土壤處置階段碳排放計(jì)算

驗(yàn)收合格的穩(wěn)定化土壤具有多種處置方式,包括原地回填、原地堆存、離場(chǎng)堆存、離場(chǎng)資源化利用等.對(duì)于原地回填和原地堆存,該階段的碳排放主要來源為施工機(jī)械能源消耗、穩(wěn)定化土壤場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸能源消耗和原地處置場(chǎng)建設(shè)物資消耗.對(duì)于離場(chǎng)堆存和離場(chǎng)資源化利用,該階段的碳排放主要來源為施工機(jī)械能源消耗、穩(wěn)定化土壤離場(chǎng)運(yùn)輸能源消耗和離場(chǎng)處置場(chǎng)建設(shè)物資消耗.因此,該階段碳排量計(jì)算公式為:

式中:CE71為穩(wěn)定化土壤處置階段施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量,其計(jì)算方法與穩(wěn)定劑原材料二次加工碳排放量計(jì)算方法相同,見公式(4);CE72為穩(wěn)定化土壤場(chǎng)地內(nèi)或離場(chǎng)運(yùn)輸過程運(yùn)輸工具能源消耗產(chǎn)生的碳排放量,其計(jì)算方法與穩(wěn)定劑生產(chǎn)運(yùn)輸過程碳排放量計(jì)算方法相同,見公式(5);CE73為原場(chǎng)或離場(chǎng)處置場(chǎng)建設(shè)過程能源與物資消耗產(chǎn)生的碳排放量,其計(jì)算方法由穩(wěn)定化土壤具體的處置方式確定.

2.7 監(jiān)測(cè)階段碳排放計(jì)算

穩(wěn)定化工程實(shí)施后一般1～2a開展1次監(jiān)測(cè),總監(jiān)測(cè)時(shí)長不少于 5a.該階段的碳排放來源為穩(wěn)定化土壤采樣、運(yùn)輸、分析等產(chǎn)生的碳排放,以及在線監(jiān)測(cè)設(shè)備能源消耗產(chǎn)生的碳排放.

3 污染土壤穩(wěn)定化碳排放計(jì)算實(shí)例

3.1 項(xiàng)目概況

某砒霜廠遺留地塊污染土壤原地異位穩(wěn)定化項(xiàng)目位于廣西河池市都安瑤族自治縣三只羊鄉(xiāng),場(chǎng)地面積為3603.8m2,地塊中心坐標(biāo)為107°59′51.00″E,24°32′31.43″N.項(xiàng)目穩(wěn)定化污染土壤總方量為7974.06m3,合計(jì) 12120.57t.項(xiàng)目使用的穩(wěn)定劑為PFSC,其為質(zhì)量比為2:1的聚合硫酸鐵(PFS)和氫氧化鈣(Ca(OH)2)混合而成[19,23-24],設(shè)計(jì)摻量為6%,共使用727.23t.污染土壤由挖掘機(jī)挖出后,在場(chǎng)地內(nèi)堆存,而后采用ALLU篩分斗與PFSC混合.穩(wěn)定化土壤養(yǎng)護(hù) 7d,經(jīng)驗(yàn)收合格后,進(jìn)行原地分 3層回填、壓實(shí).

3.2 全生命周期碳排放計(jì)算

3.2.1 碳排放核算邊界 基于污染土壤原地異位穩(wěn)定化技術(shù)全生命周期,可將項(xiàng)目執(zhí)行期分為8個(gè)階段,包括方案設(shè)計(jì)階段、穩(wěn)定劑生產(chǎn)階段、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段、工程實(shí)施階段(包含污染土壤開挖)、養(yǎng)護(hù)階段、工程驗(yàn)收階段、穩(wěn)定化土壤回填階段和監(jiān)測(cè)階段.由于方案設(shè)計(jì)階段、養(yǎng)護(hù)階段、工程驗(yàn)收階段和監(jiān)測(cè)階段產(chǎn)生的碳排放量在整個(gè)生命周期碳排放量中的占比較小,忽略不計(jì).本項(xiàng)目在實(shí)施過程中不涉及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè).因此項(xiàng)目全生命周期碳排放量可根據(jù)下式核算:

式中:CE2、CE4、CE7分別為PFSC生產(chǎn)階段、工程實(shí)施階段和穩(wěn)定化土壤回填階段產(chǎn)生的碳排放.

3.2.2 PFSC生產(chǎn)階段的碳排放 項(xiàng)目累積使用PFSC 727.23t,其中PFS 484.82t,Ca(OH)2242.41t.PFS購買于濟(jì)南海旺化工有限公司,Ca(OH)2購買于蘇州常昆鈣業(yè)有限公司.PFS和Ca(OH)2分別由發(fā)貨地通過公路運(yùn)輸運(yùn)送至位于南京的二次加工廠后,按照2:1的配比混合均勻后再次通過公路運(yùn)輸運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng).濟(jì)南海旺化工有限公司、蘇州常昆鈣業(yè)有限公司與二次加工廠的距離分別為676.20,243.30km;二次加工廠與施工現(xiàn)場(chǎng)的距離為1581.90km.PFS、Ca(OH)2的碳排放因子分別為0.50(無PFS的碳排放因子,計(jì)算過程中將其等值于同類材料聚合硫酸鋁的碳排放因子)和1.017.因此,根據(jù)公式(3)計(jì)算 PFSC原材料產(chǎn)生的碳排放量:

PFS和Ca(OH)2運(yùn)送至二次加工廠后采用滾筒式攪拌機(jī)進(jìn)行混合,該攪拌機(jī)每小時(shí)可生產(chǎn) PFSC 20t,每小時(shí)的消耗電力18.5kW.PFSC原材料二次加工的碳排放來源為攪拌機(jī)的電力消耗,電力的碳排放因子為0.884.因此,根據(jù)公式(4)計(jì)算PFSC原材料混合產(chǎn)生的碳排放量:

PFS、Ca(OH)2和PFSC運(yùn)輸也是穩(wěn)定劑生產(chǎn)階段碳排放的主要來源之一.碳排放量與運(yùn)輸距離和運(yùn)輸方式有關(guān).PFS、Ca(OH)2和 PFSC運(yùn)輸車載重均為32t.運(yùn)輸車滿載過程的油耗為35L/100km柴油,空載時(shí)一般為25L/100km柴油.柴油密度為0.85kg/L,由此算的滿載時(shí)比能耗為0.2975kg柴油/km,空載時(shí)比能耗為0.2125kg柴油/km.PFS、Ca(OH)2和PFSC運(yùn)輸工具能源消耗清單如表3所示.因此,根據(jù)公式(5)計(jì)算PFS、Ca(OH)2和PFSC運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放量:

表3 聚合硫酸鐵、氫氧化鈣、穩(wěn)定劑、污染土壤、穩(wěn)定化土壤運(yùn)輸工具能源消耗清單Table 3 The energy consumption list for the transportation of polymeric ferric sulfate, calcium hydroxide, stabilizer, contaminated soil, and stabilized soil

根據(jù)公式(2)計(jì)算穩(wěn)定劑PFSC生產(chǎn)階段碳排放量:

3.2.3 工程實(shí)施階段碳排放計(jì)算 工程實(shí)施階段碳排放來源包括污染土壤開挖施工機(jī)械能源消耗、污染土壤-PFSC混合機(jī)械能源消耗、污染土壤和PFSC場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸過程運(yùn)輸工具能源消耗.污染土壤開挖設(shè)備為日立 ZX360H-3G 挖機(jī),開挖效率為250m3/h,油耗為24L柴油/h.污染土壤與 PFSC混合設(shè)備為日立ZX360H-3G挖機(jī)配備DL型ALLU篩分斗,每小時(shí)可將 100m3污染土壤與 PFSC混合均勻,油耗為24L/h.因此,根據(jù)公式(4)計(jì)算污染土壤開挖和污染土壤-PFSC混合機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量:

污染土壤運(yùn)輸采用載重量為10t的運(yùn)輸車,運(yùn)輸距離平均為0.05km,運(yùn)輸車滿載過程的油耗為30L柴油/100km,空載時(shí)一般為18L柴油/100km.柴油密度為0.85kg/L,由此算的滿載時(shí)比能耗為0.255kg柴油/km,空載時(shí)比能耗為0.153kg柴油/km.根據(jù)公式(5)計(jì)算污染土壤和 PFSC場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放量:

根據(jù)公式(6)計(jì)算工程實(shí)施階段碳排放量:

3.2.4 穩(wěn)定化土壤回填碳排放計(jì)算 穩(wěn)定化土壤回填碳排放來源為穩(wěn)定化土壤場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸能源消耗和施工機(jī)械能源消耗.穩(wěn)定化土壤回填施工機(jī)械能源消耗包括穩(wěn)定化土壤裝車挖機(jī)能源消耗、穩(wěn)定化土壤平鋪推土機(jī)能源消耗和穩(wěn)定化土壤壓實(shí)機(jī)械能源消耗.項(xiàng)目采用日立ZX360H-3G挖機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定化土壤的裝載,裝載效率為300m3/h,油耗為24L柴油/h;采用CAT D6推土機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定化土壤平鋪,大約40h可完成 1hm2的平鋪,油耗為25.7L柴油/h;采用CAT 815進(jìn)行穩(wěn)定化土壤的壓實(shí),大約 40h可完成1hm2的壓實(shí),油耗為42L柴油/h.穩(wěn)定化土壤回填施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量:

式中:CE71、CE72、CE73分別為穩(wěn)定化土壤裝載、平鋪和壓實(shí)機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量.穩(wěn)定化土壤場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸碳排放與污染土壤和穩(wěn)定劑場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸?shù)奶寂欧帕肯嗤?為48.38kg.因此,穩(wěn)定化土壤回填階段碳排放量:

該砒霜廠遺留地塊重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化項(xiàng)目全生命周期總碳排放量:

項(xiàng)目共穩(wěn)定化污染土壤 7974.06m3(12120.57t),則穩(wěn)定化每立方米污染土壤的碳排放量為52.86kg,穩(wěn)定化每噸污染土壤的碳排放量為34.78kg.計(jì)算所得的碳排放量與薛成杰等[21]提出的固化/穩(wěn)定化每噸土壤排放44.90kg的 CO2相比低 22.53%.該砒霜廠遺留地塊重金屬污染土壤異位穩(wěn)定化項(xiàng)目碳排放因子為0.035.

3.3 討論

3.3.1 碳排放主要來源 穩(wěn)定化各階段碳排放量占總碳排放量的比例見表4.穩(wěn)定化全生命周期碳排放主要集中在 PFSC生產(chǎn)階段,占總碳排放量的97.23%;其次是穩(wěn)定化土壤回填階段的碳排放量,占總碳排放量的 1.59%;工程實(shí)施階段的碳排放量,占總碳排放量的1.18%.PFSC原材料產(chǎn)生的碳排放是穩(wěn)定化全生命周期碳排放的最主要來源,占總碳排放量86.26%,占PFSC生產(chǎn)階段碳排放量的88.72%.俞海勇等[30]研究結(jié)果表明原材料獲取產(chǎn)生的碳排放為混凝土碳排放最主要部分.Ca(OH)2是一種固碳材料,其可通過吸收大氣環(huán)境中的 CO2抵消一部分碳排放.然而在真實(shí)的環(huán)境中,其固碳機(jī)理和固碳量還需進(jìn)一步研究,本文暫不考慮其固碳作用.PFSC原材料二次加工產(chǎn)生的碳排放量僅占總碳排放量的0.14%.PFSC原材料和PFSC運(yùn)輸過程中能源消耗產(chǎn)生的碳排放是穩(wěn)定化全生命周期碳排放的第二大來源,占總碳排放量的 10.82%.此外,工程實(shí)施階段和穩(wěn)定化土壤回填階段施工機(jī)械能源消耗產(chǎn)生的碳排放量之和占總碳排放量的 2.77%,是項(xiàng)目碳排放的另一來源.

表4 研究案例各階段碳排放量占比Table 4 The carbon emission proportions in each stage of the studied case

3.3.2 碳減排路徑 穩(wěn)定劑原材料的碳排放和運(yùn)輸過程能源消耗產(chǎn)生的碳排放是污染土穩(wěn)定化主要的碳排放來源.因此,(1) 選用低碳原材料、研發(fā)低碳型穩(wěn)定劑是污染土壤穩(wěn)定化技術(shù)碳減排的主要思路.在保證穩(wěn)定化效果的前提下,用工業(yè)固體廢棄物,如電石渣、粉煤灰、脫硫石膏、高爐礦粉等取代部分穩(wěn)定劑組分能夠顯著減低穩(wěn)定劑產(chǎn)生的碳排放.(2)在項(xiàng)目地附件選擇合適的材料,也能有效降低穩(wěn)定化技術(shù)的碳排放量.例如,在項(xiàng)目地100km內(nèi)選取原材料、進(jìn)行穩(wěn)定劑原材料的二次加工(即穩(wěn)定劑原材料發(fā)貨地到二次加工廠的距離和二次加工廠到項(xiàng)目地的距離均為100km),則穩(wěn)定劑原材料和穩(wěn)定劑運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放量:

穩(wěn)定劑原材料和穩(wěn)定劑運(yùn)輸能源消耗產(chǎn)生的碳排放由 45619.41kg降低至 282.34kg,降低了99.38%.穩(wěn)定化每 m3、每 t污染土壤的碳排放量分別從 52.86,34.78kg,降低為47.17,31.03kg,減少了10.75%.

4 結(jié)論

4.1 污染土壤穩(wěn)定化技術(shù)總碳排放量主要包括穩(wěn)定劑生產(chǎn)階段的碳排放量、工程實(shí)施階段的碳排放量、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段的碳排放量和穩(wěn)定化土壤處置階段排放量.

4.2 采用所提出的方法對(duì)某砒霜廠遺留地塊重金屬污染土壤原地異位穩(wěn)定化項(xiàng)目全生命周期碳排放量進(jìn)行計(jì)算.采用PFSC原地異位穩(wěn)定化修復(fù)每立方米污染土壤的碳排放量為52.86kg.

4.3 PFSC原材料產(chǎn)生的碳排放量為穩(wěn)定化全生命周期最主要的碳排放來源,占總碳排放量86.26%.穩(wěn)定劑原材料和穩(wěn)定劑運(yùn)輸過程中能源消耗產(chǎn)生的碳排放量占總碳排放量 10.82%.研發(fā)低碳穩(wěn)定劑與縮短運(yùn)輸距離是污染土壤穩(wěn)定化碳減排的兩個(gè)重要路徑.