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• 研究對(duì)象

      以舟山市某垃圾無(wú)害化處理項(xiàng)目為研究對(duì)象，該項(xiàng)目的垃圾焚燒系統(tǒng)采用立式旋轉(zhuǎn)熱解氣化焚燒爐對(duì)周邊城市生活垃圾及部分工業(yè)可燃垃圾進(jìn)行焚燒處理，處理規(guī)模為28 t/d，無(wú)須添加輔助化石燃料；并配建1.8 t/h臥式余熱鍋爐，給水量1.854 t/h，給水溫度20℃，蒸汽壓力0.7 MPa，蒸汽溫度170℃；項(xiàng)目渣產(chǎn)量為3.1 t/d，灰產(chǎn)量為1.44 t/d；垃圾滲瀝液產(chǎn)量為3.5 m³/d，其COD_cr濃度為6000 mg/L，垃圾滲瀝液回噴至焚燒爐內(nèi)進(jìn)行處理。該項(xiàng)目新鮮垃圾的含水率為60%，詳細(xì)入爐垃圾組份見(jiàn)表1。

      平衡法已被納入ISO 18466:2016，并被聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約（United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC）更新至CDM方法學(xué)中用于計(jì)算垃圾組分中生物源碳和化石源碳的比例。平衡法將混合垃圾分為惰性組分、生物源碳類(lèi)型垃圾、化石源碳類(lèi)型垃圾和水等4個(gè)組分，通過(guò)計(jì)算5個(gè)質(zhì)量平衡方程和1個(gè)能量平衡方程即可在線(xiàn)分析垃圾組分，方法所需數(shù)據(jù)可以從相關(guān)文獻(xiàn)或從垃圾熱解氣化焚燒發(fā)電廠常規(guī)測(cè)量的運(yùn)行數(shù)據(jù)中獲得，無(wú)須對(duì)垃圾進(jìn)行額外的采樣分析。平衡法不僅可以用于計(jì)算垃圾熱解氣化焚燒廠的總碳排放量，還可以對(duì)各組分的排放比例進(jìn)行分析。

      由Fellner團(tuán)隊(duì)基于歐洲垃圾組分測(cè)得的生物源碳類(lèi)型垃圾包括：木材、紙張/紙板、花園（庭院）和公園垃圾、廚余垃圾、衛(wèi)生紙、紡織品等；化學(xué)源碳類(lèi)型垃圾包括：聚乙烯（Polyethylene，PE）、聚丙烯（Polypropylene，PP）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）、聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂（Ethylene terephthalate，PET）、聚酰胺（Polyamide，PA）等，與IPCC法、CDM法垃圾組分的分類(lèi)類(lèi)型基本一致，是在全球范圍內(nèi)都具有參考性的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。且生物源碳和化石源碳中的各種類(lèi)型的垃圾元素組成及其含量差距不大，因此歐洲的數(shù)據(jù)具有一定的代表性，可用于表征我國(guó)垃圾組分的元素特點(diǎn)，本研究參考了文獻(xiàn)【25】中的數(shù)據(jù)以試驗(yàn)平衡法在我國(guó)的適用性，具體數(shù)值見(jiàn)表2。

△CCER方法學(xué)

      2014年1月23日，國(guó)家發(fā)改委氣候司備案通過(guò)“CM-072-V01：多選垃圾處理方式（第一版）”即CCER方法學(xué)，批準(zhǔn)適用于碳排放交易試點(diǎn)市場(chǎng)中垃圾焚燒發(fā)電CCER項(xiàng)目的碳排放量計(jì)算。該方法學(xué)取自聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約（UNFCCC）“ACM0022 Alternative Waste Treatment Processes(Version 1.0)”，即CDM方法學(xué)，適用于1種或多種組合的垃圾處理項(xiàng)目活動(dòng)，即堆制肥料或聯(lián)合堆肥、厭氧消化、熱處理、機(jī)械處理、氣化和焚燒，涉及簡(jiǎn)歷基準(zhǔn)線(xiàn)的方法學(xué)、監(jiān)測(cè)的方法學(xué)、確定項(xiàng)目邊界的方法學(xué)和泄露估算、檢測(cè)計(jì)劃的制定和執(zhí)行。

      以1 d為計(jì)算周期可得，在混合干垃圾中，生物源碳垃圾含量占75.62%（標(biāo)準(zhǔn)差為6.5%），化石源碳垃圾含量占13.59%（標(biāo)準(zhǔn)差為1.6%），惰性組分含量占10.79%（標(biāo)準(zhǔn)差為1.2%），見(jiàn)圖1。項(xiàng)目焚燒垃圾來(lái)源于項(xiàng)目周邊城市的生活垃圾，其中較高的廚余組分導(dǎo)致了較高的生物源碳比例，且較大的標(biāo)準(zhǔn)差說(shuō)明生物源碳垃圾含量在一定范圍內(nèi)的變化大于化石源碳垃圾和惰性組分。由垃圾熱解氣化焚燒產(chǎn)生的總碳排放量為15.24 tCO₂e/d，單位垃圾處理碳排放產(chǎn)生量為0.61 tCO₂e/t（標(biāo)準(zhǔn)差為0.02 tCO₂e/t），標(biāo)準(zhǔn)差較小，整體碳排放量在計(jì)算周期內(nèi)變化不大，說(shuō)明入爐焚燒前垃圾混合較均勻。其中，化石源碳燃燒所產(chǎn)生的CO₂排放量為0.28 tCO₂e/t，占45.9%；生物源碳燃燒所產(chǎn)生的CO₂排放量為0.33 tCO₂e/t，占54.1%?；刺假|(zhì)量占比小，但其燃燒效率高，熱值高，碳排放量大。由生物源碳燃燒所造成的碳排放量占總排放量的50%以上。生物碳源僅參與大氣循環(huán)，不納入碳排放清單，但同時(shí)可以產(chǎn)生電量，因此生物源碳的碳排放可視作碳減排量，由此可見(jiàn)垃圾熱解氣化焚燒處理過(guò)程的碳減排量十分可觀。

      由CCER方法學(xué)計(jì)算可得，10 a計(jì)入期內(nèi)項(xiàng)目平均每年基準(zhǔn)線(xiàn)排放量為5420.9 tCO₂e，總項(xiàng)目排放量為3005.3 tCO₂e，總減排量為2415.6 tCO₂e。計(jì)算得出10 a計(jì)入期內(nèi)的項(xiàng)目碳排放量如表3所示。計(jì)入期內(nèi)單位垃圾采用焚燒方式處理后的基準(zhǔn)線(xiàn)排放量為0.53 tCO₂e/t，項(xiàng)目碳排放量約為0.29 tCO₂e/t，碳減排量0.24 tCO₂e/t。

趙磊等運(yùn)用LCA方法學(xué)計(jì)算得1 t垃圾焚燒發(fā)電的碳減排量在0.6 tCO₂e以上。由于LCA法考慮了全生命周期過(guò)程的碳排放，因此具有較高的碳減排量。初金鳳對(duì)某日處理量為1000 t的垃圾焚燒發(fā)電廠進(jìn)行了碳減排核算，該廠滲濾液的處理方式是厭氧處理，由CDM中ACM0022方法學(xué)得該廠年均碳減排量為62051 tCO₂e。本項(xiàng)目廢水采取回噴至爐內(nèi)焚燒的處理方式，降低了項(xiàng)目的廢水處理排放，因此碳減排水平較高。

圖2比較了兩種方法學(xué)的碳排放量和減排量，通過(guò)分析計(jì)算結(jié)果，可以認(rèn)為結(jié)果差異在可接受的范圍內(nèi)，且可以互相補(bǔ)充。平衡法計(jì)算所得的碳排放量和減排量略高于CCER，其可能的原因如下所示。

      1）本研究的碳排放計(jì)算參考了歐洲垃圾組分中的元素含量，而我國(guó)生活垃圾組分與歐洲地區(qū)存在差異，其中，我國(guó)生活垃圾組分中廚余含量高達(dá)50%，而歐洲地區(qū)垃圾中的廚余含量?jī)H為25%左右。因此，C、H、S、N、O等元素含量參考值對(duì)我國(guó)不完全適用，計(jì)算過(guò)程存在低估生物源碳含量的可能性。

      2）CCER方法學(xué)計(jì)算的計(jì)入期長(zhǎng)達(dá)10 a，但垃圾采樣的時(shí)間跨度較小。由于生活垃圾隨季節(jié)和地域變化很大，存在樣品垃圾代表性不足的問(wèn)題。

      然而，為了建立更為準(zhǔn)確的平衡法，有必要對(duì)區(qū)域性的垃圾組分進(jìn)行化學(xué)元素分析，得出區(qū)域垃圾中的C、H、S、N、O平均含量。

      運(yùn)用奧地利維也納技術(shù)大學(xué)Fellner團(tuán)隊(duì)提出的平衡法與CCER方法學(xué)對(duì)舟山市某處理量為28 t/d的小型垃圾熱解氣化焚燒廠的碳排放進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果顯示垃圾熱解氣化焚燒廠具有很好的碳減排效益，同時(shí)驗(yàn)證了平衡法在我國(guó)的可用性。由平衡法計(jì)算得該廠單位垃圾處理產(chǎn)生的碳排放量為0.61 tCO₂e/t，其中，化石源碳碳排放為0.28 tCO₂e/t；生物源碳碳排放為0.33 tCO₂e/t，屬于碳減排。由CCER方法學(xué)計(jì)算所得的基準(zhǔn)線(xiàn)排放量為0.53 tCO₂e/t；項(xiàng)目排放量為0.29 tCO₂e/t；項(xiàng)目減排量為0.24 tCO₂e/t。兩種方法學(xué)下的單位排放量及減排量的計(jì)算結(jié)果基本一致。對(duì)于垃圾處理過(guò)程，平衡法能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算碳排放、垃圾熱值、垃圾組分及各組分的發(fā)電比例，為CCER方法學(xué)中的項(xiàng)目排放量進(jìn)行了補(bǔ)充。本研究的結(jié)果為我國(guó)開(kāi)展生活垃圾焚燒廠溫室氣體碳排放核算提供了數(shù)據(jù)支撐和方法依據(jù)。此外，本研究計(jì)算所涉及的垃圾元素組成及其含量的參數(shù)主要基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，盡管獲得的結(jié)果較為準(zhǔn)確，但是有必要進(jìn)一步對(duì)我國(guó)進(jìn)行分區(qū)域分季節(jié)的垃圾組分及元素的測(cè)量和分析，獲得符合我國(guó)垃圾特征的參考值，以期獲得更為準(zhǔn)確的碳排放計(jì)算結(jié)果。

撰稿：原文作者

責(zé)任編輯：王雅楠

作者簡(jiǎn)介

李曉東 博士，浙江大學(xué)能源工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事廢棄物焚燒及資源化利用技術(shù)、焚燒過(guò)程持久性有機(jī)污染物（POPs，特別是二惡英）的生成及控制、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、低溫等離子體技術(shù)在能源環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用等基礎(chǔ)研究。現(xiàn)任住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)城市環(huán)境衛(wèi)生專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員、全國(guó)城鎮(zhèn)環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員、中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)持久性有機(jī)污染物專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)城市環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會(huì)生活垃圾處理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員、國(guó)家環(huán)境保護(hù)危險(xiǎn)廢物鑒別與風(fēng)險(xiǎn)控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員和浙江省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警及質(zhì)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員等。任巴塞爾公約亞太區(qū)域中心化學(xué)品和廢物環(huán)境管理智庫(kù)專(zhuān)家、垃圾能源化利用國(guó)際咨詢(xún)專(zhuān)家委員會(huì)（ICCWtE）主席、國(guó)際固廢能源化利用協(xié)會(huì)（WTERT）教育和培訓(xùn)委員會(huì)主任。曾任國(guó)家履行國(guó)際斯德哥爾摩公約工作協(xié)調(diào)組專(zhuān)家、芬蘭國(guó)家材料價(jià)值鏈項(xiàng)目科學(xué)咨詢(xún)委員會(huì)委員等。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人先后承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目子課題（973）、國(guó)家自然科學(xué)基金及企業(yè)重大科研項(xiàng)目70余項(xiàng)。作為主要獲獎(jiǎng)?wù)攉@得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3次（生活垃圾循環(huán)流化床清潔焚燒發(fā)電集成技術(shù)，排名5，2006；污泥攪動(dòng)型間接熱干化和復(fù)合循環(huán)流化床清潔焚燒集成技術(shù)，排名9，2014；危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)式多段熱解焚燒及污染物協(xié)同控制關(guān)鍵技術(shù)，排名3，2017），另獲浙江省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)3次、中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)2次、華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1次。共發(fā)表期刊論文400余篇，其中SCI論文300余篇。合作出版編著4部，譯著1部，應(yīng)邀參編英文著作2部。已主編國(guó)家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)則和指南4項(xiàng)，參與編制10項(xiàng)。