浅谈城市生活垃圾处理和清洁发展机制

2010-04-21上海为泰环保科技事务所练成燕金豫佳黄叶飞

上海节能 2010年7期

上海为泰环保科技事务所徐丽练成燕金豫佳黄叶飞

1 概述

随着城市化进程的加快和居民生活水平的提高，城市生活垃圾的数量随之增加。近几年中国城市生活垃圾每年以 8%～10%的速度增长，中国已成为世界上垃圾包袱最重的国家之一，城市生活垃圾的增长已成为制约中国可持续发展的潜在因素。如何妥善管理城市生活垃圾，对于中国乃至全世界都具有重要的意义。

城市生活垃圾成分复杂、数量巨大，是环境的主要污染源之一。垃圾填埋降解产生的填埋气是一种温室气体，每年约 3%～4%的人为温室气体排放是来自填埋气体中的甲烷。目前最常见的生活垃圾处理方法有填埋和焚烧两种。我国现有的垃圾处理设施中约80%是填埋。由于中国生活垃圾成分和经济发展的特点，在今后相当长的时间里，填埋仍将是我国城市生活垃圾的主要处置方式。近年来，垃圾焚烧技术因使垃圾处理达到无害化、减量化和资源化水平，引起了社会各界高度关注。焚烧发电技术已成为极具发展潜力的新兴产业，国家发展改革委员会已把城市生活垃圾焚烧发电确定为重点扶持的产业。

此外，生活垃圾经适当处理，不仅可从中回收废旧物资，还可以转化为能源，满足人类社会生产生活的需要。例如，生活垃圾经填埋产生甲烷气体可回收发电；经焚烧产生余热，可发电或供热；经过好氧堆肥，生产肥料可施用于土壤；经厌氧发酵产生沼气可回收发电。在《京都议定书》框架内的清洁发展机制（CDM）激励下，开发垃圾处理领域的CDM 项目不仅能实现温室气体减排，参与国际碳减排交易，还能使我国生活垃圾处理设施建设获得额外的资金或技术援助。

2 生活垃圾处理 CDM 项目及方法学探讨

生活垃圾经填埋产生甲烷气体回收发电、垃圾焚烧发电或供热、垃圾堆肥、厌氧发酵等均有申请CDM项目的可能性，甚至垃圾分类收集、分选系统的建立也具有 CDM潜力。根据UNFCCC的统计，截至 2010年5月25日，在联合国执行理事会（EB）注册的CDM项目共有2213个，其中垃圾处理项目469个，约占总数的17%。我国注册的填埋气发电项目共有24个，其中6个已成功获得EB签发的经核证的减排量（CER），共计减排量约420,000tCO2e；焚烧发电项目仅有1个注册。根据中国清洁发展机制网站统计，截至目前国家发改委批准的垃圾处理项目约有70个，其中填埋气发电CDM项目有45个，焚烧发电CDM项目有19个。

为确保CDM项目产生长期的、实际可测量的、额外的减排量，CDM执行理事会（EB）提供了一套有效的、透明的和可操作的方法学指南及相关工具。方法学指南主要包括基准线确定、额外性评价、项目边界界定和泄漏估算、减排量计算、监测要求和CDM项目设计报告格式等。下面主要对填埋气回收发电与垃圾焚烧发电CDM项目方法学中减排量和监测要求进行分析，为类似项目的申请和签发提供参考。

2.1 填埋气体回收利用CDM项目

填埋气体回收利用CDM项目主要采用方法学ACM0001“经批准的填埋气体回收利用项目整合的方法学”。ACM0001至今已更新到第11版，对基准线的界定，温室气体减排量的计算和监测要求也日趋严格。

2.1.1 适用条件

方法学ACM0001适用于下述填埋气体回收利用方式：

（1）气体收集后燃烧；

（2）气体收集后产能（例如发电或供热）；

（3）气体收集后通过天然气管道供最终用户使用。

2.1.2 减排量计算

1）填埋产气量预测模型

填埋气产量直接决定项目产生的减排量大小。对于某一特定的垃圾填埋场而言，产气量取决于填埋年份和垃圾中的可降解有机物的数量和性质。目前，准确预测填埋场产气量比较困难。填埋场产气量的预测模型有很多种，根据研究对象不同，可分为产气速率模型和产气量模型；根据对系统的认识程度，可分为经验模型、化学计量模型、动力学模型和生态模型[4]。目前应用广泛的模型包括IPCC模型（一级降解动力学模型FOD）、德国估算模型（经验模型）、SchollCanyon模型（一级动力学模型）、Gardner动力学模型和 Marticorena动力学模型等。方法学ACM0001采用一级降解模型(FOD)计算填埋场产气量，计算公式如下：

式中：MQCH4，y：项目活动开始到 y年末，因避免生活垃圾填埋处置而避免的甲烷产量（吨）；

F：填埋气中甲烷含量（体积比）；

DOCf：可分解的可降解有机碳（DOC）百分比；

MCF：甲烷校正因子；

Wj,x：第 x年填埋的 j类有机垃圾数量（吨）；

DOCj：j类垃圾中可降解有机碳的百分比（质量比）；

kj：j类垃圾的降解速率；

16/12：甲烷和碳的转换系数；

j：垃圾成分种类；

x：在计入期间的年份：x是从计入期的第一年（x=1）至计算甲烷产量产生的年份 y（x=y）；

y：计算甲烷产量的年份。

从公式（1）可以看出，填埋气的产量与垃圾成分、降解速率、有机碳含量等因素有关，

以上参数的取值大小都会影响填埋气产量预测结果，从而影响减排量的估算。

2）减排量的计算

以填埋气发电上网为例分析减排量计算方法。无项目活动时的基线排放量扣除项目活动产生的温室气体排放量，结果即为实施项目活动产生的减排量。基准线排放量包括填埋气体直接排空和火力发电的碳排放量。项目产生的排放量主要来自项目运行过程中消耗的化石燃料或额外电量消耗产生的电量。

2.1.3 监测要求

CDM项目运行过程中，制定并执行监测计划是CDM项目的一大特点。由于温室气体减排量无法通过具体的实物形式体现，CDM 执行理事会认可由具有资质的第三方审查机构（DOE）对项目的运行情况进行定期核查，以核证在一定时期内项目产生的温室气体减排量是真实的，并且可以量化，从而最终能够实现国际碳减排交易。因此，CDM项目一旦注册成功，除按照国家相关标准运行管理外，项目业主还必须按照 CDM 的要求，制定项目运行监测计划，并严格执行监测计划，对方法学要求的参数进行监测，制定监测数据的读取、记录、核对、存档等程序，构建监测组织，对监测人员进行培训等。

填埋气CDM项目需要严格按照方法学的要求、指标、参数和频率制定监测计划，进行减排量监测。监测参数主要包括填埋气收集量、利用量、发电设备发电量、上网电量、火炬燃烧量、填埋气中甲烷含量等。气体流量必须连续监测。

2.1.4 典型案例

上海老港填埋场是目前中国最大的生活垃圾卫生填埋场，生活垃圾日填埋量约7000吨。老港填埋场填埋气回收发电CDM项目已于2009年8月通过国家发展改革委员会的批准。发电装机容量将达到15MW，并入华东电网，从而替代以火电为主的华东电网提供的等量电量。除发电所消耗的填埋气体外，剩余的填埋气以及发电机检修时收集的所有填埋气将通过封闭式火炬直接点燃后排放。按照方法学一级降解模型计算，该项目年减排量约为73万tCO2e。主要监测参数如图1所示。

2.2 生活垃圾焚烧发电CDM项目

生活垃圾采用焚烧而不是填埋方式处理，可以避免填埋气体产生，从而大大减少温室气体排放。基于此概念生活垃圾焚烧项目可以开发成为CDM项目。适用于生活垃圾焚烧的方法学为AM0025：改变废弃物处理方式，避免有机废弃物产生的温室气体排放。截至目前，此方法学已更新至第11版。

2.2.1 适用条件

生活垃圾焚烧项目必须满足如下条件，才能采用方法学AM0025开发成为CDM项目：

·焚烧原生垃圾产能（例如发电或供热）；

·垃圾在储坑内储存时间不得超过10天，并且垃圾不能被储存在会导致厌氧分解的环境下；

·垃圾组成成分数据可得；

·即使环境法律法规强制性规定非填埋方式处理垃圾，但填埋处理仍然是当前主要的垃圾处理方式；

·如法律规定生活垃圾必须焚烧处理，在计入期内垃圾焚烧处理的实际比例需小于50%；

·不涉及焚烧工业垃圾和医疗垃圾；

·辅助化石燃料燃烧产生的能量不能超过焚烧炉中产生的总能量的50%。

2.2.2 温室气体减排量计算

生活垃圾焚烧项目产生的减排量等于基准线排放量减去项目排放量和泄露量。

1）基准线排放量包括：

·垃圾焚烧处理，从而避免填埋产生的填埋气体；

·焚烧余热发电，替代燃烧化石燃料的电量，包括电网和自备火力电厂供电。

2）项目排放量包括：

·项目额外使用电网或自备电厂电量所产生的排放量；

·化石燃料消耗所产生的排放量，主要来自焚烧过程中使用的辅助燃料（如柴油、天然气、煤等）；

·垃圾焚烧过程所产生的排放量，包括焚烧塑料类垃圾（即在自然界不会降解的垃圾成分，其中的碳含量为化石碳）产生的CO2排放；焚烧垃圾产生的 N2O和CH4；

·垃圾渗沥液如果采用厌氧方式处理，需计算厌氧处理产生的沼气排放。

3）泄露量包括：

·若垃圾收集点到焚烧厂的距离大于到填埋场的距离，还需计算增加的运输距离内运输垃圾所产生的排放；

·垃圾焚烧后残渣中的残碳含量。

2.2.3 监测要求

针对垃圾焚烧发电项目，方法学要求监测如下参数：

·上网电量、额外消耗的电量；

·使用的辅助燃料种类、数量；

·生活垃圾成分、焚烧量、化石碳含量、取样样品性质及数量；

·垃圾焚烧后的残渣量及残碳含量；

·烟囱尾气流量及CH4和N2O含量；

·渗滤液处理的沼气流量、温度、压力、甲烷含量；

·燃烧沼气的火炬燃烧效率及其他运行参数。

生活垃圾焚烧厂在设计和运行过程中，对上下网电量、辅助燃料使用量、垃圾成分、焚烧量、残渣量、烟囱尾气流量等均配置有计量装置。

化石碳主要是指在自然界不能生物降解的碳元素，如垃圾中的塑料、橡胶等含化石碳。项目设计时采用IPCC缺省值（表1）作为事前估算化石碳含量，并且在项目运行过程中进行监测。要求按照美国标准ASTM D6866-08和ASTM D7459-08，每年测定垃圾中的化石碳含量数据。

表1 不同垃圾成分中的化石碳含量和总碳含量

烟气中NOX含量也必须监测。NOX主要成分是NO和NO2，其中NO2占95%以上。鉴于焚烧产生的N2O和CH4含量焚烧非常少，方法学提出两种选择确定这部分排放量。

选项1：监测烟气流量，通过取样分析烟气中的N2O和CH4含量。

选项2：选用IPCC缺省值。

选项2在项目运行过程中无需监测。IPCC规定连续燃烧的生活垃圾焚烧厂产生的 N2O和CH4排放值如表2所示。

2.2.4 典型案例

成都洛带生活垃圾焚烧CDM项目位于成都市龙泉驿区洛带镇。通过引进先进的城市生活垃圾炉排焚烧发电技术，实现垃圾的减量化、无害化和资源化。该项目日处理生活垃圾1200吨（3台机组＊每台处理能力400吨），年处理量约40万吨，配备2台总装机容量为24MW的汽轮发电机组，每年向四川省网输电约1.17亿千瓦时。