污泥厌氧消化工艺的碳减排效果分析

赵阳悦，赵政通，陈伯俭

(河北工程大学 能源与环境工程学院，河北 邯郸 056038)

近几年来，随着国民经济和工业化进程的加快，城市污水处理量和处理深度的日益增加产生了大量的污泥。污泥厌氧消化工艺是在无氧条件下，利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌等微生物，以自身一系列的生化反应来使污泥实现分解的一种污泥处理技术[1-2]。最终的污泥经过稳定化、无害化处理作为有机肥使用，过程中产生的沼气进行发电和供热[3]。对污水厂污泥基于该工艺进行处理，不仅使能源实现高效利用，而且提高了污水厂污泥处理能力，促进了当地绿色肥料产业市场的发展，社会和环境效益显著[4]。

1 项目简介

吉林某公司基于污水处理厂改扩建的污泥厌氧消化项目，将污水处理厂排放的污泥和畜禽粪便、秸秆、草木灰、骨泥等有机辅料混合调制，采用厌氧消化工艺，通过改造生产车间和库房、新建污泥处理车间和设施、购置污泥处理和沼气发酵设备，以实现污泥的资源化利用。项目投入运行后，年新增有机肥产量3.75 万t，年均发电34.47 亿kWh，供热484.2 万GJ。

2 计算依据

本文基于以下清洁发展机制CDM方法学和相关计算工具来进行碳减排效果的分析：

(1)温室气体自愿减排方法学CM-072-V01“多选垃圾处理方式”；

(2)厌氧消化池项目和泄漏排放计算工具；

(3)堆肥导致的项目和泄漏排放计算工具。

3 碳减排量计算

3.1 确定项目边界和温室气体种类

本项目的边界包括与东北电网相连的电厂、污泥处理厂、该污泥处理厂内的污泥处理设备、现场发电和用电设备、消耗燃料的设备以及填埋场。项目边界来源内包含的温室气体有CH4、N2O、CO2三种，由于其他气体相比于主要排放源排放量很小，不纳入计算范围。

3.2 基准线确定

依据方法学，本文从五个方面来确定该项目的基准线：污水厂污泥送至垃圾填埋场填埋且无填埋气回收装置、秸秆在有氧条件下弃置或腐烂、禽畜粪便通过开放式厌氧塘处置、项目所需电力由电网提供、所需热力由原有燃煤锅炉提供[5]。

3.3 基准线排放量

本文为简化计算，不计算秸秆在有氧条件下弃置或腐烂和禽畜粪便通过开放式厌氧塘处置产生的排放，只对污泥垃圾填埋场填埋产生的排放和项目替代的化石燃料热电联产产生的排放进行计算。

3.3.1 污泥垃圾填埋场填埋产生的排放

本文依据方法学和固体废弃物基准线计算工具，结合填埋场甲烷排放参数对项目开展以来7年内污泥填埋产生的排放进行计算，求取平均值作为最终排放量。计算结果如表1所示。

表1 污泥填埋产生的碳排放Table 1 Carbon emissions from sludge landfill

3.3.2 项目替代的化石燃料热电联产产生的排放

本文从发电和供热两方面对化石燃料产生的排放进行计算。计算结果如表2所示。

表2 热电联产产生的碳排放Table 2 Carbon emissions from cogeneration

基于上述计算，可知污泥填埋产生的年均碳排放为7931 tCO2e，项目替代的化石燃料热电联产产生的排放为7479 tCO2e，则该项目基准线下的排放量BEy=15410 tCO2e。

3.4 项目排放量

依据方法学，本文从电力消耗产生的排放、化石燃料消耗产生的排放和堆肥过程中产生的排放三个方面对项目排放量进行计算[6]。

3.4.1 电力及化石燃料消耗产生的排放

本文利用电力系统排放因子计算工具对东北电网排放因子进行计算，结合项目特征得出该项目电力和化石燃料消耗产生的排放量。计算结果如表3所示。

表3 电力及化石燃料消耗产生的排放Table 3 Emissions from electricity and fossil fuel consumption

3.4.2 堆肥过程产生的排放

3.4.2.1 秸秆、禽畜粪便运输产生的排放

根据可行性研究报告，基于堆肥导致的项目和泄漏排放计算工具计算在堆肥过程中辅料运输产生的排放。计算结果如表4所示。

表4 辅料运输产生的排放Table 4 Emissions from excipient transportation

3.4.2.2 发酵罐泄露产生的排放

表5 发酵罐泄露产生的排放Table 5 Emissions from the fermentation tank leakage

发酵罐泄露产生的排放计算结果如表5所示。

3.4.2.3 堆肥产生的碳排放

污泥与秸秆、禽畜粪便厌氧堆肥过程中会释放甲烷、氧化亚氮气体，本文依据方法学和默认排放因子分别计算两种气体造成的碳排放量。计算结果如表6所示。

表6 堆肥产生的碳排放Table 6 Carbon emissions from composting

依据上述计算，可知该项目的排放总量PEy=5996 tCO2e。

3.5 泄漏量

本项目的发生地与堆肥场所距离较近，没有在收集场所额外的运输过程，所以本项目泄漏量Ly=0。

3.6 项目碳减排量

综合上述计算结果可知，基准线的年均排放量为15410 tCO2e，项目排放量为5996 tCO2e，泄漏量为0。因此本项目的总体减排量为三者之差，即ERy=9414 tCO2e。

4 结论

本文基于温室气体自愿减排方法学，以吉林省某污水处理厂污泥厌氧消化项目为例，计算得出该项目通过改进的污泥处理工艺每年可减少温室气体排放9414 tCO2e，污泥厌氧消化工艺的减排效果显著。该工艺在污水处理厂的推广有助于污泥的资源化利用，对于城市电力的节约和环境的改善具有促进作用[7-8]。