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餐廚垃圾處理方式及其碳排放分析

餐廚垃圾處理方式及其碳排放分析

【概要描述】不同餐廚垃圾處理方式在資源化回收程度以及產(chǎn)生的碳排放量存在很大差別。在“雙碳”背景下,構(gòu)建餐廚垃圾資源化及碳減排合二為一的處理方式則顯得十分必要。那么,不同餐廚垃圾處理方式碳排量有多大差異呢?

餐廚垃圾處理方式及其碳排放分析

【概要描述】不同餐廚垃圾處理方式在資源化回收程度以及產(chǎn)生的碳排放量存在很大差別。在“雙碳”背景下,構(gòu)建餐廚垃圾資源化及碳減排合二為一的處理方式則顯得十分必要。那么,不同餐廚垃圾處理方式碳排量有多大差異呢?

詳情

文章導(dǎo)讀:不同餐廚垃圾處理方式在資源化回收程度以及產(chǎn)生的碳排放量存在很大差別。在“雙碳”背景下,構(gòu)建餐廚垃圾資源化及碳減排合二為一的處理方式則顯得十分必要。那么,不同餐廚垃圾處理方式碳排量有多大差異呢?

綜合評(píng)價(jià)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平整體提升,餐廚垃圾產(chǎn)生量與日俱增,僅2020年全國(guó)餐廚垃圾產(chǎn)生量便已突破1.2億t/a。餐廚垃圾為高有機(jī)質(zhì)與油脂成分和高含水率(77%以上)的固體廢物。因此,具有易生化降解的特點(diǎn)。

對(duì)餐廚垃圾處理國(guó)內(nèi)外主要有5種處置方式:填埋、粉碎直排、好氧堆肥、厭氧消化和綜合處理,各種方法綜合評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。

圖1 餐廚垃圾處置方式

 

表1 餐廚垃圾處置方式綜合評(píng)價(jià)

注:粉碎直排:將餐廚垃圾經(jīng)廚房下水接口配置的餐廚垃圾粉碎機(jī)(FWD)粉碎后直接排入市政下水管網(wǎng)的方法。綜合處理:指根據(jù)餐廚垃圾成分,利用破碎、分揀、篩選、攪拌等機(jī)械過(guò)程以及后續(xù)生物處理技術(shù)(如,厭氧消化)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行處置。

碳中和評(píng)價(jià)

不合理的餐廚垃圾處理方式在處置餐廚垃圾時(shí),所導(dǎo)致的碳排放量明顯不同。所以,應(yīng)對(duì)餐廚垃圾處置采用全生命周期(LCA)評(píng)價(jià)方法予以評(píng)估。為此,以下通過(guò)實(shí)例分別對(duì)上述5種處置方式計(jì)算LCA碳排放量。

基本參數(shù)及其邊界設(shè)定

以一個(gè)位于北美地區(qū)具有10萬(wàn)人口的社區(qū)作為計(jì)算案例,餐具和塑料袋等雜物不包括在餐廚垃圾產(chǎn)量之內(nèi)。

以每人每天產(chǎn)生餐廚垃圾量97.52 g/人·d作為基準(zhǔn),年餐廚垃圾產(chǎn)量為3930 t/a。

餐廚垃圾基本參數(shù)為T(mén)S(濕基):30.9 %,VS(濕基):26.4 %。

 

結(jié)合當(dāng)?shù)夭蛷N垃圾處置實(shí)際處理工藝條件,對(duì)上述5種方式處置餐廚垃圾之碳排放進(jìn)行全面評(píng)估。各處置方式邊界內(nèi)物能流程及其各單元中物能所產(chǎn)生或抵消的CO2當(dāng)量——ECO2對(duì)應(yīng)的數(shù)值見(jiàn)圖2。

圖2 5種餐廚垃圾處置方式邊界內(nèi)物能流程圖

碳排分析

 

評(píng)估的LCA包括餐廚垃圾收集與運(yùn)輸、處理、產(chǎn)物各個(gè)處置環(huán)節(jié);LCA之碳排放涉及的溫室氣體包括CO2、N2O和CH4;N2O和CH4造成的溫室效應(yīng)分別乘以298、25折算為CO2當(dāng)量——ECO2。經(jīng)微生物分解代謝作用產(chǎn)生的CO2為生物成因(生源性),是有機(jī)物的自然歸宿,不列入碳排放計(jì)算;產(chǎn)生的CH4經(jīng)回收后用于發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP),這一途徑形成的碳排放不納入LCA碳排放匯總與計(jì)算。被回收的能源與資源可相應(yīng)地抵消碳排放量,主要包括由CH4用于發(fā)電或CHP后回收的電能或(和)熱能與可用作肥料的沼渣;產(chǎn)生的熱能除滿足自身升溫需求之外,未利用的剩余熱能不計(jì)入抵消ECO2項(xiàng)目?jī)?nèi)。每kW·h電能可抵消0.608kgECO2,每kg肥料(以N計(jì))可抵消4 kgECO2。據(jù)此計(jì)算各餐廚垃圾處置方式對(duì)應(yīng)的年ECO2數(shù)據(jù)(圖3)。

圖3 5種餐廚垃圾處置方式碳排放量

由圖3可知,以上5種餐廚垃圾處置方式產(chǎn)生的總ECO2量順序?yàn)椋禾盥瘢揪C合處理>粉碎直排>堆肥>厭氧消化。填埋總ECO2最大,雖然被回收的CH4(不足33.0 %)用于發(fā)電可抵消530tECO2/a,但是處理環(huán)節(jié)釋放的CH4亦高達(dá)2660 t ECO2/a,致使填埋總ECO2達(dá)3190t ECO2/a??梢?jiàn),餐廚垃圾填埋處置,不僅造成巨大危害環(huán)境的溫室效應(yīng),也白白浪費(fèi)了餐廚垃圾中的有機(jī)能源。因此,許多國(guó)家已開(kāi)始限制、甚至禁止可生化降解垃圾直接填埋。

餐廚垃圾厭氧消化抵消的ECO2(1170tECO2/a)最大,主要是因?yàn)閰捬跸a(chǎn)生的沼氣用于CHP產(chǎn)生熱能、電能與沼渣用作肥料能抵消大量ECO2。產(chǎn)生的熱能除滿足自身升溫需求之外還有富余(不計(jì)入抵消ECO2項(xiàng)目?jī)?nèi)),產(chǎn)生的電能1500 WM(h/a)能抵消980 t ECO2/a,沼渣用作肥料可抵消190 t ECO2/a。加上餐廚垃圾厭氧消化處理環(huán)節(jié)(主要是制漿池研磨、消化池?cái)嚢韬秃罄m(xù)沼渣脫水)所產(chǎn)生的最小ECO2(共計(jì)80tECO2/a),最終使厭氧消化總ECO2(-940 t ECO2/a)最小。

厭氧消化與其他4種處置方式相比,在資源回收和碳減排方面具有突出優(yōu)勢(shì),這就決定了厭氧消化產(chǎn)沼氣為今后餐廚垃圾處置中的首選方式。

總結(jié)及展望

 

根據(jù)上述計(jì)算,以我國(guó)14億人口為基準(zhǔn),全國(guó)餐廚垃圾若全部填埋處理,每年碳排高達(dá)4466 萬(wàn)t ECO2/a,甚至超過(guò)全國(guó)污水處理碳排總量(3985 萬(wàn)t ECO2/a)。而全部以厭氧消化方式處理,則可實(shí)現(xiàn)碳匯1316萬(wàn)t ECO2/a。在建有市政污泥厭氧消化單元的城市,餐廚垃圾與污泥參混共消化不失為一種良策,既充分利用污泥厭氧消化單元的剩余空間,亦可增加污泥厭氧消化的產(chǎn)氣率。

 

來(lái)源:環(huán)境工程學(xué)報(bào)  作者:郝曉地 周鵬 曹達(dá)啓

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