作者簡介：宋俊成（1995.07-），男，漢族，河北唐山人，碩士，科研員，研究方向：城市固廢處理。

摘 要：隨著全球垃圾產(chǎn)生量的快速增長，城市生活垃圾處理過程產(chǎn)生的溫室氣體排放逐漸成為城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域溫室氣體排放的重要人為來源之一。因此，亟需探索城市生活垃圾處理行業(yè)的溫室氣體減排路徑，為城市生活垃圾處理行業(yè)的綠色化、低碳化發(fā)展提供支撐和保障。本文在分析生活垃圾資源化利用過程中甲烷產(chǎn)生情況的基礎(chǔ)上，對甲烷控制和處理技術(shù)進行了綜述，為降低生活垃圾處理過程中的甲烷排放，提高生活垃圾資源化利用率提供參考。

關(guān)鍵詞：碳減排；生活垃圾；甲烷；資源化利用

1 前言

伴隨著城市化發(fā)展步伐的快速推進和居民生活質(zhì)量的持續(xù)提高，我國城市生活垃圾的產(chǎn)生量穩(wěn)步增長，生活垃圾處理過程中甲烷氣體排放量也逐步增加。為進一步落實我國“雙碳”任務(wù)目標，需要更加重視生活垃圾處理過程中甲烷氣體的資源化利用，保證利用效率最大化，真正達到保護社會環(huán)境以及構(gòu)建綠色城市的目標。

2我國生活垃圾處理甲烷排放情況

2.1我國生活垃圾產(chǎn)生與處理現(xiàn)狀

目前我國垃圾無害化處理的主要手段有衛(wèi)生填埋、焚燒及生化處理方式。根據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2023》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2022年我國的城市生活垃圾無害化處理總量約2.44億噸，包括衛(wèi)生填埋0.3億噸，焚燒處理1.95億噸，生化處理0.19億噸，生活垃圾無害化處理率約99.9％[1]。

2.2生活垃圾處理過程中的甲烷產(chǎn)生情況

甲烷是最簡單的碳氫化合有機物，是天然氣、沼氣和垃圾填埋氣的主要成分。除自然產(chǎn)生外，人類活動是甲烷產(chǎn)生的最大來源，其中固廢處理是繼農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源生產(chǎn)之后主要甲烷產(chǎn)生領(lǐng)域之一。近年來，伴隨中國國民生活水平的日益提升，以及城市生活垃圾處理量的快速增長，城市生活垃圾產(chǎn)生的甲烷如不通過合理途徑回收處置，無序排放，將會對環(huán)境和人民生命安全造成極大危害。甲烷減排成功與否已經(jīng)直接影響到大氣溫升速度控制，對改善地區(qū)環(huán)境質(zhì)量有重要的協(xié)同作用。

2.2.1填埋處理的甲烷產(chǎn)生情況

生活垃圾填埋處理過程是甲烷排放的重要渠道，大約占人類活動甲烷總排放量的12％，是全球第三大的CH4排放源[2]。在填埋處置的初始階段，產(chǎn)氣主要為CO2，隨著填埋時間的增加，CH4產(chǎn)氣量也逐漸上升，通常在1至3年后達到較高水平，并在填埋場封場后逐漸隨著封場年數(shù)的增加而減少[3]。王敏等[4]研究發(fā)現(xiàn)，垃圾組分、有機質(zhì)比例、含水率、氣候條件和PH等因素是影響甲烷產(chǎn)生的重要因素；聶發(fā)輝等[5]、王曉琳等[6]針對甲烷好氧氧化和厭氧發(fā)酵機理進行了深入研究，研究表明垃圾填埋場表面覆土具有甲烷氧化能力，使得甲烷的排放量大幅下降。

2.2.2焚燒處理的甲烷產(chǎn)生情況

在生活垃圾焚燒廠的生產(chǎn)過程中，甲烷產(chǎn)生量較低，主要來自垃圾滲瀝液處理過程。目前，我國生活垃圾焚燒廠滲瀝液處理工藝組合通常采用厭氧+好氧+膜法工藝組合，在厭氧發(fā)酵階段，滲瀝液在厭氧環(huán)境下，通過厭氧微生物的作用，使有機物經(jīng)歷水解、酸化、產(chǎn)氣等步驟，生成甲烷氣體。生活垃圾焚燒廠產(chǎn)生的甲烷氣體主要被用于其他工藝生產(chǎn)階段，以實現(xiàn)資源化利用和環(huán)保達標排放。

2.2.3生化處理的甲烷產(chǎn)生情況

生化處理主要分為好氧堆肥和厭氧發(fā)酵兩種工藝路線，其中好氧堆肥處理過程中甲烷氣體產(chǎn)生主要集中在微生物分解有機物環(huán)節(jié)，但產(chǎn)生量較低。而厭氧發(fā)酵時則會產(chǎn)生大量的甲烷氣體。廚余垃圾漿料中的有機物

在隔絕空氣并保持一定的水分、溫度、酸堿度等環(huán)境溫度的條件下，經(jīng)過多種微生物的分解能夠產(chǎn)生大量沼氣，其中的甲烷含量能夠達到40％，如果厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣穩(wěn)定并將其進行資源化利用，則具有顯著的碳減排效益。

3生活垃圾處理過程甲烷排放核算方法

3.1IPCC指南

2006年，聯(lián)合國政府間氣候變化委員會（IPCC）發(fā)布了《IPCC 2006年國家溫室氣體清單指南》（簡稱“IPCC 2006”）。指南第二章第五卷《廢物產(chǎn)生、成分和管理數(shù)據(jù)》專門探討了生活垃圾不同處理工藝過程中的排放因子計算方法，這套計算方法是目前國際上使用最為廣泛的CH4排放核算方法。2019年5月12日，IPCC通過了《IPCC 2006年國家溫室氣體清單2019修訂版》（簡稱“IPCC 2019”），此次修訂對溫室氣體排放量的估算方法進行了進一步優(yōu)化。方法中補充考慮了不同固體廢物成分的可降解有機碳值。同時在填埋過程溫室氣體排放量的計算過程中，另外增加了垃圾填埋場CH4排放的一階衰減方法，并提供了相對應(yīng)的排放因子。其主要計算公式見下式：

CH4排放=■CH■產(chǎn)生■-R■·（1-OX■）

其中：CH4排放為T年排放的CH4，單位為Gg;T為清單年份;x為廢棄物類別或類型/材料;RT為T年回收的CH4，單位為Gg;OXT為T年的氧化因子。

相比IPCC 2006，IPCC 2019可以更加精確地計算填埋場溫室氣體排放量。但是由于我國經(jīng)濟發(fā)展的地域性差異以及各地垃圾性質(zhì)差異等原因，IPCC 2019仍無法準確計算出我國的生活垃圾處理過程碳排放水平。

3.2 LCA模型

全生命周期評估模型（LCA模型）能夠計算垃圾處理全過程中的碳排放，或用于估算某個項目（企業(yè)）、一個地區(qū)或者一個國家尺度的碳排放。但由于原始數(shù)據(jù)的缺失、缺省值與實際情況的差異、系統(tǒng)邊界條件的不一致性或不確定性，都可能導(dǎo)致核算結(jié)果的不同。因此，LCA法并不適合權(quán)威的核算方法，通常需要結(jié)合IPCC國家清單數(shù)據(jù)和城市生活垃圾管理行業(yè)數(shù)據(jù)庫等進行使用。

3.3CMD法

CDM法是指《<氣候變化公約>京都議定書》框架下的一種靈活履約機制之一，該機制通過審核CDM項目的執(zhí)行情況以追蹤溫室氣體的實際排放數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上對基準排放線相對降低的排放進行計算，并在扣除可能的泄漏情況后，得到“核證減排量”（CERs）。廢棄物處置屬于CDM項目中重要的一類，對于垃圾處理項目，CDM執(zhí)行委員會提供了許多適用的操作指南，如ACM0001（填埋氣體回收利用項目）、ACM0022（替代廢物處理工藝）等。主要計算公式見下式：

ERy=BEy-PEy-Ly

式中：ERy為y年研究項目的碳減排量（tCO2eq）；BEy為y年基準線碳排放量（tCO2eq）；PEy為y年研究項目的碳排放量（tCO2eq）；Ly為y年研究項目的碳泄漏排放量（tCO2eq）。

此方法適用于固體廢物的填埋、焚燒和生物處理等過程中溫室氣體減排量的計算。但由于其重點在于基準情況和實際情況下的減排量，以對比為主。因此只能為城市生活垃圾處理行業(yè)溫室氣體減排量核算提供指導(dǎo)，并不能客觀核算和評價處理設(shè)施在核算周期內(nèi)的溫室氣體排放量。

4生活垃圾處理過程中的甲烷控制與利用技術(shù)

4.1火炬燃燒技術(shù)

沼氣火炬燃燒技術(shù)即將生活垃圾處理設(shè)施生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的沼氣通過管道輸送至火炬進行直接燃燒。這種處理方式雖然能滿足安全處理及環(huán)保排放的要求，但沼氣未經(jīng)過資源化利用，經(jīng)濟效益較低，因此沼氣火炬燃燒技術(shù)一般應(yīng)用于沼氣產(chǎn)生不穩(wěn)定、產(chǎn)量較低的小型生活垃圾處理設(shè)施，或者作為沼氣應(yīng)急處理設(shè)施，在產(chǎn)氣量過大或者設(shè)備檢修等情況時應(yīng)急使用。

4.2沼氣鍋爐利用技術(shù)

部分生活垃圾處理設(shè)施配備了沼氣鍋爐，生活垃圾處理過程中產(chǎn)生的沼氣經(jīng)管道輸送至沼氣鍋爐中燃燒，將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能。通過此種方式產(chǎn)生的熱水和蒸汽可用于生活垃圾處理過程中的加熱加溫環(huán)境，或者廠區(qū)冬季供暖，降低能源消耗。

4.3沼氣發(fā)電技術(shù)

沼氣發(fā)電是生物質(zhì)能源發(fā)電的主要方式之一，此項技術(shù)在生活垃圾處理領(lǐng)域已經(jīng)有較為成熟的工藝流程和成套設(shè)備。主要工藝流程為生活垃圾填埋及生化處理項目產(chǎn)生的沼氣，首先經(jīng)過預(yù)處理，脫除其中的硫化物、水分以及其他雜質(zhì)，進入儲存氣柜穩(wěn)壓后，送入沼氣發(fā)電機組進行發(fā)電作業(yè)，將生物質(zhì)能先轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化為電能，后端通過設(shè)置余熱鍋爐系統(tǒng)回收余熱，供廠內(nèi)其他生產(chǎn)活動使用，實現(xiàn)能源的梯次利用。

4.4沼氣入爐摻燒技術(shù)

隨著近年來對沼氣入爐摻燒技術(shù)的不斷進步與優(yōu)化，其技術(shù)上的安全性和穩(wěn)定性已經(jīng)基本成熟。生活垃圾焚燒廠產(chǎn)生的沼氣先經(jīng)歷脫水、過濾等預(yù)處理工序，然后通過羅茨風(fēng)機增壓并輸送至沼氣燃燒裝置，最終噴至生活垃圾焚燒爐進行燃燒，用作生活垃圾焚燒過程中的輔助燃料提升焚燒熱值，從而降低焚燒爐所需輔助燃料的用量。沼氣入爐摻燒具有資源化程度高、改善爐膛燃燒、系統(tǒng)穩(wěn)定、維護成本低等優(yōu)勢。

4.5甲烷重整制氫技術(shù)

甲烷重整技術(shù)在國外已經(jīng)有百年發(fā)展歷史，工藝方法相對成熟，通過將餐廚垃圾與其他有機固廢合并處置產(chǎn)生沼氣，經(jīng)管路輸送至除沫分離器，脫除沼氣中的凝結(jié)水。沼氣經(jīng)脫水輸送進入吸收塔，用MEA配方溶液在吸收塔內(nèi)同時進行化學(xué)吸收脫硫脫碳，再經(jīng)過提純壓縮以后存儲作為制備氫氣的原料氣。原料氣甲烷在催化裂解爐里發(fā)生裂解反應(yīng)，生成氫氣和固態(tài)碳，這一過程既實現(xiàn)了綠色氫能的生產(chǎn)，也完成了脫碳固碳，其副產(chǎn)物可用于生產(chǎn)炭黑、石墨、石墨烯等高新材料，能夠提供較高的經(jīng)濟效益。

5結(jié)論與建議

5.1有效垃圾分類，用垃圾源頭減量化實現(xiàn)甲烷排放減量化

甲烷是伴隨垃圾處置過程產(chǎn)生的，而垃圾分類系統(tǒng)的建立是垃圾處理的基礎(chǔ)，積極完善垃圾分類系統(tǒng)，加強相關(guān)宣傳工作，將垃圾分類的相關(guān)知識普及到每個居民意識中就變得非常重要；同時還需要制定相關(guān)法律，對于公民需承擔(dān)的相關(guān)責(zé)任和義務(wù)進行明確，規(guī)范民眾行為，使得垃圾分類的相關(guān)措施可以得到很好地落實。政府相關(guān)部門應(yīng)強化經(jīng)濟手段的應(yīng)用，對垃圾處理采取必要的收費措施，利用收費來限制垃圾產(chǎn)生；且費用收取還可有效完善城市生活垃圾處理體系的建設(shè)，為生活垃圾的減量化、無害化、資源化處理提供資金支持。

5.2探索垃圾無害化、減量化、資源化利用先進技術(shù)，提高甲烷回收水平

減少生活垃圾甲烷排放是國家實施溫室氣體排放控制的目標之一。與垃圾填埋和堆肥不同，焚燒可節(jié)約土地，減少對地表水和地下水污染，回收的甲烷還能代替其他傳統(tǒng)化石能源發(fā)電，具有“甲烷控排+替代發(fā)電”的雙重碳減排效果，對國家實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標起著重要的作用。在城市化加速推進、建設(shè)用地指標接近極限的情況下，垃圾焚燒已經(jīng)成為一種現(xiàn)實選擇。

5.3加強生活垃圾處理項目規(guī)劃，建設(shè)生活垃圾處理產(chǎn)業(yè)園區(qū)

建設(shè)生活垃圾處理產(chǎn)業(yè)園區(qū)是生活垃圾綜合利用和高效處理的重要舉措，將生活垃圾焚燒、生化處理設(shè)施集中建設(shè)在同一區(qū)域內(nèi)，園區(qū)內(nèi)廚余垃圾和滲瀝液厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進入焚燒設(shè)施進行輔助燃燒，發(fā)揮協(xié)同處理優(yōu)勢，提高生活垃圾處理過程中的沼氣收集利用效率。焚燒產(chǎn)生的余熱能夠為生化設(shè)施厭氧發(fā)酵提供余熱，同時配套建設(shè)生物柴油生產(chǎn)等資源化企業(yè)對外輸出再生資源，可以實現(xiàn)最大化的資源協(xié)同利用，具有很大的減排潛力。

6結(jié)論

總而言之，隨著生活垃圾處理過程甲烷釋放量的不斷增加，對甲烷進行資源化利用，不僅符合我國的“雙碳”發(fā)展目標，更符合我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。這就需要積極引進更加先進的理念、技術(shù)及設(shè)備，提高甲烷資源化利用效率，從而降低生活垃圾處理過程中的碳排放。

參考文獻

[1]國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒[J].北京：中國統(tǒng)計出版社，2018～2023.

[2]王琛，孫治國，付友先，等.填埋場產(chǎn)甲烷影響因素及減排技術(shù)研究進展 [J].山東化工，2022，51（16）：104-106+110.

[3]楊國棟，顏楓，王鵬舉，等.生活垃圾處理的低碳化研究進展[J].環(huán)境工程學(xué)報，2022，16（3）：9.

[4]王敏，王里奧，劉莉.垃圾填埋場的溫室氣體控制 [J].重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2001（05）：142-144.

[5]聶發(fā)輝，周永希，張后虎，等.垃圾填埋場甲烷釋放及氧化技術(shù)研究進展[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2016，6（2）：163-169.

[6]王曉琳， 曹愛新， 周傳斌， 等.垃圾填埋場甲烷氧化菌及甲烷減排的研究進展[J]. 生物技術(shù)通報，2016，32（5）：16-25.