餐廚垃圾處理方式及其碳排放分析

固廢網(wǎng)訊:

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)

隨著我國國民經(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TS（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)目內(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。可見，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，許多國家已開始限制、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)目內(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14億人口為基準(zhǔn)，全國餐廚垃圾若全部填埋處理，每年碳排高達(dá)4466 萬t ECO2/a，甚至超過全國污水處理碳排總量（3985 萬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。