高濃度有機(jī)廢水處理領(lǐng)域溫室氣體減排計(jì)算

王若男，龍亞會(huì)，高 軻

(1.河北工程大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院,河北 邯鄲 056038；2.中國水利水電科學(xué)研究院 水環(huán)境研究所, 北京 100038)

現(xiàn)階段我國正處于工業(yè)化水平迅速發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，與同處于此時(shí)期的其他國家相比，我國的CO2排放量還處于比較高的水平[1]。溫室效應(yīng)會(huì)造成極端天氣頻發(fā)、海平面上升、生態(tài)系統(tǒng)平衡破壞、農(nóng)作物產(chǎn)量減少、傳染病暴發(fā)等多方面的不利影響。據(jù)2002年的數(shù)據(jù)顯示，我國排放的工業(yè)有機(jī)廢水若采用厭氧工藝處理的話，會(huì)獲得106.8億立方米的沼氣，其中56%為CH4[2]。雖然CH4在大氣中的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CO2，但若以100年計(jì)，CH4引起的溫室效應(yīng)是CO2的21倍[3]。據(jù)調(diào)查顯示，我國在2004年已有66.57億立方米的沼氣開發(fā)利用量，如果按熱值當(dāng)量進(jìn)行計(jì)算的話，其相當(dāng)于523萬噸標(biāo)煤，即732萬噸原煤[4]。所以，在高濃度有機(jī)廢水處理領(lǐng)域中實(shí)施CDM項(xiàng)目的溫室減排效益是顯著的。

1項(xiàng)目介紹

本項(xiàng)目位于河北省邯鄲市清源釀酒廠，本廠的釀酒量約為9 000 t/a。釀酒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的高濃度有機(jī)廢水，其中含有較高濃度的COD和BOD。本廠廢水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理量為500 m3/d。為了避免高濃度有機(jī)廢水厭氧處理過程中產(chǎn)生的沼氣直接排放進(jìn)入大氣，本廠對(duì)沼氣進(jìn)行了回收，并將其用于發(fā)電。這樣在降低CH4排放量的基礎(chǔ)上，避免了CH4本身造成的溫室效應(yīng)，同時(shí)因替代了部分發(fā)電能源，也減少了一定的溫室氣體排放量，使其具有雙重CDM特性。本項(xiàng)目的工藝流程見圖1。

2減排量計(jì)算

CDM方法學(xué)是審查CDM項(xiàng)目合格性及估算∕計(jì)算項(xiàng)目減排量的基礎(chǔ)，以期實(shí)現(xiàn)議定書設(shè)立CDM的目標(biāo)。本項(xiàng)目采用的是CDM方法學(xué)AMS.Ⅲ.H(廢水處理中的CH4回收)來計(jì)算有機(jī)廢水處理沼氣利用項(xiàng)目的CO2減排量[5]。按照方法學(xué)[6]的描述，本項(xiàng)目y年份的減排量為：

ERy=BEy-PEy-Ly

(1)

其中：ERy表示y年份的項(xiàng)目活動(dòng)減排量∕tCO2；BEy表示y年份的基準(zhǔn)線排放量∕tCO2；PEy表示y年份的項(xiàng)目排放量∕tCO2；Ly表示y年份的項(xiàng)目泄露排放量∕tCO2。

2.1 BEy計(jì)算

基準(zhǔn)線，是指在沒有該CDM項(xiàng)目的情況下，為了提供同樣的服務(wù)，最可能建設(shè)的其他項(xiàng)目(即基準(zhǔn)線項(xiàng)目)所帶來的溫室氣體排放量，因此它是一種假設(shè)的情景。在本項(xiàng)目中，基準(zhǔn)線就是不回收廢水高濃度有機(jī)廢水厭氧處理過程中產(chǎn)的CH4，而使其全部釋放發(fā)到大氣中。

(1)BEy，ww計(jì)算

BEy，ww=Qw,y×CODy×MCF×Bo×UFBL×GWPCH4

(2)

其中：BEy，ww表示y年份廢水處理過程中的基準(zhǔn)線排放量∕tCO2；Qw,y表示基準(zhǔn)線廢水處理過程中所處理的廢水量∕m3；CODy表示y年份基準(zhǔn)線廢水處理過程中去除的COD量∕(t/m3)；MCF表示基準(zhǔn)線廢水處理過程中的CH4收集因子(取值為0.8)；Bo表示廢水中產(chǎn)生的CH4量(IPCC對(duì)其默認(rèn)值為0.21 kg CH4/kgCOD)；UFBL表示模型修正因子(取值為0.94)；GWPCH4表示第一承諾期CH4全球變暖潛勢(shì)批準(zhǔn)值(取值為21 tCO2e/t CH4)。

(2)BEy, grid計(jì)算

BEy, grid=Ey, net×EFy

(3)

其中：BEy, grid表示y年份發(fā)電過程中的基準(zhǔn)線排放量∕tCO2；Ey, net表示本項(xiàng)目y年份火力發(fā)電廠的凈發(fā)電量∕MWh；EFy電網(wǎng)排放因子∕(tCO2e/MWh)(華北電網(wǎng)2008年的CO2排放因子為0.992 8 tCO2e/MWh)。

2.2 PEy計(jì)算

PEy=PEpower+PEtreated+PEfinal+PEfugitive

(4)

其中：PEy表示項(xiàng)目排放量∕tCO2；PEpower表示y年份產(chǎn)生于電能或者燃料消耗中的排放量∕tCO2；PEtreated表示y年份本項(xiàng)目廢水處理過程中的CH4排放量∕tCO2；PEfinal表示y年份污泥厭氧腐爛過程中產(chǎn)生的CH4排放量∕tCO2；PEfugitive表示y年份在捕集系統(tǒng)中沼氣釋放的CH4排放量∕tCO2。

(1)PEpower計(jì)算

PEpower=Ey,consumed×EFy

(5)

其中：Econsumed表示y年份本項(xiàng)目所消耗的電量∕MWh。

(2)PEtreated計(jì)算

PEtreated=Qw,y×CODy，treated×MCF×Bo×UFBL×GWPCH4

(6)

其中：CODy，treated表示y年份處理污水的O2需求量∕(t/m3)。

(3)PEfinal計(jì)算

在該CDM項(xiàng)目中并未采取厭氧方式降解所產(chǎn)生的的污泥，而是通過有氧方式對(duì)其處理，所以，PEfinal應(yīng)為零。

(4)PEfugitive計(jì)算

PEfugitive,y=PEfugitive,ww,y+PEfugitive,s,y

(7)

其中：PEfugitive,ww,y表示y年份廢水厭氧處理過程中收集和利用∕燃燒的易散性排放量∕tCO2；PEfugitive,s,y表示y年份污泥厭氧處理過程中收集和利用∕燃燒的易散性排放量∕tCO2。在本項(xiàng)目中PEfugitive,s,y應(yīng)為零。

在20世紀(jì)30年代，經(jīng)典計(jì)算主義獲得跨越式的發(fā)展，其中尤以“邱奇——圖靈”論題的提出最具代表性。按照這一論題，一個(gè)函數(shù)，如果是可遞歸的，那么，就是能行可計(jì)算的。而能行可計(jì)算指的是，如果一個(gè)對(duì)象是可計(jì)算的，那么至少存在一種算法，可以實(shí)現(xiàn)這一計(jì)算。

PEfugitive,ww,y=(1-CEFww) ×MEPww,treatment,y×GWPCH4

(8)

其中：CEFww表示在本項(xiàng)目廢水處理過程中捕集利用CH4的效率(默認(rèn)值為0.9)；MEPww,treatment,y表示y年份廢水處理CH4回收系統(tǒng)中的CH4排放潛力∕t。

MEPww,treatment,y=Qw,y×CODy×MCF×Bo×UFPJ

(9)

其中：UFPJ表示模型修正因子(取值為1.06)。

2.3 Ly計(jì)算

由于在本項(xiàng)目中并不存在泄露排放，因此項(xiàng)目泄露排放量Ly應(yīng)為零。

2.4 相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果

在計(jì)算本項(xiàng)目的活動(dòng)減排量ERy過程中所涉及的數(shù)據(jù)及參數(shù)見表1，減排量ERy的計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 計(jì)算過程中涉及的數(shù)據(jù)及參數(shù)

表2 本項(xiàng)目減排量ERy的計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)果與分析

預(yù)計(jì)本項(xiàng)目的總投資額為3 500萬元，本項(xiàng)目所獲得的經(jīng)濟(jì)效益主要來自于兩個(gè)方面：首先，利用高濃度有機(jī)廢水厭氧處理過程中回收的沼氣進(jìn)行發(fā)電，然后出售給電網(wǎng)，帶來了一定的資金收入；其次，在CDM情況下出售經(jīng)核準(zhǔn)的溫室氣體減排量，產(chǎn)生了部分額外收入。據(jù)調(diào)查，本項(xiàng)目的基準(zhǔn)收益率約為7%，若在沒有CDM的情況下，本項(xiàng)目的內(nèi)部收益率只為2.55%。然而，在CDM情況下，如果按照目前國際上每噸CO2e排放量約為76元的定價(jià)出售本項(xiàng)目所獲得的55 485 tCO2e排放量，則本項(xiàng)目的收益率約為12.05%，高于項(xiàng)目的基準(zhǔn)收益率。所以，在CDM情況下，本項(xiàng)目可以獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

4結(jié)束語

高濃度有機(jī)廢水處理領(lǐng)域開展CDM項(xiàng)目，在對(duì)廢水進(jìn)行合理處理的基礎(chǔ)之上，還實(shí)現(xiàn)了可再生資源的有效利用，同時(shí)也一定程度上避免了溫室效應(yīng)對(duì)環(huán)境造成的不利影響，進(jìn)而促進(jìn)社會(huì)的健康穩(wěn)定發(fā)展；從經(jīng)濟(jì)效益上來看，項(xiàng)目所獲得的核證減排量收入為我國國內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造了一定的資金利益。所以，在中國等發(fā)展中國家開發(fā)CDM項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生十分顯著的綜合效益。

[1] 劉 雯，高慧燕．中國溫室氣體排放的歷史積累和現(xiàn)狀分析[J]．節(jié)能與環(huán)保，2009(4)：14-15．

[2] 顧樹華．中國沼氣資源和開發(fā)利用[EB/OL]．(2006-8-17)[2013-09-06]．http://www.newenergy.org. cn/html/0068/2006817_11465.html．

[3] 龍 泉．在高濃度有機(jī)廢水處理中要更加重視沼氣回收[J]．中國沼氣，2006，25(2)：43-45．

[4] 徐 淼，張金鳳，文 玲，等．在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域內(nèi)的CDM項(xiàng)目分析[J]．環(huán)境工程，2008(26)：119-121．

[5] UNFCCC．Indicative simplified based line and monitoring methodologies for selected small-scale CDM project activity categories-Ⅲ-H: Methane Recovery in Wastewater Treatment [EB/OL].(2010-11-26) [2013-09-06]．http://cdm.unfccc.int/DOE/scopes.html#13．

[6] 中國21世紀(jì)議程管理中心．清潔發(fā)展機(jī)制方法學(xué)指南[M]．北京：社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2005．