廢棄物處理溫室氣體排放特征研究
——以杭州市為例

鄭思偉， 唐 偉

（杭州市環境保護科學研究院， 浙江 杭州 310014）

0 引言

IPCC（聯合國政府間氣候變化專門委員會Intergovernmental Panel on Climate Change）資料顯示，全球廢棄物處理溫室氣體排放對溫室氣體總排放量占比很小(＜5%)[1]。《中國氣候變化初始國家信息通報》資料顯示，2005年中國廢棄物處理溫室氣體排放量為1.12億t CO2當量，約占溫室氣體總排放量的1.5%[2]。雖然廢棄物處理溫室氣體排放比重不高，但城市廢棄物是一種重要的可再生能源資源，通過填埋場氣體的回收利用、廢水厭氧發酵回收沼氣、焚燒處理能源回收等一系列措施開發這種資源，控制廢棄物處理溫室氣體排放具有較好的環境和社會效益。

目前，國際上最廣泛流行的溫室氣體核算方法有IPCC方法學，浙江省已在IPCC方法學基礎上結合浙江實際情況編寫了《浙江省溫室氣體清單編制指南》（簡稱《浙江省指南》）；歐盟 EEA退出了EMEP/CORINAIR）排放清單指導書，采用統一的排放與分類方法SNAP90，被歐洲和非洲等某些國家在向《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）秘書處提交的溫室氣體清單中使用[3]；美國EPA方法學在開發了適合本土的方法的基礎上，也在積極幫助發展中國家改善清單的完整性和可持續性，該技術路線和排放因子方面的可靠性及與IPCC的兼容性得到了IPCC的認可[4]；城市溫室氣體核算國際標準則是針對城市層面溫室氣體核算建立的第一個全球范圍標準，中國在此基礎上開發了為中國城市量身定做的“城市溫室氣體核算工具”[5]。

杭州市在2010年被列為全國第一批低碳試點城市，并于2011年在全國省會城市中率先開展城市溫室氣體清單的編制工作[6]。本研究結合《IPCC國家溫室氣體清單指南》[7]（以下簡稱《IPCC指南》）中的核算方法，建立適合杭州市實際情況的廢棄物處理溫室氣體排放量核算模型，核算杭州市廢棄物處理溫室氣體排放情況，分析排放特征，摸清主要排放源及主要污染物種類，有助于針對性地制定溫室氣體排放控制措施，提高應對氣候變化的有效性。

1 杭州市廢棄物處理概況

杭州市傳統的垃圾處理全部采用填埋技術，隨著新世紀初幾家垃圾焚燒廠的投產運行，實現了由單一的處理技術向多元的垃圾處理轉型。目前，杭州市垃圾處理采用衛生填埋和焚燒2種處理技術相結合。其中，衛生填埋技術的處理量大于60%，呈現衛生填埋為主、焚燒為輔的垃圾處理格局。2015年，杭州市生活垃圾填埋場共計4座，衛生填埋處理能力約4 271 t/d，生活垃圾填埋量共251.55萬t。城市生活垃圾焚燒廠6座，焚燒處理能力4 750 t/d，焚燒量共136.88萬t。危險廢棄物焚燒廠1座，處理能力82 t/d，焚燒量共1.57萬t。

2015年杭州市共建有污水處理廠41座，污水處理能力297萬t/d。全市共處理污水總量為151679.20萬t，其中處理生活污水占比為38.51%，處理工業廢水占比為61.49%。

2 杭州市廢棄物處理溫室氣體排放核算

2.1 核算方法

2.1.1 固體廢棄物填埋CH4排放

采用《浙江省指南》中質量平衡法假設所有潛在的CH4均在處理當年就全部排放完。這種假設雖然在估算時相對簡單方便，但是會高估CH4的排放。

式中：ECH4為固廢填埋率 CH4排放量,萬 t/a；MSWT為總的城市固體廢棄物產生量,萬t/a；MSWF為城市固體廢棄物填埋處理率；L0為各管理類型垃圾填埋場的CH4產生潛力,萬t/萬t；R1為CH4回收量,萬t/a；OX為氧化因子；MCF為各管理類型垃圾填埋場的CH4修正因子；DOC為可降解有機碳,kg/kg；DOCF為可分解的DOC比例；F為垃圾填埋氣體中的CH4比例；16/12為CH4與碳相對分子質量比率。

2.1.2 生活污水處理CH4排放

生活污水處理CH4排放的估算公式為：

式中：E'CH4為清單年份的生活污水處理CH4排放總量，萬t/a；TOW為清單年份的生活污水中有機物總量，kg/a；Bo為 CH4最大產生能力；MCF為 CH4修正因子；R2為清單年份的CH4回收量，kg/a。

2.1.3 工業廢水處理CH4排放

核算工業廢水處理CH4排放的估算公式為：

式中：E"CH4為工業廢水處理中 CH4排放量，kg/a；i為不同的工業行業；TOWi為工業廢水中可降解有機物的總量，kg/a；Si為以污泥方式清除掉的有機物總量，kg/a；EFi為排放因子，kg/kg；Ri為 CH4回收量,kg/a。

2.1.4 廢水處理N2O排放

廢水處理產生的N2O排放估算公式為：

式中：EN2O為清單年份N2O的年排放量，kg/a；P為人口數；Pr為每年人均蛋白質消耗量，kg/（人·a）；FNPR為蛋白質中的氮含量；FNON-CON為廢水中的非消耗蛋白質因子；FIND-COM為工業和商業的蛋白質排放因子，默認值為1.25；NS為隨污泥清除的N，kg/a；EFE為廢水的N2O排放因子,kg/kg；44/28為轉化系數。

2.1.5 焚燒處理CO2排放

廢棄物焚化和露天燃燒產生的CO2排放量的估算公式為：

式中：ECO2為廢棄物焚燒處理的CO2排放量，萬t/a；i分別為城市固體廢棄物、危險廢棄物、污泥；IWi為第i種類型廢棄物的焚燒量，萬t/a；CCWi為第i種類型廢棄物中的碳含量比例；FCFi為第i種類型廢棄物中礦物碳在碳總量中比例；EFi為第i種類型廢棄物焚燒爐的燃燒效率；44/12為碳轉換成CO2的轉換系數。

2.2 數據來源

2.2.1 活動水平數據和排放因子選取

固體廢棄物處理CH4排放估算所需活動水平數據包括：固體廢棄物填埋量、廢棄物成分和CH4回收量。其中，生活垃圾填埋量采用《杭州建設年鑒》統計數據。廢棄物成分采用的是全年混合垃圾成分平均值，來源于杭州市生活監管中心每月在垃圾中轉站進行2～3次垃圾成分監測。CH4回收量采用了杭州市天子嶺垃圾填埋場實際監測數據。

生活污水處理CH4排放估算所需活動水平數據包括：污水處理廠中系統處理BOD去除量和排入江、河、湖、海等環境的BOD排放量。系統處理BOD由BOD/COD比值（《浙江省指南》推薦值：0.43）乘以COD去除量獲得。COD去除量和排放量均來自《杭州市環境統計年鑒》。

工業廢水處理CH4排放估算所需活動水平數據包括：廢水系統處理COD去除量和直接排入環境的COD排放量。因環境統計方式發生變化，2010年后的工業行業COD去除量和排放量采用環境統計年鑒數據；2010年以前的COD去除量為年鑒中的各行業去除量加上污水廠中工業廢水處理去除量核算得出。

廢水處理N2O排放估算所需活動水平數據包括：城鎮常住人口、每年人均蛋白質消耗量、蛋白質中的氮含量、廢水中非消費性蛋白質的排放因子，和工業和商業蛋白質排放因子。其中，城鎮常住人口采用《統計年鑒》數據，人均蛋白質消耗量采用82 g/d[8]，其余數據均采用《浙江省指南》中推薦值。

焚燒處理CO2排放估算所需活動水平數據包括：生活垃圾中礦物碳的焚燒量和危險廢棄物焚燒量。礦物碳焚燒量由固體廢棄物焚燒量乘以礦物質成分比例核算得出。固體廢棄物焚燒量和危險廢棄物焚燒量均采用《杭州市環境統計年鑒》數據。

各排放源核算中的排放因子均采用 《浙江省指南》中的推薦值。

2.3 核算結果特征分析

本文采用IPC第二次評估報告值作為取值對CH4（全球變暖潛勢值為21）和N2O（全球變暖潛勢值為 30）進行 CO2當量換算［9］，下文中溫室氣體排放量均為CO2排放當量。

2.3.1 總體排放特征分析

杭州市2005～2015年各排放源產生溫室氣體趨勢見圖1。結果顯示，2005～2015年間，杭州市廢棄物處理溫室氣體總排放量一直呈現波動且增長趨勢，2015年比2005年增長了66.97%。其中，2005～2011年間，總排放量除2010年在小幅下降9.39%外，一直處于穩定上升趨勢。2011～2015年間排放量除了2013年有小幅波動外呈整體下降趨勢。排放量最大的年份為2011年，排放量最小的年份為2005年。排放量上升幅度最大的為2007年，比2006年增長35.92%，排放量下降幅度最大的是2010年。

圖1 杭州市2005～2015年各排放源廢棄物處理溫室氣體排放趨勢

2.3.2 不同排放源排放特征分析

杭州市2005～2015年各排放源溫室氣體占比情況見圖2。按不同排放源來看，固體廢棄物填埋處理的CH4排放量在2005～2015年間呈波動上升趨勢，2015年比2005年增長90.60%。其中，排放量最大的年份為2015年，排放量最小的年份為2006年。排放量上升幅度最大的年份為2007年和2015年，增幅較明顯，分別比上年增長41.70%和30.89%；排放量下降幅度最大的年份為2006年，比上年下降7.47%。CH4排放量在2005～2015年間呈顯著增加一是因為人民生活水平的逐年提高導致了垃圾產生量和處理量的增加；二是因為廢棄物收集技術水平的提高導致了垃圾收集量和處置量的增加。CH4排放量的波動一是因為垃圾收集狀況以及各填埋場實際運行狀況的不同；二是因為統計數據收集的偏差。固體廢棄物填埋處理CH4排放量占了總排放量26.66%～48.76%。

生活污水處理CH4排放量在2005～2015年間除2015年有小幅下降外，其余呈顯著增長趨勢，2015年比2005年增長116.42%。其中，排放量最大的是2014年，最小的是2005年。11 a間增幅最大的為2011年，比上年增長29.54%。顯著的增幅主要因為人口的增長和污水收集處理水平的提高。生活污水處理CH4排放量占了總排放量2.12%～3.93%。

工業廢水處理CH4排放量和總溫室氣體排放量呈相似變化趨勢，2015年排放總量比2005年增長36.76%。排放量最大的是2011年，最小的是2005年。2005～2011年期間，除2010有小幅下降，一直呈上升趨勢，2011年以后逐年下降，降幅最大的為2015年，比上年下降37.39%，比2011年減少了48.01%，這與環保部門連年開展的區域整治和行業整治密不可分。工業廢水處理CH4排放量在總排放量占比最大，約36.75%～60.64%，對總排放量減少貢獻最大。

廢水處理N2O排放量在2005～2015年間呈穩定上升趨勢，2015年比2005年增長32.21%。增長的主要原因為城鎮常住人口的逐年增加。廢水處理N2O排放量占了總排放量2.73%～4.39%。

焚燒處理CO2排放量在2005～2015年間呈波動上升趨勢，2015年比2005年增長133.07%。其中，排放量最大的是2010年，最小的是2005年。2005年至2010年排放量呈穩定增長趨勢；2010年至2015年間，除2013年有上升外，一直呈下降趨勢。增幅最大的是2007年184.41%，主要是因為危險廢棄物處理能力的提升和處理量的增加；降幅最大的是2015年（37.39%），主要是因為危險廢棄物綜合利用率的提高。焚燒處理CO2排放量占了總排放量的4.75%～13.87%。

圖2 杭州市2005～2015年各排放源廢棄物處理溫室氣體排放量占比變化

2.3.3 不同污染物排放特征分析

杭州市2005～2015年不同種類溫度氣體排放情況見圖3，圖4。按排放氣體種類來看，占比始終是CH4＞CO2＞N2O，因此，CH4排放量的變化趨勢和總排放量變化趨勢基本相同。其中，排放量最大的是2011年，最小的是2005年。2005年至2011年間，除2010年有11.69%的下降外，一直呈穩定上升趨勢甲；2011年以后除2013年有小幅上升外呈逐年下降趨勢。降幅最大的為2010年，升幅最大的是2011年的40.61%。CH4排放量占總排放量比例為84.81%～92.29%，占比最高的年份是2012年，最低的年份為2008年。

N2O排放量變化平穩，在2005～2015年間呈穩定增長趨勢，2005年排放量比2005年增長32.21%。N2O排放量占總排放量比例2.74%～4.39%，占比最高的年份為2006年，占比最低的年份為2011年。

廢棄物處理CO2排放量主要排放源為焚燒處理，因此CO2排放量變化趨勢和焚燒處理排放源溫室氣體排放變化趨勢相同。CO2排放量占總排放量比例5.19%～13.87%，占比最高的年份為2010年，占比最低的年份為2006年。

圖3 杭州市2005～2015年廢棄物處理不同種類溫室氣體排放趨勢

圖4 杭州市2005～2015年廢棄物處理不同種類溫室氣體排放量占比變化

2.3.4 排放強度特征分析

杭州市2005～2015年不同排放源溫室氣體排放強度變化見圖5。結果顯示，2005～2015年間，生活污水處理、工業廢水處理、填埋處理和廢水處理CH4排放強度變化幅度不大，波動不明顯。2015年焚燒處理CO2排放強度比2005年降低了5.41%，但是2005～2015年間變化顯著。2007年比2006年迅猛增長，隨后逐年下降，主要是因為危險廢棄物能力的提升，以及隨后綜合處置率的提高，而危險廢棄物排放因子較大，影響了排放強度的變化。人均排放強度在2005～2015年間一直波動變化，排放強度最大的是2011年，為0.75 t/a，最小的是2006年，為0.47 t/a。

圖5 杭州市2005～2015年不同排放源廢棄物處理溫室氣體排放強度變化

2.3.5 不確定性分析

廢棄物處理溫室氣體排放量的不確定性主要存在2個方面：方法和數據的不確定性。方法的不確定性主要表現為：在核算固體廢棄物填埋處理產生的CH4時，采用了質量平衡法進行核算，假設所有潛在的CH4均在處理當年就全部排放，未考慮已填埋垃圾產生的排放量以及當年填埋垃圾在未來逐年產生的排放量，結果可能存在一定偏差。數據方面的不確定性主要有：活動水平數據選取過程中，填埋處理核算中的可降解有機碳和焚燒處理核算中的礦物碳的含量均涉及生活垃圾成分，目前采用的是杭州市市區全年混合垃圾成分的平均值，無法獲得各縣市填埋場的監測值，而CH4回收量只核算了管理較完善的天子嶺垃圾填埋場的數據，存在統計不全面的可能；此外，活動水平數據主要來源于不同部門，因此統計口徑精度和調研程度也影響了數據的準確性。排放因子選取過程中，CH4在垃圾填埋氣中的體積、污水廠的BOD/COD等數據雖有監測值，但是監測點不能覆蓋全市，因此大部分的排放因子仍采用《IPCC指南》和《浙江省指南》中的推薦值；在核算廢水處理產生的N2O時，人均蛋白質消耗量數據目前仍采用浙江省平均值。

為降低核算結果的不確定性，本研究盡量采用本地實測數據。固體廢棄物填埋量和焚燒量數據獲取過程中，通過不同部門的數據比對，確定《杭州建設年鑒》中的數據更準確體現杭州市廢棄物實際處置情況。開展全市垃圾填埋場和污水處理廠運行情況調查，對各處置場運行時間、處置現狀、溫室氣體回收的現狀和歷史情況進行了詳細的調研。城市生活垃圾成分數據也采用杭州市本地實測數據。

3 結論與建議

杭州市廢棄物處理溫室氣體排放量總體呈現上升趨勢和人民生活水平的逐年提高有著密不可分的關系。隨著物質消費的增長，垃圾和廢水產生量和處理量也逐年增多，隨之而來的也是處理過程中溫室氣體排放量的增長。近幾年，隨著污染治理力度的加強，很多廢棄物得到了綜合利用，廢棄物處理產生的溫室氣體也得到了一定控制。2015年杭州市廢棄物填埋處理、生活污水處理、工業廢水處理、廢水處理和焚燒處理中溫室氣體排放比例分別為48.76%，3.84%，36.75%，3.34%和 7.31%，CH4，N2O，CO2所占比例分別為89.35%，3.34%，7.31%。

城市廢棄物處理溫室氣體排放的估算及控制措施研究會逐步成為相關領域的研究熱點和關注重點。限于研究時間、數據資料和研究水平的限制，下一步，應結合該領域的研究方向和發展趨勢進行以下幾個方面的深化研究：一是城市廢棄物處理溫室氣體排放的計算方法有待進一步深化，本研究僅采用了IPCC的模型進行核算分析，多種計算方法和模型的運用和結果比較是今后研究中亟待提高的；二是杭州市廢棄物處理溫室氣體排放系數的研究較少，本研究采用了大量的推薦值進行計算，可采用的杭州市特征值較少，如何取得特征排放系數是今后研究的重點；三是如何將成果和影響定量化或半定量化，是今后工作的一個難點。

[1]IPCC.政府間氣候變化專門委員會第四次評估報告[R/OL].Web of Intergovernmental Panel on Climate Change,（2013-7-13）[2017-09-10].http://www.ipcc.ch/index.htm.

[2]中國發展和改革委員會.中國氣候變化第二次國家信息通報[Z/OL].WebofChinaClimateChangeInfo-net,(2013-7-17)[2017-09-10].http://qhs.ndrc.gov.cn/zcfg/201404/t20140415_606980.html.

[3]周 晶,易曉娟,劉佳泓.大氣污染物排放清單研究現狀[C]//2014中國環境科學學會學術年會論文集.成都:中國科學學會,2014.

[4]吳偉強,吳安琪.美國國家環保局（EPA）溫室氣體清單編制機制[J].科學與管理,2012（2）:11-21.

[5]王 安,趙天忠.北京市廢棄物處理溫室氣體排放特征[J].中國環境監測,2017,33(2):68-75.

[6]相 震,鄭思偉.杭州市低碳環境建設和對策研究[J].環境科技,2011,24(2):70-74.

[7]政府間氣候變化專門委員會.2006年IPCC國家溫室氣體清單指南[M].日本：日本全球環境戰略研究所，2007.

[8]浙江省統計局.浙江人民的小康歷程[J].浙江經濟,2003（2）:24-26.