我国生活垃圾填埋与温室气体减排
[2012-03-28] 来源：徐文龙 刘晶昊
1. 我国垃圾处理温室气体排放总体情况
作为UNFCCC非附件一缔约方，中国于2004年12月在UNFCCC第10次缔约方大会（COP10）上向秘书处正式提交了《中华人民共和国初始国家信息通报》，主要包括3种温室气体（二氧化碳CO2、甲烷CH4和氧化亚氮N2O）的排放清单、主要行业的脆弱性和适应性评估、国家现行的减缓政策和措施以及其他相关信息。
1994 年，中国废弃物处置甲烷排放量为 772万吨。其中，城市生活垃圾填埋处理排放 203 万吨，废水处理排放569万吨，包括工业废水处理排放416万吨和生活污水处理排放153万吨。在总排放量中，工业废水处理排放占53.89％，城市生活垃圾填埋处理排放占 26.30％。
表1 1994年中国废弃物处置甲烷排放量
基于执行第一次国家信息通报能力建设项目所积累的经验和教训，“中国准备第二次国家信息通报能力建设”（SNC）项目将由国家发展和改革委员会应对气候变化司执行，并于其下专设了项目管理办公室。SNC项目资金来源于全球环境基金（GEF）资助，通过联合国开发计划署（UNDP）实施。该项目于2008年12月23日正式启动，为期四年，计划于2012年结束。SNC项目包含十个分包子项目，其中子项目六为“废弃物处理温室气体清单编制”。
2. 垃圾填埋的温室气体减排效果
2.1 温室气体排放来源
在垃圾卫生填埋处理过程中，温室气体排放主要在于：
（1）垃圾中有机物降解产生CH4；
（2）填埋场渗沥液调节池中的渗沥液排放CH4和N2O。
（3）垃圾填埋作业过程中的电力消耗和作业机械的化石燃料消耗造成CO2排放。
2.2 温室气体减排途径
在垃圾卫生填埋处理过程中，温室气体主要减排途径包括：
（1）加强垃圾填埋气体收集与处理系统，包括火炬燃烧、发电、供热、制作替代燃料等。
（2）加强填埋场调节池的密封和气体收集处理。
（3）加强填埋场节水、节电、节能管理，减少能源消耗。
（4）建设准好氧填埋场或好氧填埋场，直接减少CH4产生。
2.3 温室气体减排能力
据ISWA 2009估计，垃圾卫生填埋的碳减排潜力为0~0.4吨CO2当量/吨垃圾。
3. 垃圾填埋处理与清洁发展机制（CDM）
3.1 京都议定书与清洁发展机制
清洁发展机制（简称CDM, Clean Development Mechanism)，是《京都议定书》中引入的灵活履约机制之一。《京都议定书》第十二条对清洁发展机制作了如下定义：“清洁发展机制的目的是协助未列入附件一的缔约方实现可持续发展和为实现《公约》的最终目标作贡献，并协助附件一所列缔约方遵守其按第三条规定的量化限制和减少排放承诺”。对发达国家而言，CDM提供了一种灵活的履约机制；而对于发展中国家，通过CDM项目可以获得部分资金援助和先进技术。
《清洁发展机制项目运行管理办法》（国家发改委2005年第37号令）第四条明确指出“在中国开展清洁发展机制项目的重点领域是以提高能源效率、开发利用新能源和可再生能源以及回收利用甲烷和煤层气为主” 。可见，作为可再生能源的垃圾焚烧处理项目以及产生大量甲烷的填埋气体收集利用项目都属于我国CDM的重点发展领域。
3.2 我国的CDM项目概况
根据UNFCCC的统计，截止2010年3月31日，联合国的注册CDM项目共有2121个，其中中国781个，占36.82%，所有项目中垃圾处理相关的项目有465个，占总数的18.02%；注册项目的估计年减排总量为3.517亿吨CO2当量，其中中国2.088亿吨CO2当量，占59.38%；联合国总共签发了3971万CERs（认证的减排量），其中中国1914万CERs，占总数的48.21%。
根据国家发改委气候司的统计，截止2010年2月10日，我国已批准的CDM项目共有2411项，估计年减排总量约为43505万吨CO2当量，其中垃圾处理项目的项目数量仅占项目总数的2.7%，年减排量占总量的2.1%。
表2 国家发改委已批准的CDM项目统计（截止2010年2月10日）
3.3 北京安定填埋场填埋气收集利用项目
安定垃圾填埋场位于北京南部40公里处。安定垃圾卫生填埋场位于大兴区安定镇，占地面积21.6公顷，每年可填埋垃圾约40万吨左右。安定垃圾卫生场总填埋高度40米，总填埋容量约356.8万吨。本项目通过在填埋场安装一套填埋气收集利用系统，利用收集到的填埋气所含的甲烷作为燃料，在一个蒸发器中把渗滤液蒸发掉，以保护周围大气环境和地下水环境。
本项目业主为北京市二清环卫工程集团有限公司，开发机构为济丰国际集团，国外合作方为荷兰国际能源系统公司(Energy Systems International, BV)。本项目基准线方法学采用AM0011，估计年减排量90,000 tCO2e。本项目于2005年3月10日获得国家发改委批准，于2006年4月21日完成联合国注册。截止2009年2月12日，本项目获得已签发的碳排放量为 13,295 tCO2e。
4. 生物反应器填埋场的碳减排
生物反应器填埋场是将整个垃圾卫生填埋场视为一个巨大的反应器，采用了工程手段调节垃圾的含水率、空隙率、含水率等状况，实现垃圾快速稳定化。生物反应器填埋场可根据垃圾堆体的含氧量不同分为准好氧填埋场和好氧填埋场二类。
传统的卫生填埋场为厌氧型填埋场，不仅降解缓慢，需要20年甚至更长的时间实现稳定化，而且会产生大量的甲烷气体，对气候变暖的贡献值较高。而生物反应器填埋场则能够显著减少甲烷气体产生量，并实现垃圾填埋场的在几年内快速稳定。
目前，中国绝大多数垃圾填埋场都是传统的厌氧型填埋场。一些研究机构已经开始生物反应器方面的研究，并初步应用到实际工程中。以下介绍二个实际案例。
4.1 好氧填埋场案例——北京石景山黑石头填埋场
石景山区是北京市八个城区之一，位于长安街西段，中心区距天安门16公里，面积约86平方公里。黑石头填埋场是该区唯一的垃圾处理场所，占地14公顷，建设于1988年，于2003年封场，共使用14年，累计填埋垃圾大约200万吨，填埋最深处约20米，最浅处约4~5米。该填埋场封场以后，该区的垃圾运往相邻的门头沟区填埋场处理。
2009年7月该填埋场完成了好氧反应器填埋技术改造，其基本技术原理是将垃圾填埋场视为一个巨大的容器，使用高压风机，通过管道和注气井，向垃圾填埋场中注入空气，空气中的氧参与垃圾中有机质的降解反应，在氧气和水的参与下，通过以好氧为主的生物反应，辅以化学、物理、生物化学反应，使垃圾中的可降解有机物快速降解，从而使垃圾达到稳定状态。在治理过程中垃圾好氧生物反应产生的气体主要是二氧化碳。具体工程措施包括: 供气/抽气（SVE/AI）系统、洒水系统、检测系统和中央控制系统。
图1 石景山区黑石头填埋场卫星航拍图（2009年6月28日）
图2 准好氧生物反应器填埋场基本原理示意图
全场共设置了76个沉降监测井，平均深度为8米。到2010年7月，沉降监测井的平均沉降量为0.72米，平均沉降率约9%。此外，通过2010年7月至8月的填埋气成分测试，甲烷的平均含量为0.53%，二氧化碳的平均含量为4.36%，氧气的平均含量为14.96%。可见，该填埋场已处于好氧填埋状态。
可见，好氧填埋技术对于中国的简易填埋场治理的效果是明显的，并且具有较好的温室气体减排效果。
4.2 准好氧填埋场案例——湖南娄底市垃圾填埋场
湖南娄底市垃圾填埋场处理规模为400吨/日。该填埋场通过良好的地下水导排系统和渗沥液导排系统设计和建设，及时有效的导排地下水和渗沥液，并采用有效的雨污分流措施，在垃圾堆体内部形成了准好氧填埋环境。
图3 湖南娄底市垃圾填埋场实景图
该填埋场形成准好氧填埋环境后具有以下特点：
渗沥液产生量低，仅为30-40吨/日。而一般同类填埋场的渗沥液产生量为150-200吨/日。
渗沥液污染物浓度低，如CODCr约为3000~4000mg/L，而一般同类填埋场的渗沥液CODCr约为8000~10000mg/L甚至更高。
填埋场内部通风性较好，局部地区形成负压实现了空气自然供给。
可见，通过准好氧填埋设计，构建一个良好的渗沥液导排系统，及时导排垃圾堆体内的渗沥液，有助于空气的进入，增加垃圾堆体含氧量，形成半好氧状态。可以直接减少甲烷的产生，实现温室气体减排。
此外，而且能够降低渗沥液中污染物的浓度，显著减少渗沥液处理难度和处理费用，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益。
5. 我国垃圾填埋处理温室气体减排展望
在填埋领域，由于我国大多填埋场仍处于运行期，产生的填埋气体以自然排空为主。大多数的填埋气体封场项目都申请了CDM项目。我国目前已批复的填埋气体利用项目年减排量约为700万吨CO2当量，考虑到部分未申请或未批准的填埋气体利用项目，我国填埋领域的碳减排量估计在1000万吨CO2当量左右。
可以预期，在未来的5~10年里，我国的垃圾处理行业将向着低碳的方向迈进，从行业的各个环节实施低碳措施，为我国的低碳生态城市建设和低碳经济发展做出贡献。尤其是生物反应器填埋场将会有较大的应用前景，大量的准好氧填埋技术可应用于简易填埋场地污染治理，好氧填埋场可应用于新的卫生填埋场建设。
