不同污泥处理与处置工艺的碳排放

Review of carbon emission in the process of sludge treatment and disposal
* GUO Rui1 ，CHEN Tongbin1， ，ZHANG Yue2 ，LIU Hongtao1 ，SHEN Yujun1 ，GAO Ding1 ，ZHENG Guodi1 ，
不同污泥处理与处置工艺的碳排放
1 1， * 2 1 1 1 1 3 郭瑞 ， 陈同斌 ， 张悦 ， 刘洪涛 ， 沈玉君 ， 高定 ， 郑国砥 ， 程志鹏 1． 中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心 ， 北京 100101 2． 住房和城乡建设部城市建设司， 北京 100835 3． 重庆水务集团渝水环保有限公司， 重庆 400015 收稿日期: 2010-12-06 修回日期: 2010-12-15 录用日期: 2010-12-29
调理剂类型 园林废弃物 园林废弃物 木片 园林废弃物
CHENG Zhipeng3
1． Center for Environmental Remediation， Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100101 Rural Development， Beijing 100835 2． Department of Village and Township Construction，Ministry of Housing and Urban3． Yushui Environmental Protection Limited Company， Chongqing Water Holding( Group) CO． ， LTD． ，Chongqing 400015 Received 6 December 2010 ; received in revised form 15 December 2010 ; accepted 29 December 2010
摘要: 针对目前主流的污泥处理处置工艺 ， 总结了各工艺碳排放情景及其影响因素． 好 氧 堆肥、 干 化、 土 地 利用、 焚 烧 的碳 主要 以 CO2 的 形式 排 填埋 的 CO2 排放 当 量较 高． 好 氧 堆肥、 厌氧 消 化、 填埋 工艺分 别可 放; 而厌氧消化和填埋的碳排放以 CH4 为主． 好氧堆肥的 CO2 排放当量较低， 以通过改善通风状况、 前处理和不同类型污泥联合处理、 覆盖有机材料等方法实现碳 减 排． 而 降 低 能 耗是干 化 和 焚 烧 工艺碳 减 排的 有 效 措 施． 土地利用可增加生物量， 因此增加了碳汇能力． 采用好氧堆肥土地利用工艺路线处理处置污泥是减少碳排放的重要途径． 关键词: 污泥; 处理; 处置; 碳排放; 温室气体 2468 ( 2011 ) 04-673-07 文章编号: 0253中图分类号: X703 文献标识码: A
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( Introduction) 引言!
2007 ) ． 我 且 CH4 的温室效应 为 CO2 的 25 倍 ( IPCC ， 国政府 在 哥 本 哈 根 国 际 气 候 变 化 会 议 上 承 诺， 到 2020 年 单 位 GDP 碳 排 放 较 2005 年 下 降 40% ～ 45% ． 因 此， 各 行 业 面 临着巨 大的碳 减 排 压力， 亟待
近年来， 全球气 候 变 暖 的 趋势引起了政府 部 门 CH4 是 重 要 的 温室 气 体， 和学术界的普通关注． CO2 、
2008AA062402 ) 基金项目: 国家高技术研究发展计划项目( No． 2009AA064703 ， Supported by the National HighTech Research and Development Program of China( No． 2009AA064703 ， 2008AA062402 ) Email: guor． 10b@ igsnrr． ac． cn，guorui3030@ 163． com; * 通讯作者( 责任作者) ， Email: chentb@ 作者简介: 郭瑞( 1987 —) ， 女， 博士研究生， igsnrr． ac． cn Biography: GUO Rui( 1987 —) ，female，Ph． D． candidate，Email: guor． 10b@ igsnrr． ac． cn，guorui3030@ 163． com; * Corresponding author， Email: chentb@ igsnrr． ac． cn
Abstract : This study focuses on the problem of carbon emission ( CO2 and CH4 as the main greenhouse gases) during the process of sludge treatment and disposal by summarizing its quantity and influential factors． CO2 was the main C compound emitted during composting，drying ( biodrying and thermal drying) ，land application and incineration，while CH4 was the major species during anaerobic digestion and landfilling． Composting landfills produced lower carbon emissions，while the landfills carbon emission was higher than other methods． Carbon emission can be reduced by improving aeration conditions during composting，pretreatment and codigestion of various sludges during anaerobic digestion and providing an organic cover in the landfill． Considering the technology of drying and incineration，reduction of energy consumption could efficiently control carbon emission． Land application produced negative carbon emission in the long term． A combination of composting and land application was the optimal scheme to reduce carbon emission during the process of sludge treatment and disposal． Keywords: sewage sludge; treatment; disposal; carbon emission; greenhouse gas
1 1 · h －· kg － 1 ( 干基) 和 16． 63 L · h －· kg － 1 风量为 1． 69 L ( 干基) 时的 CH4 排放量分 别是 最佳 通风 量时的 27
pH、 加 了 堆 体 碳 含 量， 改 善 了 其 水 分、 通 气 状 况． Manios 等( 2007 ) 将调理剂的比例从 66． 67% 增 加 到 75% ， CH4 产生量明显减少， 其 排放 浓度 仅 为 调 整 前 的 16% ．
第 31 卷第 4 期 2011 年 4 月
环 境 科 学 学 报 Acta Scentiae Circumstantiae
Vol． 31 ， No． 4 Apr． ， 2011
J］ ． 环境科学学报， 31 ( 4 ) : 673-679 郭瑞， 陈同斌， 张悦， 等． 2011． 不同污泥处理与处置工艺的碳排放［ ． Acta Scientiae Circumstantiae， Guo R，Chen T B，Zhang Y，et al． 2011． Review of carbon emission in the process of sludge treatment and disposal［J］ 31 ( 4 ) : 673-679
表1 Table 1 调整剂与污泥堆肥的 CO2 排放量 CO2 排放 / ( kg · t －1) 18． 5 30． 8 36． 75 60 ～ 80 CO2 emission during cocomposting of sludge with additives 添加比例 14% 29% 55% 86% ～ 87% 参考文献 Fountoulakis et al． ， 2009 Fountoulakis et al． ， 2009 de Guardia et al． ， 2008b Doublet et al． ， 2010
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对其进行碳排放调查并制定相应的减排措施． 我国的城市污泥 产生 量 巨 大， 截至 2009 年 底， 年产出量已达到 3200 万 t ( 湿 污泥 ) ． 污泥处理 和 处 置工艺主要包括 好 氧 发酵、 厌氧 消 化、 干 化、 填埋、 土地利用、 污泥 焚 烧 等， 而这些 工艺 在 实 施 过程中 均存在一定的碳排放 问题． 目前， 领 域 内 的大 部 分 研究主要集中在工艺 优 化 和 风险 控制 等 方 面， 工艺 的碳排放基础信息 和 监 测 结 果 较 少． 本 文 较 为 全面 和系统地总结了近 年 来 国 内外 污泥 好 氧 堆肥、 厌氧 消化、 干化、 土 地 利用、 填埋、 焚 烧 工艺的碳排放 情 景， 以期 为 了 解 该 领 域 内 的 碳 排 放 情 况 提 供 参 考 依据． 2 污 泥 处 理 过 程 碳 排 放 ( Carbon emission in the process of sludge treatment) 好氧堆肥 污泥好氧 堆肥 过程的碳 主要 以 CO2 的 形式 损 在产 甲烷 菌 的 作 用 下， 失． 但是当堆体局 部 厌氧 时， 碳还以 CH4 的形式排放． 由于 CH4 性质不 稳 定， 厌氧 部分产生的 CH4 在好氧区域又可被氧化为 CO2 ( Hao et al． ， 2001 ) ． CO2 和 CH4 的 排 放 主 要 发 生 在 污 泥 堆 肥 高 温 期， 这与污泥 有 机 质 性 质 及 其 碳 含 量、 通 气 状况 等 因素 有 关． 污泥的 易 降解 有 机 成 份 ( 糖 类、 淀粉、 蛋 白质) 含量越高， 堆肥的 CO2 排放量越大; 纤维素、 木 CO2 排放量 越小． 质 素 等 难 降解 有 机 物 含 量 越 高， Nakasaki 等( 2009 ) 研究 表 明， 高 蛋白质 污泥 堆肥 较 高纤维素污泥 堆肥 的 CO2 排放量大， 每吨 污泥 可 多 排放 4． 3 kg 的 CO2 ． 堆体氧气状况 直接 影响 堆肥 微生物 的 活性， 从 而影响碳的转化形式． 通风是改善堆体 氧 气 状况 的 重要措 施． 研 究 表 明， 污泥堆肥的最佳通风量为 －1 －1 8. 48 L · h · kg ( 干 基 ) ， 此 时 CH4 排放量 仅 为 初始 全碳的 0． 12‰; 改变通风强度会增大 CH4 的排放， 通