杭世珺 北京市市政工程设计研究总院北京市市政工程设计研究总院

内容提要1

2

3

4

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本节内容1

1. 概述

冰川退缩

全球变暖 （煤、油化石燃料 -CO2 ）

荒漠化

飓风频繁

海面上升

1. 概述

发达国家通过提供资金和技术的方式，与发展中国家合作，在发展中国家实施具有温室气体减排效果的项目，项目所产生的温室气体减排量用于发达国家履行京都议定书的承诺。

我国承诺： 2020 年单位 GDP的 CO2 排放量比 2005 年下降

40%~45%

1. 概述

GWP ：全球变暖指数，即单位重量温室气体排放在 100 年周期内对大气温室效应的贡

献，取 CO2 GWP=1

氧化亚氮

二氧化碳

甲烷

六氟化硫

氢氟碳化物

全氟化碳

GWP=1

GWP=25GWP=298

GWP=7390GWP=22800

GWP=124~14800《京都议定书》规定的温室气体：

还有更多的温室气体未做规定……

( 政府间气候变化专门委员会 (IPCC),2007)

① AM0080 好氧污水处理厂污水处理过程中温室气体排放的减少

② ACM0014 工业废水处理中的温室气体减少

③ AMS.III.H 废水处理中的甲烷回收

1. 概述

用一个新建的厌氧消化池处理，沼气从厌氧消化池中提取出来 并用于燃烧和 / 或用于发电和 / 或供热。

污泥用一个新建的厌氧消化池处理。从厌氧消化池收集的沼气 直接燃烧和 / 或用于发电和 / 或供热。

与 ACM0014 类似 ( 年减排量少于 60000t CO2 )

1. 概述

本节内容

2.1 计算公式2.2 计算条件

2

2. 计算方法

- 系统运行耗能温室气体排放量

2. 计算方法

① 包括污泥厌氧消化、污泥脱水、用电、燃料使用、发电、 产热，不包括污泥的运输、储存及处置；

② 污泥厌氧消化系统全年 365 天连续运行；

③ 污泥填埋产生的温室气体直接排放，沼气不用于产能；

④ 厌氧消化后污泥量减少所带来的脱水能耗降低忽略不计；

⑤ 厌氧消化系统以天然气作为外部热源；

⑥ 厌氧消化系统沼气泄漏量忽略不计；

⑦ 以华北地区污泥厌氧消化系统为例。

2. 计算方法污泥厌氧消化系统参数设定

本节内容

3.1 污泥厌氧消化耗能温室气体排放量3.2 消化后污泥减少带来的温室气体减排量3.3 沼气替代化石燃料带来的温室气体减排量3.4 污泥厌氧消化温室气体减排量

3

3. 温室气体减排量计算

热耗

3. 温室气体减排量计算

(2011 年华北地区电网电力边际排放因子(OM) 和容量边际排放因子 (BM) 的加权平均值 )

28.7 MWh （ 5%）

504.6 MWh （ 95%）

0.8115 tCO2/MWh

432.7 tCO2

电耗

533.3 MWh

用电温室气体排放系数

年耗电量

电耗产生的年温室气体排放量

3. 温室气体减排量计算

2444.9 MWh （ 86%）396.0 MWh （ 14%）

56.1 t/TJ

701.2 tCO2

热耗

2840.9 MWh

天然气温室气体排放系数

年耗热量

热耗产生的年温室气体排放量

( 联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC). 国家温室气体清单指南 , 2006)

3. 温室气体减排量计算

热耗

432.7 tCO2 701.2 tCO2

1134 tCO2

3. 温室气体减排量计算

4 , 4

( )

1

16= (1 ) (1 )

12

[ (1 )]

y CH y CH f

yk y x k

xx

MB BE f GWP OX F DOC

MCF W DOC e e

MBy——第 y年污泥填埋场产生的 CH4

污泥减少填埋带来的温室气体减排量

3. 温室气体减排量计算

备注• 计入期是一个项目发生碳信用的时间长度。

在马拉喀什协定中规定，一个项目可以选择 7 年的允许更新两次的计入期，合共 21年，或者一次性 10 年的计入期。如果选择前者，基准线必须每 7 年更新一次。碳汇项目的计入期更长 ( 可达 60年 ) 。计入期不同于项目的时间寿期。举例来说，一个水电项目大概有 50 年左右的时间寿期，但是作为 CDM 项目计入期的只能有 10 年。

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100110

温室气体减排量(tCO2/yr)

时间 (年)

污泥降解速率0.06

污泥降解速率0.185

3. 温室气体减排量计算

消化污泥填埋温室气体减排量随时间变化情况

3. 温室气体减排量计算

发电 产热

产能

3. 温室气体减排量计算

设定厌氧消化沼气产率： 220m3/tDS （ 96% 9. 2m3/t）

计算得到沼气年产量： 925056m3

设定热电联产时沼气发电量：设定热电联产时沼气产热量：

1.7 kWh/m3

2.0 kWh/m3

计算得到年发电量：计算得到年产热量：

1572.6 MWh

1850.1 MWh

(保守数据，先进设备发电量达 2.0 kWh/m3)

3. 温室气体减排量计算

(2011 年华北地区电网电力边际排放因子(OM) 和容量边际排放因子 (BM) 的加权平均值 )

0.8115 tCO2/MWh

1276.1 tCO2

1572.6 MWh

用电温室气体排放系数

年发电量

发电带来的年温室气体减排量

发电

3. 温室气体减排量计算

56.1 t/TJ

415.2 tCO2

1850.1 MWh

天然气温室气体排放系数

年产热量

产热带来的年温室气体减排量

( 联合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC). 国家温室气体清单指南 , 2006)

产热

3. 温室气体减排量计算

发电 产热

产能1276.1 tCO2 415.2 tCO2

1691 tCO2

3. 温室气体减排量计算

污泥厌氧消化温室气体减排量

3. 温室气体减排量计算

1736 tCO2

6324 tCO2

本节内容

4.1 沼气产率4.2 污泥含水率4.3 搅拌机容积功率4.4 消化池容积

4

4. 温室气体减排及能量平衡的影响因素

100%污泥厌氧消化沼气热电联产年产热量

污泥厌氧消化年需热量

100%污泥厌氧消化沼气热电联产年产热量+年发电量

污泥厌氧消化年需热量+年需电量

0

20

40

60

80

100

120

140

100 140 180 220 260 300 340

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

1.40

1.50

1.60

1.70

自给率(%)

单位质量干污泥厌氧消化沼气产量 (m3/t)

温室气体减排量(tCO2 /yr)

单位质量干污泥温室气体减排量沼气产热自给率沼气产能自给率

HRT:25d生污泥温度:15ºC污泥含水率:96%单池容积:3600m3

搅拌机单位容积功率:8W/m3

4. 温室气体减排及能量平衡的影响因素

污泥沼气产率对温室气体减排量及能量自给率的影响

沼气产率与温室气体减排量呈线性关系

在沼气产率高于 240 m3/tDS(10)时即可实现全年能量平衡

对策：提高污水中有机物比例；提高污泥中可生物降解有机物比例

1.42

1.44

1.46

1.48

1.50

1.52

1.54

1.56

1.58

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98

温室气体减排量(tCO2/yr)

自给率(%)

污泥含水率 (%)

沼气产热自给率沼气产能自给率单位质量干污泥温室气体减排量

搅拌机单位容积功率:8W/m3

沼气产量:220m3/tDS单池容积:3600m3

生污泥温度:15ºCHRT:25d

污泥含水率对温室气体减排量及能量自给率的影响

4. 温室气体减排及能量平衡的影响因素

污泥含水率越低其厌氧消化温室气体减排量越高

污泥含水率小于95%可实现全年能量平衡，污泥含水率小于 92%可实现全年热量平衡

4. 温室气体减排及能量平衡的影响因素

1.46

1.47

1.48

1.49

1.50

1.51

1.52

1.53

1.54

0

1

2

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6

3 4 5 6 7 8 9 10

温室气体减排量(tCO2/yr)

电量比率

搅拌机容积功率 (W/m3)

沼气发电量与厌氧消化耗电量比率单位质量干污泥温室气体减排量

沼气产量:220m3/tDS单池容积:3600m3

污泥含水率:96%生污泥温度:15ºC

HRT:25d

搅拌机容积功率对温室气体减排量及能量自给率的影响

搅拌机容积功率的降低有助于提高温室气体减排量

搅拌机容积功率的降低有助于提高沼气发电量与搅拌耗电量的比率

4. 温室气体减排及能量平衡的影响因素

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

0 2500 5000 7500 10000 12500 15000 17500

1.44

1.46

1.48

1.50

1.52

1.54

自给率(%)

单池容积 (m3)

温室气体减排量(tCO2/yr)

单位质量干污泥温室气体减排量沼气产热自给率沼气产能自给率

HRT:25d生污泥温度:15ºC污泥含水率:96%

沼气产量:220m3/tDS搅拌机单位容积功率:8W/m3

消化池容积对温室气体减排量及能量自给率的影响

消化池容积对温室气体减排量影响很小

能量自给率变化在 10%以内

本节内容

5

5.结论① 厌氧消化对温室气体减排的结果：减少填埋污泥有机质量（沼气无组织排放） +沼气替代化石燃料

② 污泥处理量 288m3/d(含水率 96%)的厌氧消化工艺， 7

年内单位质量污泥的温室气体减排量为 0.41tCO2/tDS。

以 100 年单位质量污泥的温室气体减排量为 1.48

tCO2/tDS。

5.结论③ 厌氧消化工艺的温室气体减排量随沼气产率的增加而线形增加。沼气产率高于 240m3/tDS时可实现全年能量平衡。

④ 厌氧消化工艺的温室气体减排量随污泥含水率的降低而升高。污泥含水率小于 95%时可实现全年能量平衡，污泥含水率小于 92%时可实现全年热量平衡。

⑤ 降低搅拌机容积功率可在一定程度上可以提高厌氧消化工艺的温室气体减排量。

⑥ 消化池容积对厌氧消化工艺运行阶段的温室气体减排影响较小。