高浓度有机废水处理领域温室气体减排计算

王若男，龙亚会，高 轲

(1.河北工程大学 城市建设学院,河北 邯郸 056038；2.中国水利水电科学研究院 水环境研究所, 北京 100038)

现阶段我国正处于工业化水平迅速发展的关键时期，与同处于此时期的其他国家相比，我国的CO2排放量还处于比较高的水平[1]。温室效应会造成极端天气频发、海平面上升、生态系统平衡破坏、农作物产量减少、传染病暴发等多方面的不利影响。据2002年的数据显示，我国排放的工业有机废水若采用厌氧工艺处理的话，会获得106.8亿立方米的沼气，其中56%为CH4[2]。虽然CH4在大气中的含量远远低于CO2，但若以100年计，CH4引起的温室效应是CO2的21倍[3]。据调查显示，我国在2004年已有66.57亿立方米的沼气开发利用量，如果按热值当量进行计算的话，其相当于523万吨标煤，即732万吨原煤[4]。所以，在高浓度有机废水处理领域中实施CDM项目的温室减排效益是显著的。

1项目介绍

本项目位于河北省邯郸市清源酿酒厂，本厂的酿酒量约为9 000 t/a。酿酒时会产生大量的高浓度有机废水，其中含有较高浓度的COD和BOD。本厂废水处理系统的设计处理量为500 m3/d。为了避免高浓度有机废水厌氧处理过程中产生的沼气直接排放进入大气，本厂对沼气进行了回收，并将其用于发电。这样在降低CH4排放量的基础上，避免了CH4本身造成的温室效应，同时因替代了部分发电能源，也减少了一定的温室气体排放量，使其具有双重CDM特性。本项目的工艺流程见图1。

2减排量计算

CDM方法学是审查CDM项目合格性及估算∕计算项目减排量的基础，以期实现议定书设立CDM的目标。本项目采用的是CDM方法学AMS.Ⅲ.H(废水处理中的CH4回收)来计算有机废水处理沼气利用项目的CO2减排量[5]。按照方法学[6]的描述，本项目y年份的减排量为：

ERy=BEy-PEy-Ly

(1)

其中：ERy表示y年份的项目活动减排量∕tCO2；BEy表示y年份的基准线排放量∕tCO2；PEy表示y年份的项目排放量∕tCO2；Ly表示y年份的项目泄露排放量∕tCO2。

2.1 BEy计算

基准线，是指在没有该CDM项目的情况下，为了提供同样的服务，最可能建设的其他项目(即基准线项目)所带来的温室气体排放量，因此它是一种假设的情景。在本项目中，基准线就是不回收废水高浓度有机废水厌氧处理过程中产的CH4，而使其全部释放发到大气中。

(1)BEy，ww计算

BEy，ww=Qw,y×CODy×MCF×Bo×UFBL×GWPCH4

(2)

其中：BEy，ww表示y年份废水处理过程中的基准线排放量∕tCO2；Qw,y表示基准线废水处理过程中所处理的废水量∕m3；CODy表示y年份基准线废水处理过程中去除的COD量∕(t/m3)；MCF表示基准线废水处理过程中的CH4收集因子(取值为0.8)；Bo表示废水中产生的CH4量(IPCC对其默认值为0.21 kg CH4/kgCOD)；UFBL表示模型修正因子(取值为0.94)；GWPCH4表示第一承诺期CH4全球变暖潜势批准值(取值为21 tCO2e/t CH4)。

(2)BEy, grid计算

BEy, grid=Ey, net×EFy

(3)

其中：BEy, grid表示y年份发电过程中的基准线排放量∕tCO2；Ey, net表示本项目y年份火力发电厂的净发电量∕MWh；EFy电网排放因子∕(tCO2e/MWh)(华北电网2008年的CO2排放因子为0.992 8 tCO2e/MWh)。

2.2 PEy计算

PEy=PEpower+PEtreated+PEfinal+PEfugitive

(4)

其中：PEy表示项目排放量∕tCO2；PEpower表示y年份产生于电能或者燃料消耗中的排放量∕tCO2；PEtreated表示y年份本项目废水处理过程中的CH4排放量∕tCO2；PEfinal表示y年份污泥厌氧腐烂过程中产生的CH4排放量∕tCO2；PEfugitive表示y年份在捕集系统中沼气释放的CH4排放量∕tCO2。

(1)PEpower计算

PEpower=Ey,consumed×EFy

(5)

其中：Econsumed表示y年份本项目所消耗的电量∕MWh。

(2)PEtreated计算

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

(6)

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

(3)PEfinal计算

在该CDM项目中并未采取厌氧方式降解所产生的的污泥，而是通过有氧方式对其处理，所以，PEfinal应为零。

(4)PEfugitive计算

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

(7)

其中：PEfugitive,ww,y表示y年份废水厌氧处理过程中收集和利用∕燃烧的易散性排放量∕tCO2；PEfugitive,s,y表示y年份污泥厌氧处理过程中收集和利用∕燃烧的易散性排放量∕tCO2。在本项目中PEfugitive,s,y应为零。

在20世纪30年代，经典计算主义获得跨越式的发展，其中尤以“邱奇——图灵”论题的提出最具代表性。按照这一论题，一个函数，如果是可递归的，那么，就是能行可计算的。而能行可计算指的是，如果一个对象是可计算的，那么至少存在一种算法，可以实现这一计算。

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

(8)

其中：CEFww表示在本项目废水处理过程中捕集利用CH4的效率(默认值为0.9)；MEPww,treatment,y表示y年份废水处理CH4回收系统中的CH4排放潜力∕t。

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

(9)

其中：UFPJ表示模型修正因子(取值为1.06)。

2.3 Ly计算

由于在本项目中并不存在泄露排放，因此项目泄露排放量Ly应为零。

2.4 相关计算数据及计算结果

在计算本项目的活动减排量ERy过程中所涉及的数据及参数见表1，减排量ERy的计算结果见表2。

表1 计算过程中涉及的数据及参数

表2 本项目减排量ERy的计算结果

3 结果与分析

预计本项目的总投资额为3 500万元，本项目所获得的经济效益主要来自于两个方面：首先，利用高浓度有机废水厌氧处理过程中回收的沼气进行发电，然后出售给电网，带来了一定的资金收入；其次，在CDM情况下出售经核准的温室气体减排量，产生了部分额外收入。据调查，本项目的基准收益率约为7%，若在没有CDM的情况下，本项目的内部收益率只为2.55%。然而，在CDM情况下，如果按照目前国际上每吨CO2e排放量约为76元的定价出售本项目所获得的55 485 tCO2e排放量，则本项目的收益率约为12.05%，高于项目的基准收益率。所以，在CDM情况下，本项目可以获得较大的经济效益。

4结束语

高浓度有机废水处理领域开展CDM项目，在对废水进行合理处理的基础之上，还实现了可再生资源的有效利用，同时也一定程度上避免了温室效应对环境造成的不利影响，进而促进社会的健康稳定发展；从经济效益上来看，项目所获得的核证减排量收入为我国国内企业创造了一定的资金利益。所以，在中国等发展中国家开发CDM项目会产生十分显著的综合效益。

[1] 刘 雯，高慧燕．中国温室气体排放的历史积累和现状分析[J]．节能与环保，2009(4)：14-15．

[2] 顾树华．中国沼气资源和开发利用[EB/OL]．(2006-8-17)[2013-09-06]．http://www.newenergy.org. cn/html/0068/2006817_11465.html．

[3] 龙 泉．在高浓度有机废水处理中要更加重视沼气回收[J]．中国沼气，2006，25(2)：43-45．

[4] 徐 淼，张金凤，文 玲，等．在有机废水处理领域内的CDM项目分析[J]．环境工程，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] 中国21世纪议程管理中心．清洁发展机制方法学指南[M]．北京：社会科学文献出版社，2005．