现代化工

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (5) : 197-203. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.05.033

工业技术

城市生活垃圾处理碳排放核算

孙宁欣 ¹ ,
薛董明 ¹^,² ,
秦翰男 ¹^,² ,
薛天山 ² ,
石应杰 ² ,
沙雪华 ³ ,
朱玲 ¹^,^*

作者信息 +

Carbon emission accounting for municipal solid waste disposal

SUN Ning-xin ¹ ,
XUE Dong-ming ¹^,² ,
QIN Han-nan ¹^,² ,
XUE Tian-shan ² ,
SHI Ying-jie ² ,
SHA Xue-hua ³ ,
ZHU Ling ¹^,^*

Author information +

文章历史 +

Received		Published
2025-07-14		2026-05-20
Issue Date	Revised Date
2026-05-18	2025-07-14

PDF (2737K)

摘要

以国内某生活垃圾焚烧厂为例,通过Kaya恒等式和LMDI加和分解法,识别影响城市生活垃圾碳排放的关键因素,再利用公式法和IPCC国家温室气体清单指南法,分析垃圾处理全过程中的主要温室气体排放量,并用SimaPro软件计算CO₂排放量验证核算结果。研究发现主要排放的污染气体为CO₂、CH₄、N₂O,各个过程累计排放量为439.047 7 kg,CO₂当量值共计460.9 kg/t;对碳排放进行全生命周期分析发现焚烧过程碳排放占比最大,为95.1%,其次是渗滤液处理过程,占比4.89%。SimaPro软件计算CO₂累计排放440 kg,2种方法结果相近,对核算结果提供了可行性依据。最后根据垃圾处理各个环节的特点,从技术升级、工艺优化以及资源化和无害化处理等方面提出了相应的减排措施。

Abstract

Taking a domestic waste incineration plant as an example,the key factors affecting the carbon emissions of municipal solid waste were identified through the Kaya identity and LMDI addition and decomposition method,and the main greenhouse gas emissions in the whole process of waste treatment were analyzed by reusing the formula method and the IPCC national greenhouse gas inventory guide method,and the CO₂ emissions were calculated by SimaPro software to verify the accounting results.The results showed that the main pollutant gases were CO₂,CH₄ and N₂O,and the cumulative emissions of each process were 439.047 7 kg,and the total CO₂ equivalent value was 460.9 kg·t^-1.The whole life cycle analysis of carbon emissions showed that the carbon emissions of the incineration process accounted for the largest proportion of carbon emissions,accounting for 95.1%,followed by the leachate treatment process,accounting for 4.89%.SimaPro software calculates the cumulative CO₂ emission of 440 kg,and the results of the two methods are similar,which provides a feasible basis for the calculation results.Finally,based on the characteristics of each stage of waste treatment,corresponding emission reduction measures were proposed from the aspects of technological upgrades,process optimization,and resource recovery and harmless treatment.

Graphical abstract

关键词

碳核算 / 温室气体排放 / 焚烧技术 / 城市生活垃圾处理场 / 双碳

Key words

carbon accounting / greenhouse gas emissions / incineration technology / municipal solid waste disposal site / double carbon

引用本文

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孙宁欣,薛董明,秦翰男,薛天山,石应杰,沙雪华,朱玲. 城市生活垃圾处理碳排放核算[J]. 现代化工, 2026, 46(5): 197-203 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.05.033

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自2020年9月中国提出“双碳”战略目标以来,城乡建设领域的低碳化进程加速推进。2022年6月,住房和城乡建设部联合国家发改委印发《城乡建设领域碳达峰实施方案》,明确提出将城镇污水处理和生活垃圾处理低碳化作为实现碳达峰的关键任务之一。与此同时,截至2024年底,我国常住人口城镇化率已达到66.16%^[1],城市生活垃圾产生量日益增多,垃圾无害化处理过程都会产生CO₂、CH₄、N₂O等温室气体,因此统计不同处理方式中温室气体排放量,进而降低城市生活垃圾处理过程中的碳排是推进“双碳”工作的当务之急。

对于各种生活垃圾处理方式碳排放的核算,可依据《IPCC国家温室气体清单指南》^[2]、GB/T 24040—2008《环境管理生命周期评价原则与框架》^[3]、GB/T 32150—2015《工业企业温室气体排放核算和报告通则》^[4]、《温室气体排放核算方法与报告指南生活垃圾焚烧厂》^[5]、HJ 2035—2013《固体废物处理处置工程技术导则》^[6]等。本文中采用了应用较为广泛的IPCC国家温室气体清单指南法,即排放因子法^[7],针对某城市生活垃圾处理场垃圾处理过程中的碳排放进行核算与分析。

针对城市生活垃圾处理全过程碳排放核算的研究较少。胡梦等^[8]采用LCA方法,研究发现建筑(装修)垃圾经过二次售卖、再利用等资源化处理后减碳量明显,有良好的绿色减排效应;崔雯婧^[9]采用“IPCC2006指南”的一阶衰减模型对中国2004—2021年城市生活垃圾碳排放进行量化,卫生填埋法是单位碳排放量最高的处理方式;高泽阳^[10]使用物料平衡法,建立了生活垃圾焚烧厂运行期间CO₂、CH₄、N₂O等温室气体的量化方法,并以某典型生活垃圾焚烧发电厂温室气体的各类排放量进行验证;姚雁彬^[11]结合IPCC指南、《省级温室气体清单编制指南》等方法,核算了1980—2019年期间卫生填埋、焚烧、堆肥、露天焚烧和露天堆砌5种生活垃圾处理方法,发现提高生活垃圾的焚烧率是最佳的减排方法;杨清雯等^[12]采用排放因子法,通过构建垃圾渗滤液处理过程中的碳排放核算体系,针对渗滤液处理提出相应建议。

目前主要围绕垃圾处理某一环节的碳排放开展研究,针对全过程碳排放核算的研究较少。本文中根据2003—2023年全国城市垃圾处理的数据和相关人口经济数据,通过Kaya恒等式和LMDI加和分解法,识别影响城市生活垃圾碳排放的关键因素;基于现场原始数据,以某典型城市生活垃圾处理场为研究对象,通过对各处理环节合理归类,采用经验公式和清单法、SimaPro软件对整个工艺流程进行系统核算,并从生活垃圾资源化利用和垃圾焚烧处理过程中的技术工艺提升等方面提出相应减排措施,为国内同类型生活垃圾处理厂全过程的碳减排提供数据支持。

1 影响城市生活垃圾处理碳排放的因素识别

1.1 数据来源

表1中本研究选取的2003—2023年城市生活垃圾相关数据来源于国家统计局《中国统计年鉴》^[13]、中华人民共和国住房和城乡建设部《中国城乡建设统计年鉴》^[14]。

根据表1,随着国家加快新型城镇化建设和政策引导的消费升级,在统计周期国内城市生活垃圾产生量整体呈现上涨趋势。其中由于2008电商/外卖平台兴起和2013年外卖普及等消费转型、2019年垃圾分类立法等政策节点因素,2007—2019年生活垃圾总量持续快速增加。2008年以来,中国密集出台了一系列全国性政策文件,多维度系统推进城市生活垃圾焚烧处理率,因此焚烧方式处理的生活垃圾占比持续增加^[15-16]。

1.2 研究方法

根据文献[9],垃圾处理碳排放强度(EI)、垃圾处理结构效应(DS)、垃圾处理能耗效应(TC)、能源使用强度效应(EC)、经济效应(GDPPC)、城市化和人口效应(PE)均为影响城市生活垃圾碳排放强度的驱动因素。本研究运用Kaya恒等式分解5个驱动因素,即排放强度效应EI(emission intensity)、处理结构效应TS(tTreatment structure)、产生强度效应GI(generation intensity)、经济发展效应ED(economic development)和人口规模效应PS(population scale)^[11],应用LMDI加和分解法^[17]计算碳排放量。

(1)

$\begin{array}{rr}{E}_{\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}.t}& ={\sum }_{\mathrm{i}}^{}{E}_{i.\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}.t}={\sum }_{i}^{}({E}_{i.\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}.t}/{M}_{i.t})\times ({M}_{i.t}/{M}_{t})\times \\ & \mathrm{　}({M}_{t}/\mathrm{G}\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{t})\times (\mathrm{G}\mathrm{D}{\mathrm{P}}_{t}/\mathrm{P}\mathrm{O}{\mathrm{P}}_{t})\times \mathrm{P}\mathrm{O}{\mathrm{P}}_{t}\\ & ={\sum }_{i}^{}\mathrm{E}{\mathrm{I}}_{i.t}\times \mathrm{T}{\mathrm{S}}_{i.t}\times \mathrm{G}{\mathrm{I}}_{t}\times \mathrm{E}{\mathrm{D}}_{t}\times \mathrm{P}{\mathrm{S}}_{t}\end{array}$

式中,E_i._GHG._t为t年以i方法处理的碳排放量,处理方法包括一般焚烧、卫生填埋和其他处理方式;M_i.t为t年处理的城市生活垃圾量;M_i为t年城市生活垃圾处理总量;GDP_t为t年的国内生产总值;POP_t为t年的人口数量。

上述5个因素对城市生活垃圾温室气体排放量影响效应的计算方法可参考文献[9]。

1.3 碳排放量LMDI分解结果分析

根据表2所示的Kaya恒等式计算结果,可以观察到不同因素对碳排放贡献率的变化趋势。排放强度效应ΔEI的数值范围均低于0.01%,说明其对碳排放的影响较小。产生强度效应ΔGI和经济发展效应ΔED分别表现出最强的抑制作用和促进作用,这表明经济发展在推动碳排放增长方面起到了显著作用,而产生强度效应则有助于抑制碳排放的增加。人口规模效应ΔPS与人口增长正相关,生活垃圾产生量和人均GDP总体均呈增加趋势,这进一步推动了碳排放的增长。

处理结构效应ΔTS在不同阶段的贡献率存在差异,尤其在2017年后整体呈现驱动作用。这一趋势与我国在“十三五”和“十四五”规划中继续提高垃圾焚烧比率的政策目标相吻合。通过选择最佳可行的处理技术,可以有效降低碳排放。因此,本文中在处理结构效应TS因素方面,选择目前占比最大的焚烧技术,进行整个处理过程中碳排放的计算,以期为减少碳排放提供科学依据和技术支持。

2 研究对象与研究边界

2.1 研究对象

本文中以某城市垃圾焚烧厂为核算对象,规模为每日处理1 000 t垃圾,垃圾焚烧采用2台单台处理能力为500 t/d的往复式炉排炉,并均配置了余热锅炉。进入焚烧厂的比例渗滤液处理采用对“预处理+厌氧+MBR系统+臭氧催化氧化”工艺^[18],炉渣收集到渣坑内,就近填埋;焚烧飞灰经稳定化稳定后就近处理;厨余垃圾以堆肥方法进行处理优先实现资源化利用。

根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》^[19],本文中将城市生活垃圾划分为厨余垃圾、纸张、塑料、纺织物、木材、灰石、玻璃、金属和其他垃圾9类物理组分,结果见表3。

由于生物源碳排放参与的是大气生物循环,因此不计入项目碳排放,根据垃圾分类确定相关排放因子^[20]。

2.2 碳排放核算边界

确定碳排放核算边界可以有效避免核算工作重复或者环节漏算。本研究的碳排放核算边界图见图1,主要涉及到的碳排放环节有排放途径1渗滤液处理排放,排放途径2焚烧过程排放和点火系统排放,排放途径3炉渣处理排放,排放途径4飞灰处理排放,以及贯穿整个处理过程中的电耗。

3 研究方法

3.1 碳排放核算方法

本文中采用经验公式法^[2]和IPCC温室气体清单法^[2],确定垃圾处理全过程碳排放计算公式如下:

(2)

$\mathrm{温}\mathrm{室}\mathrm{气}\mathrm{体}\left(\mathrm{G}\mathrm{H}\mathrm{G}\right)\mathrm{排}\mathrm{放}=\mathrm{活}\mathrm{动}\mathrm{数}\mathrm{据}\left(AD\right)\times \mathrm{排}\mathrm{放}\mathrm{因}\mathrm{子}\left(\mathrm{E}\mathrm{F}\right)$

式中,活动数据(AD)为产生温室气体排放的生产消费活动,如化石燃料的消耗量、石灰石原料的消耗量、净使用电量等;排放因子(EF)为用于确定与活动水平数据相对应的温室气体排放量,其中包括单位热值的含碳量或元素碳含量(%)、氧化率(%)等。

根据《省级能源活动化石燃料燃烧温室气体清单》计算化石燃料燃烧过程CO₂排放量^[20]。采用计算公式如下:

(3)

$E=\sum \sum \sum (E{F}_{i,j,k}\times Activit{y}_{i,j,k})$

式中,E为碳排放总量,kg;EF为排放因子;Activity为各项燃烧活动,kg;取各个燃烧环节的温室气体排放量,本文中垃圾焚烧过程排放量为438.28 kg;渗滤液处理过程排放量为0.692 9 kg;炉渣处理过程排放量为0.052 8 kg;飞灰处理过程排放量为 0.018 7 kg。

3.2 各环节碳排放计算方法

3.2.1 垃圾焚烧过程

垃圾焚烧设备每年处理垃圾36.5万t,焚烧炉配备2台辅助燃烧器(0号轻柴油),油耗为160~735 kg/h,当处理的垃圾热值太低或者炉膛内温度低于850℃时^[21]自动启动。垃圾焚烧过程总碳排放计算公式如下^[7]:

(4)

${F}_{1}={F}_{\mathrm{B}}+{F}_{\mathrm{F}}={\sum }_{\mathrm{i}}^{}{F}_{{C}_{i}}+{F}_{\mathrm{F}}=3.37{\mathrm{E}}_{\mathrm{i}}{\mathrm{B}}_{\mathrm{i}}{\mathrm{C}}_{\mathrm{i}}{\mathrm{D}}_{\mathrm{i}}{\mathrm{\eta }}_{1}+({\mathrm{M}}_{F}{\mathrm{T}}_{d}{\mathrm{I}}_{D}/\mathrm{N})$

式中,F₁为垃圾焚烧过程总碳排放,t;F_B为垃圾焚烧炉碳排放量,t;F_F为点火系统碳排放量,t;E_i为日处理量,t,组分比例(湿基%)和总计日处理量(t)之积;B_i为干物质含量占湿重,%;C_i为总碳含量占干重量,%;D_i为化石碳占总碳,%;η₁为焚烧炉燃烧效率,取值0.95;M_F为辅助燃烧器每小时耗油量,kg/h,取值450 kg/h;T_d为每日工作时长,h/d,取值2 h/d;I_D为柴油的碳排放因子,kg/kg,取值3.096;N为总计日处理量,t。

3.2.2 渗滤液处理过程

根据表4垃圾渗滤液进出口水质,化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)、氨氮等常规污染物浓度较高,处理过程中会产生大量的CO₂、CH₄和N₂O等温室气体。

污水处置过程CH₄排放计算方法如下:

(5)

${F}_{\mathrm{m}}={\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{B}\mathrm{O}\mathrm{D}}\times Q\times {I}_{\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{4}}$

式中,F_m为每日CH₄排放量,kg;Q为处理水量,t/d,取值375 t/d;Δ_BOD为BOD削减量,mg/L;BOD/COD转换系数取0.43,经表4数据计算取值为 25 788.65 mg/L;I_CH₄为CH₄排放因子,取值0.099。

污水处置过程N₂O排放计算方法如下:

(6)

${F}_{\mathrm{N}}=1.57{\mathrm{\Delta }}_{\mathrm{N}}Q{I}_{{\mathrm{N}}_{2}O}$

式中,F_N为每日N₂O排放量,kg;I_N₂O为N₂O排放因子;排放因子默认值为0.005;Δ_N为总氮削减,mg/L,经表4数据计算取值为1 991.2 mg/L。

3.2.3 炉渣处理过程

炉渣处理过程碳排放量计算公式如下:

(7)

${F}_{\mathrm{a}}=({\eta }_{2}+{\eta }_{3})\times {L}_{2}\times {I}_{\mathrm{D}}\times ({M}_{3}/{M}_{2})$

式中,F_a为炉渣处理过程碳排放,kg/d;I_D为柴油的碳排放因子,kg/kg;L₂为炉渣运输距离,km,取值 10 km;η₂为货车满载能耗,kg/km;采用载重量为 12.5 t货车,满载时能耗值0.255 kg/km;η₃为货车空返能耗,kg/km,取值0.153 kg/km;M₃为日排放炉渣量,t/d,取值188 t/d;M₂为货车载重,t,采用载重量为12.5 t货车。

3.2.4 飞灰处理过程

飞灰处理过程碳排放量计算公式如下:

(8)

${F}_{\mathrm{b}}=({\eta }_{2}+{\eta }_{3})\times {L}_{1}\times {I}_{\mathrm{D}}\times ({M}_{1}/{M}_{2})$

式中,F_b为飞灰处理过程碳排放,kg/d;L₁为飞灰运输距离,km;此垃圾处理厂飞灰填埋场项目和焚烧项目位于同一园区,运输距离为10 km;M₁为日排放飞灰量,t,该处理场飞灰排放量25 t/d。

3.2.5 电力损耗

电力损耗碳排放量计算公式如下:

(9)

$\begin{array}{c}{F}_{\mathrm{E}}={M}_{\mathrm{E}}\times {I}_{\mathrm{E}}\times GW{\mathrm{P}}_{\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{2}}\end{array}$

式中,F_E为电力消耗产生的排放量,t/a;M_E为年用电量,MWh/a,根据台账数据,用电量为8.834 MWh;I_E为CO₂电力排放因子,t/MWh,取值 0.570 3 t/MWh^[22];GWP_CO₂为CO₂全球增温潜势值,取值为1。

3.3 碳排放标准化处理

通过转化为排放强度(g/t或kg/t)得到的标准化比较基准,根据变暖趋势值和CO₂当量值,对各环节产生的温室气体归一化处理^[23]。

4 研究结果与分析

4.1 碳排放核算结果

4.1.1 各环节碳排放核算结果

根据表3,采用公式(4),垃圾焚烧过程碳排放强度计算结果如表3所示,焚烧过程碳排放总量为608.08 t/d,垃圾碳排放强度为436.28 kg/t。

碳排放量进行标准化处理后结果见表5。从表5可以看出,塑料类垃圾的碳排放量最高达到590.83 t,占总碳排放量的97.16%,是焚烧过程中最主要的碳排放来源。加之燃烧器自动投入运行柴油消耗量折合为0.9 t/d,焚烧每吨垃圾约消耗柴油0.646 kg,产生碳排放2.0 kg/t,计入焚烧过程产生的碳排放。

需要说明的是,此垃圾处理厂总发电量为 11 750万kWh。但由于台账中没有统计厂区耗电量,所以没有进行抵消,不计入表5中。

4.1.2 基于软件对生活垃圾焚烧过程分析

由于不同省市垃圾组分仍有差异,因此本文中进一步基于LCA的理论,运用SimaPro软件对生活垃圾焚烧过程进行生命周期评价,根据台账中的原料和废弃物的原始数据,采用软件中的既有碳排放因子,计算焚烧处理1 t生活垃圾产生的温室气体CO₂,结果见图2。2种方法计算所得垃圾焚烧过程碳排放基本接近,分别为439.05、440.00 kg,也验证本文中所用方法和结果的准确性。

4.2 碳排放核算结果分析与建议

经碳排放核算,在此垃圾处理过程中,碳排放量由高到低依次是垃圾焚烧过程、渗滤液处理过程、炉渣处理过程、飞灰处理过程。各个过程累计排放量为439.047 7 kg,CO₂当量值共计460.9 kg/t。

4.2.1 通过垃圾分类和资源化利用,减少焚烧过程碳排放

生活垃圾焚烧过程碳排放与其物理组分密切相关。中国《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》鼓励厨余垃圾优先资源化利用,减少进入焚烧厂的比例。在本项目中,塑料由石油基高分子化合物组成,焚烧过程碳排放量高;其次分别是纺织物和纸张类垃圾。因此通过垃圾分类,提高这些物质的利用处置率,减少垃圾焚烧量。

4.2.2 通过工艺优化和材料升级,减少渗滤液处理过程碳排放

渗滤液主要是焚烧发电厂来水和餐厨垃圾处理来水,渗滤液处理中排放气体主要是CH₄和N₂O,共计CO₂当量值22.55 kg/t,二者产生碳排放占比4.89%。

在未来,可以通过利用新材料和新工艺实现资源循环利用来对垃圾渗滤液处理进行减排,以最终降低CH₄的直接排放。Pasalari等^[24]利用水果酶实现对垃圾渗滤液的绿色处理,从水果废料中产生的垃圾酶可以成为渗滤液预处理的可持续经济替代方案,并且可以被视为商业水解酶的有效替代品。

4.2.3 采用炉渣处理工艺,减少炉渣处理过程碳排放

炉渣处理排放过程主要产生的气体是CO₂,CO₂当量值0.052 8 kg/t,碳排放占比0.12%。

垃圾焚烧炉渣综合处理的核心原则是优先开展“无害化”处理,如干式炉渣处理工艺、湿式炉渣处理工艺、干湿结合炉渣处理工艺、污泥压滤干化工艺避免填埋处理对土地资源、水资源的影响。其次采用“资源化”处理,获得炉渣处理的附加值,获得相应的经济效益^[25]。

4.2.4 通过资源化和无害化处理,减少飞灰处理过程碳排放

飞灰处理过程主要排放气体是CO₂,CO₂当量值0.018 7 kg/t,排放占比0.04%。垃圾焚烧产生的飞灰中含有重金属Zn、Cu、Cr、Pb等元素,需进一步资源化和无害化处理^[26]。未来,我国应不断加强政府对企业飞灰处理的日常监管,不断创新飞灰资源化、无害化的工艺技术,实现节能减排战略目标。

4.2.5 采取节电措施,减少电力损耗碳排放分析

电力损耗是本研究所有环节都涉及到的问题。在实际应用中必须将研究重点放在技术改进和工作管理创新上,综合分析影响厂用电率的主要因素,采用主工艺节能、暖通节能、电气节能、仪器节能和建筑节能等技术手段,通过进一步完善技术系统来控制焚烧用电,降低用电率,来促进企业的长远发展^[27]。

5 结论

(1)通过Kaya恒等式和LMDI加和分解法,识别出处理结构效应是影响城市生活垃圾碳排放的关键因素,建议城市生活垃圾处理过程中需要增大焚烧处理的比例。

(2)采用IPCC国家温室气体清单指南法,计算得到累计碳排放439.047 7 kg,CO₂当量值共计460.90 kg/t。其中,焚烧过程排放占比最高,达95.1%;其次是渗滤液处理,达4.89%。

(3)根据LCA理论,用SimaPro软件计算CO₂排放量440 kg,与清单法计算结果大致相同,说明碳排放核算的各种方法存在共性相关,进一步验证了本文中碳排放核算结果的科学性和可行性。

(4)针对城市生活垃圾处理各个环节的特点、产生的污染物类型和污染物排放量,从工艺技术优化或者无害化、资源化处理等方面提出了相应的措施,以期实现生活垃圾绿色低碳处理。

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