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城市有机垃圾厌氧发酵产甲烷的碳足迹动态监测1

城市有机垃圾厌氧发酵产甲烷的碳足迹动态监测

摘要

本报告系统阐述了城市有机垃圾厌氧发酵产甲烷过程的碳足迹动态监测体系构建

方案。通过对厌氧发酵全生命周期碳流动的量化分析，建立了涵盖原料收集、预处理、发

酵产气、气体净化及能源利用等环节的碳足迹核算模型。研究基于生命周期评价(LCA)

方法学，结合物联网监测技术和大数据分析平台，实现了碳足迹的实时动态追踪与可视

化展示。案例分析表明，该监测体系可准确识别关键碳减排节点，为优化工艺参数提供

数据支撑。报告提出了分阶段实施路径，包括试点建设、系统集成和推广应用三个阶段，

并设计了相应的评价指标体系。通过本方案的实施，预计可使城市有机垃圾处理过程的

碳减排效率提升1520%，为”双碳”目标下的城市固废管理提供科学依据和技术支撑。

引言与背景

1.1研究背景与意义

随着我国城市化进程的加速和居民生活水平的提高，城市有机垃圾产生量逐年攀

升。据生态环境部发布的《2022年全国城市固体废物污染环境防治年报》显示，我国城

市生活垃圾年产生量已突破3亿吨，其中有机成分占比超过50%。传统的填埋处理方

式不仅占用大量土地资源，还会产生严重的温室气体排放问题。厌氧发酵技术作为有机

垃圾资源化利用的重要途径，能够将有机质转化为生物天然气和有机肥料，实现能源回

收和物质循环。然而，当前对厌氧发酵过程的碳足迹监测缺乏系统化、动态化的技术手

段，难以准确评估其真实的碳减排效益。

建立科学完善的碳足迹监测体系具有多重意义：首先，可量化厌氧发酵技术的环境

效益，为政策制定提供依据；其次，通过动态监测识别工艺优化空间，提升系统运行效

率；再者，为碳交易市场提供可靠的数据基础，促进绿色金融发展；最后，有助于推动

城市固废管理的精细化、智能化转型。本研究旨在构建一套完整的碳足迹动态监测体

系，填补当前研究空白，助力实现”双碳”战略目标。

1.2国内外研究现状

国际上对厌氧发酵碳足迹的研究始于21世纪初，欧盟在2003年发布的IPCC指

南中首次明确了有机废弃物处理的碳排放核算方法。德国、瑞典等国家已将厌氧发酵纳

入国家可再生能源统计体系，建立了较为完善的监测网络。美国环保署(EPA)开发的

LandGEM模型被广泛应用于填埋场甲烷排放预测，但对动态发酵过程的适用性有限。

近年来，随着物联网技术的发展，欧洲一些先进处理厂开始部署在线监测系统，实现碳

流的实时追踪。

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国内研究起步较晚，但发展迅速。清华大学、同济大学等高校团队在厌氧发酵机理

和碳流分析方面取得了重要进展。2020年，生态环境部发布《生活垃圾焚烧发电厂自

动监测数据应用管理规定》，虽然主要针对焚烧工艺，但为固废处理设施的环境监测提

供了参考框架。目前，北京、上海等城市的部分大型处理设施已开始试点碳监测，但缺

乏统一标准和系统方案。总体而言，现有研究多集中于静态核算，动态监测技术尚不成

熟，亟需建立符合我国国情的监测体系。

1.3研究目标与内容

本研究的总体目标是构建一套科学、系统、可操作的城市有机垃圾厌氧发酵碳足迹

动态监测体系。具体包括：建立覆盖全生命周期的碳足迹核算模型；开发多参数在线监

测技术；构建数据采集与智能分析平台；提出工艺优化与碳减排策略；形成标准化监测

规范。

研究内容分为五个层面：理论层面，完善厌氧发酵碳流分析方法；技术层面，突破

关键参数在线监测瓶颈；系统层面，构建”感知传输分析应用”完整链条；应用层面，开

展示范工程验证；政策层面，提出标准制定建议。通过多学科交叉研究，实现从基础理

论到工程实践的全面突破。

研究概述

2.1研究范围界定

本研究聚焦于城市有机垃圾厌氧发酵产甲烷过程的碳足迹监测，包括餐厨垃圾、果

蔬垃圾、园林废弃物等典型有机废弃物。空间范围涵盖垃圾产生源头、收运系统、处理

设施及能源利用全链条。时间尺度上，既关注瞬时动态变化，也考虑长期累积效应。监

测对象包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)等直接排放，以及电力消耗、化学品使用等

间接排放。

为突出重点，研究暂不考虑以下内容：垃圾预处理过程中的物理损耗；有机肥料施

用后的后续碳循环；处理设施建设阶段的隐含碳；极端工况下的异常排