给水排水杂志-2010年第12期(1)

给水排水Vol136No11220101Ó水业导航Ó城镇污水处理领域的碳减排中国人民大学环境学院副院长/教授王洪臣温室气体增加导致的气候变化正在对人类社会产生日益明显的影响,减少温室气体排放、控制气候变化已经成为国际社会的共识,绝大部分行业都在进行碳排放评价研究及碳减排对策的制定。城镇污水处理虽然是人类社会活动中一个很小的行业,但却是一个重要的碳排放源,发达国家已经越来越重视城镇污水处理行业的碳减排。碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。能在大气中吸收红外线产生温室效应的气体有30多种,京都议定书确定需对其中的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)六种气体进行消减,以有效控制气候变化。1城镇污水处理过程的碳排放源城镇污水处理过程的碳排放可分为直接排放和间接排放。1.1直接排放直接排放是指污水处理过程中在现场直接向大气中排放的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。二氧化碳的排放源主要有三个:曝气池内有机物的好氧生物分解、沼气利用系统的沼气燃烧和污泥焚烧炉的有机物焚烧。在目前国际上的碳减排实践中,生物分解产生的二氧化碳归为生源碳(bio2geniccarbon),沼气和污泥归为生物燃料或可再生能源,无论是生物分解还是沼气或污泥燃烧产生的二氧化碳都不纳入碳排放的计算与平衡。当污泥焚烧不能实现热平衡,消耗外加化石燃料排放的二氧化碳则需计入碳排放。一些学者认为,城镇污水中的一部分碳素源于化石燃料,应将其产生的二氧化碳纳入碳排放计算,但目前还没有形成一致的意见或成熟的计算方法。甲烷的排放主要源于有机物的厌氧分解。污泥填埋场、化粪池、厌氧水解池,管理不善的初沉池、曝气池和堆肥场都是重要的排放源。污泥焚烧也产生一定量的甲烷。另外,污泥处理处置过程中的逸出、沼气系统的泄露及不完全燃烧也都可能导致甲烷的排放。一氧化二氮的排放主要源于氮素的生物转化过程。最初认为生物脱氮系统的反硝化单元是主要的一氧化二氮排放源,后来发现硝化过程一氧化二氮的排放量远高于反硝化排放。在碳减排实践中,污水处理厂出水排入受纳水体后进行的天然硝化反硝化也被认为是重要的排放源,并纳入碳排放计算。当脱氮效果较差时,受纳水体中的天然硝化反硝化将成为主要的排放源。近来发现,没有脱氮功能的生物系统也存在大量一氧化二氮排放,排放机理尚需研究。另外,污泥填埋、土地利用、生物堆肥以及沼气燃烧等过程也存在一氧化二氮排放。1.2间接排放间接排放是指污水处理所消耗的能量和物料的生产过程中在其生产场地发生的碳排放。污水处理消耗的能量包括电耗、燃料、热蒸汽等;消耗的物料包括各种无机或有机化学药剂。对于典型的污水处理厂,间接排放主要发生在电耗和聚丙烯酰胺(PAM)消耗两部分。2城镇污水处理碳排放计算的方法学由联合国环境规划署(UNEP)和世界气象组织(WMO)成立的政府间气候变化专门委员会(IPCC)及时总结世界各地关于温室气体检测及研究成果,定期发布碳排放计算方法学,指导各国编制本国的温室气体排放报告。目前最新的版本是2006年发布的国家温室气体排放指南(IPCCGuidelinesforNationalGreenhouseGasInventories,2006),指南的第5卷第6章为污水处理碳排放的计算。由于IPCC指南是用于指导国家尺度上的碳排放,而且要适用于各个国家,尤其要考虑到绝大部分国家的基础数据较少,因而只是基于人均排放量的粗略计算。IPCC鼓励各国家或地区根据各自的具体情况2给水排水Vol136No1122010开发自己的详细计算模型。目前,已有许多国家在IPCC指南的基础上,提出了自己本国的碳排放计算模型,并据此编制碳排放报告。美国除了提出联邦碳排放计算与报告指南,一些州还通过研究及检测提出了适合当地的计算模型。一些组织或机构正在研究污水处理厂厂级尺度上的碳排放详细计算方法,但目前还没有形成权威的计算模型。2.1IPCC指南中关于直接排放的基础数据IPCC指南详述了甲烷和一氧化二氮直接排放的计算过程,其中最重要的是各种排放过程中的排放系数。2.1.1甲烷排放系数有机物厌氧分解过程中甲烷的排放系数为:EFj=BoMCFj(kgCH4/kgBOD5或kgCH4/kgCOD)其中Bo为有机物厌氧分解甲烷的理论排放系数,指南提出的设定值为0.6kgCH4/kgBOD5或0.25kgCH4/kgCOD。MCFj为不同的厌氧环境甲烷排放的修正因子。当污水直接排放时,MCF为0.1;当污水经过化粪池且BOD5的一半被去除时,MCF为0.5;当好氧处理系统管理不良时,MCF为0.3;不超过2m深的污水或污泥厌氧塘,MCF为0.2;没有甲烷回收的污泥厌氧消化、污水厌氧处理以及超过2m深的污水或污泥厌氧塘,MCF为0.8;当污