基于城鎮(zhèn)污水處理全流程環(huán)節(jié)的碳排放模型研究
全康環(huán)保:
摘要：我國(guó)不僅尚未獨(dú)立開展城鎮(zhèn)污水處理各子單元的溫室氣體清單研究，而且有關(guān)污水處理各個(gè)系統(tǒng)的溫室氣體估算數(shù)據(jù)研究較少。結(jié)合“全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理信息管理系統(tǒng)”大數(shù)據(jù)平臺(tái)，以城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)節(jié)能減排為目標(biāo)導(dǎo)向，構(gòu)建了污水處理系統(tǒng)全流程節(jié)能減排綜合測(cè)算模型。通過模型測(cè)算了3個(gè)實(shí)例污水處理廠提標(biāo)前后的碳排放變化情況并識(shí)別出主要控制環(huán)節(jié)，結(jié)果表明，適當(dāng)提高污水排放標(biāo)準(zhǔn)，可有效降低污水處理廠各流程環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排量，但進(jìn)一步提高出水標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)使污水廠在能源、資源及溫室氣體排放等方面產(chǎn)生不利的影響。為此，應(yīng)大力發(fā)展既經(jīng)濟(jì)適用又節(jié)能環(huán)保的污水處理技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)污水處理碳減排的環(huán)境效益，從而將污水處理廠變得更加環(huán)保。
目前關(guān)于污水處理廠碳排放核算方法主要采用聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）指南提供的方法，鑒于大部分國(guó)家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，通過國(guó)家人口數(shù)據(jù)、人均產(chǎn)污能力的粗略估計(jì)，指導(dǎo)各國(guó)國(guó)家尺度上的碳排放核算，參數(shù)取值基本上是國(guó)外專家判斷的推薦值，導(dǎo)致其在我國(guó)污水處理行業(yè)碳排放管理方面的適用性尚不完全確定。同時(shí)，我國(guó)尚未獨(dú)立開展城鎮(zhèn)污水處理各子單元的溫室氣體清單研究，還沒有污水處理各個(gè)系統(tǒng)的溫室氣體估算數(shù)據(jù)，有關(guān)城市尺度上污水處理處置過程溫室氣體排放研究較少。其次，我國(guó)各地一味地提高污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)的做法并不一定有利于碳減排和環(huán)境綜合效益，甚至可能產(chǎn)生負(fù)面作用。因此建立以碳排為基準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)全流程節(jié)能減排綜合測(cè)算方法和模型，不僅有利于綜合衡量污水處理產(chǎn)生的碳減排效益，而且有利于評(píng)價(jià)高標(biāo)準(zhǔn)排放對(duì)水環(huán)境之外產(chǎn)生的不利影響，并比較其對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的碳排放值。
城鎮(zhèn)污水處理處置系統(tǒng)是城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，本研究結(jié)合“全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理信息管理系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“信息系統(tǒng)”）的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，以城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)節(jié)能減排為目標(biāo)導(dǎo)向，基于“信息系統(tǒng)”運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目填報(bào)數(shù)據(jù)格式，在IPCC指南方法框架下結(jié)合工藝過程化學(xué)計(jì)量學(xué)，初步構(gòu)建包括污水處理、污泥處理處置、再生水利用環(huán)節(jié)在內(nèi)的污水處理系統(tǒng)全流程節(jié)能減排綜合測(cè)算方法，為后期提標(biāo)項(xiàng)目決策和工程設(shè)計(jì)方案的環(huán)境影響分析提供參考。
01 測(cè)算方法構(gòu)建
根據(jù)“信息系統(tǒng)”運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目月報(bào)數(shù)據(jù)覆蓋范圍，將污水處理廠內(nèi)所有環(huán)節(jié)納入核算空間范圍。考慮到污水處理廠向環(huán)境輸出的尾水及脫水污泥中仍含一定量C、N元素，在自然狀態(tài)下仍可能排放溫室氣體，將尾水受納及脫水污泥處置過程直接碳排放也納入核算范圍。同時(shí)兼顧因污泥厭氧消化產(chǎn)沼回收能量及尾水水質(zhì)提升、再生水利用帶來的碳減排效應(yīng)。
IPCC指南認(rèn)為，生物降解排放的CO2，其碳元素源于空氣中的CO2，對(duì)空氣碳平衡影響有限，未納入國(guó)家碳排放總量的核算范圍。據(jù)此，主要考慮污水廠運(yùn)行過程中直接向空氣排放的CH4和N2O及外加碳源轉(zhuǎn)化排放的CO2（稱“直接碳排放”）、能耗物耗生產(chǎn)的碳排放（稱“間接碳排放”）。
圖1所示為城鎮(zhèn)污水處理廠提標(biāo)運(yùn)行碳排放變化測(cè)算研究范圍?？梢?，在污水處理、污泥處理與處置、尾水排放及再生水利用各環(huán)節(jié)均有碳排放或碳減排發(fā)生。本研究基于目前普遍采用的主要工藝單元碳排放分析，提出全流程節(jié)能減排綜合測(cè)算方法。圖2列舉出各個(gè)工藝單元碳排放情況，表1列舉出了各工藝單元碳排放來源。
04 結(jié)論
根據(jù)國(guó)際IPCC溫室氣體清單指南、“全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理信息管理系統(tǒng)”和我國(guó)溫室氣體清單研究成果，結(jié)合城鎮(zhèn)污水處理廠系統(tǒng)特點(diǎn)，以污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的 CH4、 N2O、生物成因產(chǎn)生的 CO2 和能源消耗產(chǎn)生的 CO2 為研究對(duì)象，對(duì)A2/O為代表的污水處理系統(tǒng)和污泥處理處置系統(tǒng)碳排放進(jìn)行了核算和研究。系統(tǒng)建立了以碳排為基準(zhǔn)的城鎮(zhèn)污水處理全流程節(jié)能減排綜合測(cè)算方法，提出污水處理和污泥處理處置碳排放核算方法和模型，為后期提標(biāo)項(xiàng)目決策和工程設(shè)計(jì)方案的環(huán)境影響分析提供參考。
結(jié)合數(shù)據(jù)平臺(tái)中污水處理廠實(shí)例，對(duì)污水處理廠提標(biāo)改造后碳排放增加情況進(jìn)行了分析計(jì)算，結(jié)果表明，適當(dāng)提高污水處理廠出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將有利于碳減排。而一味地提高出水水質(zhì)，不僅造成污水處理廠處理污水成本的提高，而且會(huì)導(dǎo)致污水處理廠碳排放增加。