【污水处理厂碳排放测算19000字（论文）】

污水处理厂碳排放测算摘要 3第1章绪论 61.1研究背景 61.2研究目的及意义 71.3研究内容 71.4研究路线 81.5国内外研究现状 8第2章污水处理厂运行工艺流程 112.1污水处理工艺 112.1.1预处理 112.1.2生化处理 122.1.3深度处理 122.2污泥处理处置技术 132.2.1污泥浓缩脱水技术 132.2.2厌氧消化技术 132.2.3好氧堆肥技术 142.2.4污泥干化技术 142.2.5新型污泥处理技术 14第3章污水处理过程碳排放的研究 163.1碳源分析 163.1.1污水中的生源碳 163.1.2污水中的化石碳 163.2碳追踪与碳平衡 173.2.1污水处理系统碳追踪与碳质量平衡 183.2.2污水处理系统有机氮追踪与质量平衡 23第4章污水处理厂碳排放测算 254.1污水处理过程直接碳排放计算 254.1.1CO2排放 254.1.3N2O排放 304.1.4污水处理过程直接碳排放总量 314.2污泥处置过程直接碳排放计算 314.2.1污泥处理过程直接碳排放 314.2.2污泥处置过程直接碳排放 344.3间接碳排放计算 364.3.1热耗和电耗 364.3.2药耗 36第5章实例分析 375.1工程概况 375.2计算过程 375.3结论与建议 41参考文献 43摘要近年以来，降低碳排放已经成为改善环境不可或缺的重要一步。2020年9月，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：中国将提高国家自主贡献的力度，采取更加有力的政策和措施，使二氧化碳的排放力争于2030年之前达到峰值，努力争取2060年之前实现碳中和。众所周知，污水处理行业是高能耗、高排碳行业，从污水处理角度降低碳排放，将会实现碳中和起到重要作用。国际上把污水处理过程中由生物降解而产生的二氧化碳直接排放定义为生源碳，不计入碳排放清单中。这使得最终的碳排放量产生误差。同时，由于政府间气候变化委员会（IPCC）制定的温室气体清单编制的方法学指南，各系数更加适用国外的情况，应用于我国的污水处理系统将产生偏差。为了更加准确地计算出污水处理厂碳排放情况，从污水处理厂工艺流程出发，分析各阶段的碳源变化情况，分别对不同阶段的碳排放进行测算，得出更加准确地污水处理厂碳排放测算方法。分析不同阶段的碳足迹，使各阶段碳排放情况更加清晰，为节能减排明确方向，为今后污水处理厂升级改造提供建议。最后，将本研究的测算方法应用于一个具体实例，计算该污水处理厂碳排放情况，分析各部分排放量的比例，为传统污水处理厂运行工艺升级改造提出建议，并提倡建设新型能源利用型污水处理厂。关键词：污水处理，碳排放，温室气体，碳排放测算第1章绪论1.1研究背景2020年9月，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：中国将提高国家自主贡献的力度，采取更加有力的政策和措施，使二氧化碳的排放力争于2030年之前达到峰值，努力争取2060年之前实现碳中和。2020年中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”作为第二年的重点任务之一，同时提出，要抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案，支持有条件的地方率先达峰。2021年1月5日，生态环境部印发了《碳排放权交易管理办法（试行）》对二氧化碳排放达峰目标和碳中和愿景的重要宣示，进一步加强了对温室气体排放的控制和管理，为新形势下加快推进全国碳市场建设提供了更加有力的制度保障，为今后出台更有约束力的碳排放权交易法律制度奠定坚实基础。有关数据显示，几百年以来，我国的平均气温升高幅度与全球气温升高幅度基本保持一致，基本在0.6摄氏度左右，并且在二十世纪二十年代到四十年代及二十世纪八十年代后出现了两个“暖期”,这个“暖期”使全国的冬季气温和全年平均气温都有升高的趋势。2006年，我国的平均气温达到了9.92摄氏度，打破了自1951年以来的全国平均气温记录。政府间气候变化专门委员会的报告预测,截至2050年，如果不将温室气体排放量削减至2000年的一半，届时气温将可能上升2摄氏度[1]。截至2015年底，我国已投入运行的污水厂已达到3830座，日处理能力达1.62亿立方米,已经超过了美国1.25亿m3/d的处理能力。在我国，虽然污水处理厂行业的经济总量、从业人员和投资规模只占全行业的千分之一，但是其碳排放量却占全社会总碳排放量的1%-2%，是一个名副其实的高碳排放行业[2]。大量的碳排放，可能导致全球变暖、冰川和冻土融化、海平面上升甚至威胁人类的居住环境等问题。由于人们不断地大量焚烧如煤炭和石油等化石燃料、砍伐树木森林，木材焚烧的时候也会产生大量的二氧化碳，即温室气体，这些产生的温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度透过性，而对来自地球的长波辐射具有高度吸收性，可以剧烈的吸收地面辐射中的红外线，从而导致地球温度上升，即温室效应。冰川消融带来的主要影响首先是，冰川融水，注入海洋，导致海平面升高；其次冰川消融还会导致固态水资源的储存量减少，进而造成水资源短缺，这将导致干旱地区承受很大的影响；甚至有研究称，冰川融化会释放病毒，给人类带来毁灭性的灾难。极地冰川是古老病毒的最大库存地，一旦冰川全部融化，这些病毒就可能会释放出来，对人类来说将是一场浩劫。1.2研究目的及意义随着经济的快速发展，水资源短缺的压力越来越大，人们越来越意识到是社会中水的消耗量超出了自然循环可承载的范围。污水处理系统和污水处理厂的广泛应用是社会可持续发展的必然选择。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。在污水处理的过程中，往往会产生很多不可避免的的问题，比如污水中的碳含量高，但污水处理过程中的碳排放问题往往容易被忽略，造成能源浪费和碳排放。污水处理厂是高能耗、高碳排放的产业之一，为了实现2030碳达峰、2060碳中和目标，对污水处理厂进行碳排放测算就显得尤为重要。各国学者虽然建立了多种污水处理厂碳排放计算模型，也认识到污水处理厂中有着较为可观的潜在能源，通过合理有效的能源回收工艺，对以往被人们忽略掉的资源、能源加以利用，可以实现对污水厂碳排放的弥补。目前普遍采用的污水厂碳排放模型种类繁多，但评价的规模、精细程度、简易性及适用性却参差不齐，若想得到更加贴近整个污水厂实际处理过程的碳排放量，必须对污水处理厂每个运行阶段碳排放情况进行深入研究，同时追溯碳的足迹，建立各种量之间的关系式，才能清晰明了的解释不同处理阶段的碳排放情况。1.3研究内容通过对污水处理厂运行工艺流程的监测，获得各段不同来源、不同形式的碳排放清单及其计算方法。基于物料衡算、能耗核算的结果，对污水厂二氧化碳、氧化亚氮和甲烷不同来源的排放量计算方法进行梳理与总结。建立污水处理厂碳排放测算模型。此模型的计算结果使污水厂处理流程中各工艺单元的碳排放水平更加直观，便于识别高碳排放单元及其主要碳排放源，可以为污水厂的升级改造提供建议。1.4研究路线1.5国内外研究现状污水处理行业是一个国家推进现代化进程不可或缺的重要部分，它起着城镇污水处理和减少污染物排放的重要作用，但是，在对污水处理的过程中不可避免的会产生温室气体。污水处理厂是消减COD最主要的手段，因此污水处理过程也产生了大量的碳排放。

近年以来，国家对水质的要求不断提升，城市污水处理厂的排放限额也不断降低，除了要求污水处理厂排放标准从一级B标准提升至一级A标准之外，部分水污染严重或水资源短缺的地区纷纷提出更为严格的污水处理表标准。很大一部分污水处理厂在这类标准下难以达到要求。另外我国大部分污水处理厂提升标准，改造原有设备，更多依赖于延长处理流程即增加三级处理或者增大碳源和化学除磷药剂的投加，这些措施，只会使得更多的资源被消耗，是不可持续发展的，也会造成更多的碳排放。

IPCC[3]认为由中污水处理过程中的微生物分解产生的二氧化碳归为生源碳(biogenic

carbon)，沼气和污泥归为生物燃料或可再生能源，无论是污水处理过程的微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。则污水处理系统直接排放类温室气体只计算甲烷和

一氧化二氮的直接排放。但是，污水中大量含有清洁剂、洗洁精等化学试剂，这使得原本被认为是生源性的气体排放中也含有大量的化石源气体排挡，因此，在计算碳排放时，应计入这部分排放量。

近几年，也有其他学者对温室气体排放量核算进行了研究。蔡博峰等人对废弃物处理行业中垃圾焚烧产生的一氧化二氮和垃圾填埋过程产生的甲烷进行了研究和计算[4]。郭运功估算了1995年至2006年上海市工业生产、土地利用、能源消费、生活垃圾以及污水处理的温室气体排放情况，主要侧重点在于能源的利用过程产生的二氧化碳间接排放，预测二氧化碳将来的排放趋势，同时，对污水处理过程甲烷的排放量、生活垃圾填埋过程和燃烧过程产生的二氧化碳和甲烷排放量进行忽略核算[5]。马欣利用IPPC提供的废弃物处理处置过程中温室气体的核算方法，对我国各地区城镇污水处理过程产生的温室气体排放量进行了忽略核算。同时，分析了不同污水处理工艺流程、规模大小、地区特征以及处理深度下污水处理厂碳排放水平[6]。张成改善了城镇污泥处置处理过程二氧化碳、甲烷和二氧化碳排放的核算方法，并提出浓缩脱水、厌氧消化、堆肥处理、污泥干化等污泥处理过程的温室气体核算方法，以及焚烧、卫生填埋、土地利用等污泥处置过程温室气体排放核算方法[7]。宋宝木等以深圳市某典型污水处理厂为例，将污水处理厂运行阶段的碳排放划分为能耗间接碳排放、物耗间接碳排放、甲烷直接排放和一氧化二氮直接排放四个部分，基于月变化的进出水水质、污水处理量、耗电量、药剂使用量等基础数据，采用混合的排放系数法估算逐月的碳排放，并分析影响碳排放动态变化的关键因子[8]。余娇等基于“水—能—碳”关联的角度，构建了城市污水处理系统碳排放研究的理论框架和方法，以郑州市某污水处理厂为例，评估了污水处理系统运行过程不同环节的碳排放，并对各环节碳排放动态变化的影响因素进行了分析[9]。林文聪等基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的方法学原则，构建污泥处理处置过程中产生的碳排放及碳汇的核算方法，并以某污水厂污泥的处理处置过程为例，计算其典型工艺下运行的碳排放量，分析其碳排放特征并提出减排建议[10]。第2章污水处理厂运行工艺流程2.1污水处理工艺一般来说，污水处理过程主要分为三步，分别是预处理、生化处理和深度处理。预处理，即一级处理，也叫物理处理过程，主要是指去除大粒径的物质，同时也去除部分的有机物质，比如树、大体积纸张、塑料袋、沙粒等，一般使用到的设备主要有格栅间(粗、细均包括)，沉砂池，沉淀池。生化处理，即二级处理，是污水处理过程的主体工艺，也去除有机物的主体工艺，使用的工艺多，比如传统活性污泥法，氧化沟法，生物滤池，生物转盘，生物流化床法等。三级处理，即深度处理，有些主体工艺去除氮、磷效果不是太好，需要再串联工艺，使得氮磷的排放量达标排放，最后排放之前要进行消毒，这步是必须的，选用的方法根据经济条件而定，包括了加氯消毒、臭氧消毒、紫外消毒等等。图2.1污水处理工艺流程图2.1.1预处理机械(一级)处理工段包括格栅、沉砂池、初沉池等构筑物，以去除粗大颗粒和悬浮物为目的，处理的原理在于通过物理法实现固液分离，将污染物从污水中分离，这是普遍采用的污水处理方式。机械(一级)处理是所有污水处理工艺流程必备工程(尽管有时有些工艺流程省去初沉池)，城市污水一级处理BOD5（五日化学需氧量）和SS（水质中的悬浮物）的典型去除率分别为25%和50%。这里值得注意的是，在生物除磷脱氮型污水处理厂，沉砂池一般不采用曝气沉砂池，以避免快速降解有机物的去除；在原污水水质特性不利于除磷脱氮的情况下，初沉的设置与否以及设置方式需要根据水质特性的后续工艺加以仔细分析和考虑，以保证和改善除磷除脱氮等后续工艺的进水水质。2.1.2生化处理污水处理厂的生化处理属于二级处理，主要用来去除不可沉悬浮物和溶解性可生物降解有机物为主要目的，其工艺构成多种多样，可分成活性污泥法、AB法、A/O法、A2/O法、SBR法、氧化沟法、稳定塘法、CASS法、土地处理法等多种处理方法。目前大多数城市污水处理厂都采用活性污泥法。生物处理的原理是通过生物作用，尤其是微生物的作用，完成有机物的分解和生物体的合成，将有机污染物转变成无害的气体产物(二氧化碳、甲烷等)、液体产物(水)以及富含有机物的固体产物(微生物群体或称生物污泥)；多余的生物污泥在沉淀池中经沉淀池固液分离，在净化后的污水中除去。2.1.3深度处理三级处理是对污水的深度处理，是对经过二级处理以后的废水处理过程，是污水最高层次处理措施。现在的我国的污水处理厂投入实际应用的并不多。它将经过二级处理的水进行脱氮、脱磷处理，用活性炭吸附法或反渗透法等去除水中的剩余污染物,并用臭氧或氯消毒杀灭细菌和病毒,然后将污水送入中水道，作为冲洗厕所、喷洒街道、浇灌绿化带、工业用水、防火等水源。由此可见，污水处理工艺的作用仅仅是通过生物降解转化作用和固液分离，在使污水得到净化的同时将污染物富集到污泥中，包括一级处理工段产生的初沉污泥、二级处理工段产生的剩余活性污泥以及三级处理产生的化学污泥。由于这些污泥含有大量的有机物和病原体，而且极易腐败发臭，很容易造成二次污染，消除污染的任务尚未完成。污泥必须经过一定的减容、减量和稳定化无害化处理井妥善处置。污泥处理处置的成功与否对污水厂有重要的影响，必须重视。如果污泥不进行处理，污泥将不得不随处理后的出水排放，污水厂的净化效果也就会大打折扣。所以在实际的应用过程中，污水处理过程中的污泥处理也是相当关键的。2.2污泥处理处置技术污泥处理处置技术是指污泥经过单元工艺处理后达到减量化、稳定化、无害化和资源化的过程，主要包括浓缩、调理、脱水、干化、消化(厌氧和好氧)、焚烧、填埋、建材和土地利用等。其中污泥的浓缩、调理和脱水属于减量化范畴，干化和消化属于稳定化或资源化是前处理范畴，焚烧、填埋、建材和土地利用属于处置手段。随着国家“水十条”的出台和环境保护标准日益严格，污泥处理处置问题越来越倾向于资源化利用，其中污泥减量化是前提，稳定化是保障，污泥资源化是核心和发展趋势。2.2.1污泥浓缩脱水技术污泥脱水属于污泥处理的前处理阶段，也是所有环节中最为关键的步骤之一，通过高效分离污泥中的水分，从而达到减少污泥的体积和重量的目的，为下一步污泥的运输、进一步处理处置及资源化利用创造有利条件。污泥脱水过程一般情况下在污水处理内完成，主要包括浓缩(重力和气浮)、调理(化学)和脱水(机械)三个过程，剩余污泥通过浓缩脱水可使含水率由原来的98%降至80%甚至更低。污泥脱水过程之所以重要，主要是因为污泥脱水后体积大幅减小，便于运输和减少处理成本。2.2.2厌氧消化技术污泥厌氧消化是指污泥在无氧条件下，由兼性菌和厌氧细菌将污泥中可生物降解的有机物分解成二氧化碳、甲烷和水等，使污泥得到稳定的过程，是污泥减量化、稳定化的常用手段之一。污泥厌氧消化按温度的不同可分为中温消化(30-35℃)和高温消化(50-55℃),

高温消化比中温消化产气率高，消化池体积小，但能耗相对较高，控制较为困难。按运行方式可分为一级消化和二级消化。一级消化指污泥厌氧消化在单池内完成;二级消化根据污泥消化的运行经验，在两个消化池内完成，第一级消化池设有加热、搅拌装置及气体收集装置，第二级消化池不进行加热和搅拌，利用第一级的余热继续消化。按微生物作用区域来划分还可以分为水解产酸相和产甲烷相的两相厌氧消化。厌氧消化技术最早应用于污泥的稳定化处理，早在一百多年前人们就开始采用厌氧工艺处理生活污水污泥。从20世纪30年代，发达国家便开始研发并迅速将污泥厌氧消化技术应用于城市污水处理厂的污泥处理，随后，污泥厌氧消化技术在发达国家得到广泛的推广和应用，到20世纪50~60年代逐渐发展成熟。目前，世界各国在污泥处理的领域仍以污泥厌氧消化工艺为最主要的处理工艺，在近50年内未能取得明显的突破性进展。2.2.3好氧堆肥技术污泥的好氧堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、CN和通风条件下，通过微生物的好氧发酵作用，将废弃有机物转变为肥料的过程。通过堆肥化过程，污泥中有机质由不稳定状态转变为稳定的腐殖质物质，其堆肥产品不含病原菌，不含杂草种子，而且无壳无蝇，可以安全处理和保存，是种良好的土壤改良剂和有机肥料。2.2.4污泥干化技术由于污泥在农用、填埋、投海中的各种限制条件和不利因素日渐突出，也由于污泥热干化技术在欧、美等国家和地区一些污水处理厂的成功应用，污泥干化技术在西方工业发达国家广泛应用。这项技术同时也得到越来越多发展中国家环境工程界的重视，这也为我国污泥处置提供了宝贵的经验。污泥干化能使污泥显著减容和稳定，体积可以减少百分之七十左右，同时不产生臭气、无病原生物细菌，干化处理后的污泥产品用处多，可以作土壤改良剂、替代能源等，-般污泥干化分为热干化和生物干化，污泥热干化技术主要是采用热量对污泥进行干燥处理，热量来源于化石类燃料、工业余热，热量形式有烟气、蒸气，具有占地面积小、反应速率快、减量化和自动化程度高等优点;但能耗较大，干化过程中物料燃烧爆炸等安全问题需要特别关注，尾气处理难，投资及运行费用较高。2.2.5新型污泥处理技术1）超临界水氧化技术

超临界水氧化(supereritial

water

oxidation,

sCwo)技术是一种可实现对多种有机废物进行深度氧化处理的技术。超临界水氧化是通过氧化作用将有机物完全氧化为清洁的H2O和N2等物质，硫、磷等转化为最高价盐类实现稳定化。超临界水氧化技术原理是以超临界水为反应介质，经过均相的氧化反应，将有机物快速转化为CO2、H2O、N2和其他无害小分子。2）污泥蛋白提取利用技术该技术以城镇污水处理厂和工业废水处理设施产生的活性污泥为处理对象，通过理化作用对微生物进行水解破壁处理，经固液分离后得到含蛋白液体和污泥残渣。3）电渗透污泥高干脱水技术电渗透污泥高干脱水技术是由桑德集团旗下湖北合加环境设备有限公司与北京海斯顿环保设备有限公司联合开发的，将电渗透和板框压滤相结合属国内首创，污泥高干脱水技术整体水平达国际领先。污泥的脱水干化是污泥处理处置的关键，也是难题。电渗透污泥高干脱水技术是把污泥置于直流电场中，使污泥颗粒和水分分别向阳、阴极定向迁移，外加挤压过滤，实现固液分离，能脱除污泥的间隙水、毛细水、吸附水等。第3章污水处理过程碳排放的研究3.1碳源分析污水处理过程中直接产生的二氧化碳排放长期以来被人们认为是生源性的，即，生源碳（BiogenicCarbon，BC），是不需要列入碳排放清单的，国际“政府间气候变化专门委员会（IPCC）”亦这样界定[3]。但是，人类开采煤炭、石油等矿藏碳源后大量使用其化工合成产品（如，洗涤剂、化妆品、药物等），致使这部分化石碳（FossilCarbon，FC）也最终进入污水，导致污水总有机碳（TOC）包含了这部分化石碳[11]。这样，在污水处理过程中因化石碳分解直接产生的二氧化碳排放便因此而忽略。过去的研究中生源性二氧化碳没有被列入核算清单是因为这部分碳被认为来源于植物光合作用，即植物经过呼吸光合作用产生的有机碳。这部分有机物产生的二氧化碳不会导致大气中总量净增长，因而不纳入碳清单[11]。3.1.1污水中的生源碳生活污水中有机物主要来源于人类生活活动过程产生的污水、厨余残渣等，主要成分是碳水化合物、蛋白质、脂肪、尿素、油类、酚、有机酸碱、表面活性剂、有机农药、取代苯类化合物等[12]。这些有机物分别具有不同的特征，因而降解的情况也会有所不同。如果在不考虑污水总有机碳(TOC)来源时，按照这样的分类可以确定污水的特征，有助于选择处理工艺。但是，当需要明确二氧化碳直接排放的生源属性时，需要对有机物来源划分，即污水中TOC需要将生源碳（BiogenicCarbon，BC）与化石碳（FossilCarbon，FC）加以区分[13]。石油和天然气是经过数亿年时间被固定、封存在地壳中的化石碳。一旦开采和使用，大量的化石碳被转化为二氧化碳进入大气圈，从而对大气圈碳循环造成冲击，导致气候变暖[11]。所以，污水中由化石碳产生的二氧化碳排放量在温室气体的排放清单中不可忽略。3.1.2污水中的化石碳污水中的生源碳与化石碳一并存在于有机物之中，以颗粒性有机碳（POC）和溶解性有机碳（DOC）两种形式存在。经过传统污水处理工艺的一级处理和二级污水处理，大多数有机物剩余保留在污泥中或被分解转化为二氧化碳而进入大气[14]。众多资料显示，不同污水处理阶段的化石碳（FC）含量相当高，这说明，污水与污泥中的FC的确不容忽视。下文中将污水中石油化工来源的有机物降解所产生的二氧化碳直接排放统称为化石源CO2直接排放；而将污水中生源性有机物降解所产生的二氧化碳直接排放统称为生源性CO2直接排放。图3.1CO2来源关系图3.2碳追踪与碳平衡就污染物去除过程而言，主要有二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的排放，对能量供给及物质消耗过程来说，能量及药品的生产与运输会引起二氧化碳排放[15]。污水处理系统中温室气体的排放主要分为两类，一类是直接排放，具体是指污水处理过程中在污水处理现场直接向大气中排放的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮，主要是来自于生物处理过程中含碳有机物经过微生物分解以及内源呼吸消耗转化的二氧化碳、厌氧处理过程及污泥处理过程中产生的甲烷的排放、脱氮过程中产生的一氧化二氮的排放以及其他环节中二氧化碳的直接排放，如果污水处理厂收集污泥消化过程产生的沼气用于发电，可以抵消一部分温室气体的直接排放。第二类是间接排放，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、热耗等；消耗的物料包括各种无机或有机化学药剂。另外若污水处理厂对污泥厌氧消化产生的沼气有回收利用，也将抵消部分能源消耗引起的温室气体排放量[16]。本部分将采用污水处理系统过程碳追踪与碳平衡相结合的方法，研究污水处理系统的碳循环与转化规律；3.2.1污水处理系统碳追踪与碳质量平衡温室气体排放通常被简称为碳排放，也就是说污水处理系统的碳追踪对应于污水处理系统的含碳物质中碳的追踪。污水处理系统中有机物的转化主要集中在污水处理的处理阶段。对污水处理系统中有机物转化过程的追踪可以明确地界定污水处理系统温室气体的直接排放源。有机物进入到污水处理系统，首先经过污水处理的预处理环节，即格栅、沉砂池及初沉池等处理单元，经过物理沉降作用，部分有机物从污水中转移到污泥中，另一部分随污水进入到污水处理的生物处理环节，多数在微生物的作用下被降解为无机物，这一过程就有温室气体的产生，也还有部分有机物被转移到污泥中。进入到污泥中的有机物，在污泥消化环节会被降解产生CH4、CO2和H2O等气体，残余部分将保留在处置污泥中，污泥中的剩余有机物在污泥处置环节中也将被降解，同时也会产生温室气体。3.2.1.1污水处理系统碳追踪1）预处理阶段污水进入污水处理厂首先要经过格栅、沉砂池和初沉池等初级处理构筑物再进入生物处理环节，在预处理环节，BOD一般情况下可被削减30%左右，污水中的有机碳经过物理沉淀作用被转移到了污泥中，没有经过化学反应而只进行了物理反应，则该阶段有机碳并没有发生转化，即不产生CO2等温室气体。生物处理阶段有机物进入生物处理反应器后，首先被反应池中的微生物吸附，再经过微生物的分解代谢及微生物自身的合成代谢被分解为二氧化碳、甲烷、水、氨气等。另有部分有机物经物理沉降作用被转移到剩余污泥中。a.好氧时有机碳追踪如图3.2所示，微生物将部分有机物氧化分解，最终形成二氧化碳和水等稳定形式的无机物。另一部分有机物被微生物用于合成新的细胞，即合成代谢，当生物反应进行到末端，缺乏营养物质时，微生物可能进行内源代谢反应，即对其自身的细胞物质进行代谢反应，代谢产生二氧化碳、水、氨气等稳定形式的无机物[15]。在生物处理阶段，有约三分之一有机物被微生物氧化分解，其余用于合成新细胞，而通过内源代谢有百分之八十细胞物质（细胞包括细胞质和细胞液）被分解为无机物，百分之二十不能分解。该阶段是有机碳主要被转化的环节，同时是CO2直接排放的来源。图3.2好氧时有机物生物降解图b.厌氧时有机碳追踪厌氧过程可分为三阶段，具体反应流程见图3.3所示。其中第一阶段是在水解和发酵细菌作用下，复杂有机物经水解和发酵被转化为脂肪酸、氨基酸、单糖、甘油以及二氧化碳和氢气等；第二阶段是在产氢产乙酸菌作用下，将第一阶段的产物转化为二氧化碳、氢气和乙酸；第三阶段是在两组不同的产甲烷菌作用下，一组将二氧化碳和氢气转化为甲烷，另一组对乙酸（CH3COOH）脱梭基(-COOH)产生CH4[17]。厌氧处理过程是CH4排放的主要来源[18]。图3.3厌氧时有机物生物降解图厌氧消化产生的沼气，可称为生物能，是一种可以作为能源的物质，主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷是一种清洁能源，沼气燃烧热值随CH4含量而异，根据我国现有城市污水处理厂污泥消化产生的沼气中，各种气体所占百分数见表3.1。沼气被污水处理厂收集利用，会引起CO2的直接排放，但可以抵消部分能量消耗所间接引起的温室气体排放量。表3.1我国城市污水厂沼气成分比我国城市污水处理厂沼气成分比例（%）CH4CO2COO2N2H2H2SH2O53~5627~301.2~121~31~81~6.90.1~0.42~43)污泥处理处置过程有机碳追踪污水处理系统的污泥一般要经过浓缩、消化、脱水和处置等环节，浓缩及脱水为物理处理环节，不发生任何化学反应，有机碳在这个环节没有转化，因而不产生碳排放。在污泥消化过程，若是厌氧消化，污泥中的有机碳将被微生物转化为CH4和CO2，转化过程与污水处理中有机物厌氧消化过程类似，若是在好氧环境下，有机碳将被转化为CO2等无机物，其转化过程同污水处理过程中微生物内源代谢过程类似，最后仍有部分有机碳残余在最终处置的污泥中。在我国污水处理行业，污泥最终处置的工艺主要有卫生填埋、焚烧和土地利用。若污泥的处置采用卫生填埋的处置方式，污泥将进行厌氧反应，污泥中的有机碳将在微生物的作用下被分解产生CH4和CO2等无机物；在焚烧过程，污泥中所含的水分被完全蒸发，有机物质得到充分燃烧，最终产物是CH4、CO2和N2等气体及焚烧灰。采用土地利用时，污泥中含有大量有机质，施入土壤后，在土著和外源好氧微生物的作用下会分解产生CO2，将污泥施入土壤也将改变土壤中产甲烷菌群的结构，促进CH4的产生[19]。3.2.1.2污水处理系统碳平衡预处理阶段碳质量平衡在预处理阶段，进入系统的碳包括：进水时包含的有机物；流出系统的碳包括：出水时包含的有机物和经过与处理后污泥中的有机物。该过程只发生了物理沉降，不发生化学反应，因而无温室气体产生，则该阶段有机碳的关系可以表示为：（3-1）经过预处理阶段，COD一般情况下可以去除30%，去除部分即为转移到污泥中的碳含量。2)生物处理阶段碳质量平衡生物处理阶段包括两个阶段，分别是厌氧处理阶段和好氧处理阶段。

a.厌氧处理单元碳质量平衡

厌氧处理过程主要是有机物经过分解转化产生甲烷和二氧化碳。在厌氧处理过程中，添加到厌氧反应池中的碳包括:进水时包含的有机物、投加的致碱物质中含有的碳以及进水时包含的无机碳;从反应池中流出的碳有:出水时包含的有机物、无机碳和所产生的气体中含有的碳。由于投加的致碱物质和无机碳的含量非常少，可以将这部分忽略不计，该阶段有机碳的关系可以表示为：（3-2）b.好氧处理单元碳质量平衡好氧处理过程，一部分是微生物氧化分解有机物产生二氧化碳和水等无机物，另一部分是微生物合成代谢和内源代谢产生二氧化碳和水等无机物。加入到好氧处理单元中的碳包括:进水时包含的有机物、投加的致碱物质中含的碳以及进水时包含的无机碳;从反应器中流出的碳有:出水时包含的有机物、排出的污泥中的有机物、无机碳和所产生的气体中含有的碳。由于投加的致碱物质和无机物量非常少，可以将这部分忽略不计，得到的碳的关系式：（3-3）（3-4）3)污泥处理阶段碳质量平衡污泥处理过程有机物反生反应转化成二氧化碳和甲烷等气体。在污泥处理阶段，进入到系统中的碳包括:进泥中的有机物、投加的致碱物质中含有的碳以及进泥中的无机碳:排出系统的碳有:排泥中的有机物、无机碳和所产生的气体中含有的碳。由于投加的致碱物质和无机碳量非常少，将这部分忽略，得到的碳的理论平衡方程式见式(3-5).（3-5）污泥处置阶段有机碳质量平衡

对于污泥处置过程，主要是污泥中的有机物发生化学反应产生二氧化碳、甲烷等气体。进入到系统中的有机碳包括:处置污泥中所含的有机物;排出系统的碳有:污泥处置阶段所产生的气体中含有的碳。最终还有部分有机碳残余在该系统中。（3-6）3.2.2污水处理系统有机氮追踪与质量平衡3.2.2.1污水处理系统有机氮追踪污水处理系统中，有机氮的去除多数采用生物脱氮工艺，生物脱氮是通过生物的还原作用，将硝酸盐氨化成一氧化氮，一氧化二氮和氮气的过程。在污水处理过程中，污水中的氮大多数是以有机氮和氨氮形式存在，亚硝酸盐的含量比较少。因此在污水处理过程中，要实现脱氮反应，需要利用微生物的作用，先使污水中的有机氮和氨氮转化成硝酸盐，然后再通过生物的作用使硝酸盐还原成氮气。因此，生物脱氮反应的关键在于将污水中的有机氮和氨氮转化成硝酸盐的反硝化过程和硝化过程。

硝化过程是指氨氮氧化成亚硝酸盐及亚硝酸盐被氧化成硝酸盐两个连续过程。反硝化过程是亚硝酸根和硝酸根转化的过程，这一过程是利用反硝化细菌的同化作用（亚硝酸根和硝酸根被还原成氨氮用于合成新细胞）和异化作用（亚硝酸根和硝酸根被还原成氮气、一氧化二氮或一氧化氮等气体）完成的。在生物脱氮环节，有机氮的主要转化过程见下式:

具体反应过程见图3.4.

图3.4生物脱氮反应关系图3.2.2.2污水处理系统有机氮质量平衡

进入到系统中的氮含量即为进水中的氮含量；从反应池中流出的氮有:出水中的氮、排出的污泥中的氮、产生气体中的氮总量。得到的碳的理论平衡方程式见式（3-7）（3-8）.

（3-7）（3-8）第4章污水处理厂碳排放测算碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。温室气体中最主要的气体是二氧化碳，因此用碳(Carbon)一词作为代表。污水处理过程直接排放的温室气体主要有三种，分别是CO2、CH4和N2O。为直观评价处理每单位污水产生的碳足迹效应，根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的研究报告[20]，CO2的增温潜势为１，CH4为25（减少1吨甲烷排放相当于减少25吨二氧化碳排放，即1吨甲烷的二氧化碳当量是25吨。，N2O为310．因此，本文把污水处理过程中产生的CH4和N2O分别折算为CO2当量（CO2－eq）。不同温室气体对地球温室效应的贡献程度不同。IPCC第四次评估报告指出，在温室气体的总增温效应中，二氧化碳(CO2)贡献约占63%，甲烷(CH4)贡献约占18%，氧化亚氮(N2O)贡献约占6%，其他贡献约占13%。为统一度量整体温室效应的结果，需要一种能够比较不同温室气体排放的量度单位，由于CO2增温效益的贡献最大，因此，规定二氧化碳当量为度量温室效应的基本单位。二氧化碳当量关注的是碳排放。4.1污水处理过程直接碳排放计算4.1.1CO2排放污水处理过程中CO2直接排放主要是来源于进水中有机物降解（包括好氧处理与厌氧处理）和微生物内源呼吸代谢过程。此外，因污水脱氮效果需要额外碳源，在反硝化处理过程中外加碳源也会导致CO2的直接排放。在污水处理过程中，污水中化石碳来源的有机物造成的CO2直接排放量占污水厂进水TOC(总有机碳含量)造成的CO2直接排放量的比例（kgC/kgC）范围为2.4~15.1%；本研究碳核算模型取各文献范围值的中间值8%，即污水处理过程中由进水TOC转化产生的CO2直接排放量中，化石碳来源的CO2直接排放量比例（FossilCarbonFactor，FCF）为8%。1）好氧处理过程CO2直接排放好氧处理过程排放的CO2主要由有机物好氧分解和微生物内源呼吸产生，有机物好氧分解过程中（以BOD5计算）和微生物内源呼吸生产CO2的化学反应式分别如下式（4-1和4-2）所示：（4-1）（4-2）在微生物好氧分解过程，消耗的氧气一部分用于微生物分解产生CO2，一部分用于合成新细胞。因此用于好氧分解产生CO2消耗的氧气量为总耗氧量减去合成细胞的耗氧量。即，根据化学关系式：因此，微生物内源呼吸生产CO2的量为：因此，该反应过程生成的CO2的直接排放量为[21,22]：式中：a——碳的氧当量，取1.47；这是因为在给排水规范中，计算污水需氧量时，通常利用碳的氧当量转化，当碳物质以BOD5计时，取1.47.c——常数，细菌细胞的氧当量，取1.42；以C5H7O2N表示细菌细胞，氧化一个C5H7O2N分子需要5个氧分子，即氧分子的相对原子质量32，C5H7O2N的相对质量为113，32×5/113=1.42.Q——好氧生物反应池的进水流量，m3/d；BODI,好氧——好氧生物反应池进水BOD，mg/L；BODo,厌氧——好氧生物反应池出水BOD，mg/L；y——MLVSS/MLSS；MLVSS是混合液挥发性悬浮固体浓度,MLSS是混合液悬浮固体浓度；这里取0.75.Y好氧——好氧池污泥产率系数，kgMLVSS/kgBOD5，范围为0.4-0.8，这里取0.6；HRT好氧——好氧生物池水力停留时间，d；MLVSS好氧——好氧生物池混合液挥发性悬浮固体平均浓度，mg/L；Kd——衰减系数，d-1，取0.05。则该过程中产生的化石源CO2直接排放量（kgCO2）为：式中：FCF污水处理——污水处理过程由BOD削解转化产生的CO2中的化石碳比例，说明如上，本核算方法中取8%。2）厌氧处理过程CO2直接排放厌氧过程由BOD削减和微生物内源代谢产生的CO2的化学反应式分别如下式所示：该过程中产生CO2直接排放量(kg

CO2)由下式计算[21,22]:

式中:

Q——厌氧生物反应池的进水流量，m3/d;

BODI,厌氧——厌氧生物反应池进水BOD,mg/L;

BODo,厌氧——厌氧生物反应池进水BOD,mg/L:

HRT厌氧——厌氧生物池水力停留时间，d;MLVSS厌氧——厌氧生物池混合液挥发性悬浮固体平均浓度,mg/L;Kd——衰减系数，d-1，取0.05。

则该过程中产生的化石源CO2直接排放量(kg

CO2)为:

3)反硝化外加碳源CO2排放在目前的生活污水处理实际工程运行中，反硝化阶段碳源不足是一个普遍情况，特别是我国生活污水进水有机物偏低。故在反硝化阶段，需要由外界投加碳源促进生物脱氮，而常用的外来碳源是甲醇，从全球大气碳库总量的角度来分析，甲醇是名副其实的化石碳。甲醇投加后，作为电子供体促进反硝化进而被氧化成CO2排放至大气中，这部分CO2是实实在在在的化石源CO2直接排放。投入甲醇发生的化学反应式为：根据化学反应式各数量关系，这部分由于外加碳源（甲醇）造成的化石碳CO2直接排放量[21,22]：式中：M——污水处理反硝化阶段外加甲醇总质量，kg/d综上所述，当计入生源碳时，污水处理过程CO2直接排放量由有机物好氧分解、呼吸内源代谢、厌氧硝化和外加碳源分解产生，污水处理过程中总CO2直接排放量为污水处理过程中化石源CO2直接排放量为：4.1.2CH4排放甲烷，全球第二大温室气体，是最重要的气候影响污染物（ＣＡＰｓ）［23］，而污水处理行业作为废弃物处理部门也是一个重要的甲烷排放源，是全球甲烷排放量增长速度最快的产业之一，而与此同时也具有着很大的减排潜力［23-26］。因此，精确核算污水厂甲烷排放量对于该行业的节能减排和能源利用都有着很大的意义。厌氧过程由BOD削减和微生物内源代谢产生的CH4的化学反应式分别如下式所示：污水厌氧处理过程BOD削解产生的CH4排放量（kgCH4/m3）计算如下：微生物内源代谢产生的CH4量为:CH4总排放量为

式中：Y厌氧——厌氧池污泥产率系数，kgMLVSS/kg

BOD5，通常取0.08;

TOCo,厌氧——

厌氧生物反应池进水TOC,mg/L;

TOCe,厌氧——

厌氧生物反应池进水TOC,mg/L;y——MLVSS/MLSS;

HRT厌氧——厌氧生物池水力停留时间，d;

MLVSS厌氧——厌氧生物池混合液挥发性悬浮固体平均浓度，mg/L;Kd——衰减系数，d-1。

为了更好的评价污水处理厂处理每吨水的碳足迹效应，进行单位转换，即污水厌氧处理过程中CH4直接排放的CO2当量(kgCO2当量)为:

4.1.3N2O排放N2O在污水处理厂中的排放已经存在数十年，主要发生在污水处理的脱氮阶段。《2006年IPCC国家温室气体清单指南》中虽然给出了集中式污水处理厂的N2O综合排放因子，即3.2gN2O/(人·年)，但是该数值一直存在着争议[3]。因为N2O生成和排放机理复杂，目前依旧没有形成关于主要机理的共识。而且，不同的因素，如溶解氧，碳氮比（COD/N），亚硝酸盐浓度，pH，及工况条件（运行模式，SRT等）都会对N2O的形成有所影响[27]。污水厂碳排放核算中，根据实际情况进行直接测量从而确定N2O排放系数，才能更准确地核算其排放量。但测定手段较为复杂，实际应用中不易操作和推广；故碳排放核算中，对传统硝化反硝化工艺大部分采用Foley等人的经验排放系数作为缺省值，即0.035kgN2O-N/kgN去除[27]。则N2O的排放量为:Q——污水处理厂的总进水量，m3/d;TNI——污水处理厂的进水TN量，mg/L；TNE——污水处理厂的出水TN量，mg/L；EFN——N2O-N排放因子，kgN2O–N/kgN。为了更好的评价污水处理厂处理每吨水的碳足迹效应，进行单位转换，即污水处理过程中N2O直接排放的CO2当量(kgCO2当量)为:4.1.4污水处理过程直接碳排放总量通过以上计算，可以得出：当计入生源碳时，污水处理过程过程温室气体排放量（以CO2当量计）为：（2）当不计入生源碳时，污水处理过程CO2直接排放量只计外加碳源分解引起的CO2直接排放：（3）不计入生源碳时，污水处理过程温室气体排放量（以CO2当量计）为：4.2污泥处置过程直接碳排放计算4.2.1污泥处理过程直接碳排放4.2.1.1厌氧消化污泥处置过程的厌氧消化，是目前处理剩余污泥的有效手段之一，该过程无氧的条件下，由厌氧细菌降解有机物，最终生成沼气，同时使污泥得到稳定。产生的沼气中的CH4经过充分燃烧生成CO2直接排放至大气中。这部分CO2和原沼气中含有的的CO2一直被认为是生源碳性质，因而往往被忽略。因而，本研究中将明确厌氧消化污泥中的化石碳含量，以及最终造成排放至大气中的化石源CO2量。本碳核算方法中，沼气中化石碳比例取2.2%，此外，Shahabad和Lelieveld等认为在收集和回收作业期间，生产的沼气有5％泄漏到大气中，这部分泄漏沼气中的CH4需要单独计算其碳排效应[28,29]。厌氧过程有机物降解和微生物内源代谢产生的CH4和CO2的化学反应式分别如下式所示：则污泥厌氧消化过程产生的CO2和CH4计算如下：式中:MCO2，沼气——污泥厌氧消化生成的沼气中CO2的量，kg

CO2/d;MCH4，沼气——污泥厌氧消化生成的沼气中CH4的量，kg

CH4/d;Q污泥——污水厂总污泥产量，m3/d;

VSSo，污泥厌氧——厌氧消化池进泥VSS,mg/L；VSSe，污泥厌氧——厌氧消化池出泥VSS,mg/L；MLVSS污泥厌氧池——污泥厌氧消化池中混合液挥发性悬浮固体平均浓度，mg/L;HRT厌氧消化——污泥厌氧消化池水力停留时间，d;

Kd——衰减系数；y——MLSS中MLVSS所占的比例;Y厌氧——厌氧池污泥产率系数，kg

MLVSS/kg

BOD5,通常取0.08。

则污泥厌氧消化产生的化石源CO2直接排放量(kgCO2/d)为:

式中:

FCF沼气——沼气中的化石碳比例，本核算方法中取2.2%。

污泥厌氧消化泄漏的CH4直接排放量(kg

CH4/d)为:

综上，污泥厌氧消化总温室气体排放量(kg

CO2当量/m3污泥)为:

4.2.1.2堆肥污泥堆肥可以杀灭寄生虫卵、病毒和病菌，同时提高污泥肥分，是农业利用的有效方法。常用的污泥堆肥为好氧堆肥，由于具有良好的通风环境，污泥中的可降解有机碳（DOC）基本上全部被转化为CO2，产生并释放至大气中的CH4量低于污泥初始碳含量的1%以下，可以忽略不计[3,18]。因此，污泥好氧堆肥处理过程产生的CO2直接排放量可根据碳所在物质的相对原子质量比计算得出，即该过程CO2直接排放量（kgCO2/d）为：式中:DOC——污泥中可降解的有机碳比例，采用IPCC发展中国家推荐值，15%；DOCf——可分解的DOC比例,

堆肥在好氧条件下完全腐熟，DOC几乎100%分解，其中2/3被转换成CO2，因此该值为0.67.

此外，污泥堆肥同样会产生温室气体N2O，可以根据IPCC经验公式计算其产生量(kg

N2O/d)

:

式中:

EFN2O，堆肥——污泥填埋过程的N2O排放因子，g

N2O/kg堆肥污泥，干重取0.6,湿重取0.3.本碳排放核算方法中，堆肥污泥中化石碳比例和剩余污泥一致。综上，污泥好氧堆肥所产生的总温室气体排放量（kgCO2当量/d）为：式中：FCF堆肥污泥——堆肥污泥中化石碳比例，本核算方法中取12%。4.2.2污泥处置过程直接碳排放4.2.2.1卫生填埋目前我国城镇污水厂污泥处置方式主要是经过深度脱水后进行卫生填埋，但是由于剩余污泥中含有一定量的有机物，在填埋时厌氧密闭的条件下，会产生CO2和CH4并最终排放至大气中。按照IPCC和静态经验模型中关于污泥填埋的质量平衡算法[3,22]，污泥填埋所造成的CO2和CH4直接排放量计算如下：式中:

DOC——污泥中可降解的有机碳比例，采用IPCC发展中国家推荐值，15%;DOCf——可分解的DOC比例，采用IPCC推荐值，50%;

MCF——CH4修正因子，厌氧填埋时取1;F——产生的填埋气中CH4比例，采用IPCC推荐值，50%。本碳核算模型中，填埋污泥中化石碳比例和剩余污泥同取值，故污泥厌氧填埋所产生的总温室气体排放量(kg

CO2当量/d)为:

式中:

FCF填埋污泥——填埋污泥中化石碳比例，本核算方法中取12%。4.2.2.2土地利用污泥土地利用可以实现资源高效利用，但是污水处理厂剩余污泥中含有的致病菌、重金属和微有机污染物等会影响土壤中作物生长和人类健康。所以尽管该方式是目前污泥处置主流方式之一，但也收到越来越多的质疑，而且污泥土地利用前最好先进行堆肥处理。污泥土地利用过程中主要释放的是CH4，而CO2和N2O产生的量较少可以忽略[30]，则该过程产生的总温室气体量（kgCO2当量/d）为：式中：EFCH4，土地利用——污泥土地利用的CH4排放因子，gCH4/kg污泥，这里取3.18计算。4.2.2.3焚烧污泥焚烧是在污泥高度干化，充分降低其含水率的基础上，在燃烧过程中将有机物氧化的过程，在此过程中有83%的碳以气体形式损失[20]。因为污泥焚烧是完全的化学氧化过程，故该过程所产生的CO2，在IPCC中称矿物碳，根据IPCC等质量平衡计算法，该过程产生的化石源CO2直接排放量（kgCO2/d）为：式中:

dm——需焚烧污泥中干物质含量(湿重),%;

CF——干物质中的碳比例(总的碳含量),

%;

FCF剩余污泥——化石碳在碳的总含量中的比例，%，本核算方法中取12%;OF——氧化因子，%，缺省值0.8。污泥焚烧过程中会产生N2O，可以根据IPCC经验公式计算其产生(kg

N2O/d)

:

式中:

EFN20,焚烧——污泥焚烧过程的N2O排放因子，g

N2O/kg焚烧污泥，干重取0.99,湿重取0.9。

故污泥焚烧所产生总温室气体排放量(kg

CO2当量/d)为:

4.3间接碳排放计算4.3.1热耗和电耗污水/污泥处理过程中需要消耗大量的电能，主要发生在曝气设备、鼓风机、水泵、搅拌电机、污泥脱水设备等设施，消耗电能的过程也是排放温室气体的过程，所以传统污水处理作为“高耗能”的代表，也来越受到关注。此外，污泥厌氧消化过程的搅拌和加热，该过程消耗的燃料和电力可折算成电力消耗为40kWh/t[5]。而电耗所造成的间接排放因子，根据中国区域电网基准线排放因子（一般范围为0.6~1.2kgCO2/kWh，取平均值为0.9（kgCO2/kWh）可以进行计算[5,20]。4.3.2药耗在污水、污泥处理过程中需要使用不同的化学药剂，而这些药剂在生产和运输过程中都会产生温室气体排放。污水厂在使用化学药剂的同时，这部分温室气体排放就成了污水处理间接的碳排放。实际污水、污泥处理所用药剂量可按设计手册、项目书或直接调研污水厂数据，相关化学药剂温室气体排放因子可从实际中获取。第5章实例分析5.1工程概况某污水处理厂（日处理规模为5万m3）受纳污水主要为其所在片区城镇居民生活污水，另有部分附近的小型加工企业的工业废水流入。各数据见下表所示。Q反应池的进水量m3/d44660BODI,好氧好氧生物反应池进水BODmg/L100BODo,好氧好氧生物反应池出水BODmg/L37MLVSS好氧好氧生物反应池混合液挥发性悬浮固体浓度mg/L100MLSS好氧好氧生物反应池混合液悬浮固体浓度mg/L75HRT好氧好氧生物池水力停留时间d0.5BODI,厌氧厌氧生物反应池进水BODmg/L126BODo,厌氧厌氧生物反应池进水BODmg/L100HRT厌氧厌氧生物池水力停留时间d0.25MLVSS厌氧厌氧生物池混合液挥发性悬浮固体平均浓度mg/L126MCH3OH污水处理反硝化阶段外加甲醇总质量kg/d2188Q污泥污水厂总污泥产量m3/d39458M污泥污泥质量kg/d31567TNI污水处理厂的进水TN量mg/L49TNo污水处理厂的出水TN量mg/L18W总耗电量kgkWh/d99475.2计算过程一、污水处理过程直接碳排放CO2直接排放厌氧处理过程CO2直接排放：厌氧过程中产生的化石源CO2直接排放量(kg

CO2)为:2）2）好氧处理过程化石源CO2直接排放:①有机物好氧分解过程产生的CO2量为:微生物内源呼吸生产CO2的量为：因此，污水好氧过程生成的CO2的直接排放量为：好氧处理过程中产生的化石源CO2直接排放量（kgCO2）为：反硝化外加碳源CO2排放：CH4排放①污水厌氧处理过程BOD削解产生的CH4排放量（kgCH4/m3）计算如下：②微生物内源代谢产生的CH4量为:CH4总排放量为

N2O的排放污泥处理过程直接碳排放计算三、污泥处置过程直接碳排放土地利用：化石源CO2量为四、间接碳排放：综合上所述，各阶段碳排放情况见下表5.2.各阶段碳排放量（单位：kgCO2当量/d）过程计入生源碳不计入生源碳直接碳排放污水处理过程直接碳排放CO2直接排放好氧354.3128.34厌氧3124.55249.96外加碳源3008.53008.5CH4直接排放7278.57278.5N20直接排放148.8148.8污泥处理CO2、N2O4098.94491.87污泥处置CH4直接排放2509.58301.15合计20523.1811507.12间接碳排放耗电8952.38932.3总计29475.4820439.42表5.2各阶段碳排放量该污水处理厂碳排放总量明细计入生源碳比例不计入生源碳比例日(kg)年(kg)日(kg)年(kg)直接排放20523.187490960.769.63%11507.124200098.856.30%间接排放8952.33267589.530.37%8932.33260289.543.70%总碳排放29475.4810758550.2100.00%20439.427460388.3100.00%表5.3碳排放总量明细表由表5.3可知，计入生源碳时，该污水处理厂日碳排放总量为29475.48㎏CO2当量，其中，直接碳排放量为20523.18㎏CO2当量，占比69,63%；间接碳排放量为8952.3㎏CO2当量，占比30.37%。该污水处理厂年碳排放量为10758550.2㎏CO2当量，即1.076万吨CO2当量。不计入生源碳时，该污水处理厂日碳排放总量为20439.42㎏CO2当量，其中，直接碳排放量为11507.12㎏CO2当量，占比56.30%；间接碳排放量为8932.3㎏CO2当量，占比43.70%。该污水处理厂年碳排放量为7460388.3㎏CO2当量，即0.75万吨CO2当量。因此，可以得出，当计入生源碳时，该污水处理厂的日碳排放水平为0.66㎏CO2/m3水，即0.66㎏CO2/t水，其中，直接碳排放水平为0.46㎏CO2/t水，占比69.70%，间接碳排放水平为0.2㎏CO2/t水，占比30.30%。不计入生源碳时，该污水处理厂的碳排放水平为0.46㎏CO2/t水，其中，直接碳排放水平为0.26㎏CO2/t水，占比56.52%，间接碳排放水平为0.2㎏CO2/t水，占比43.48%。5.3结论与建议传统污水处理厂能耗高、碳排放指数高，已经成为当今社会影响环境的严重问题，传统污水处理厂升级改造迫在眉睫。目前，国内外已经有部分污水厂升级改造，取得了一定的成果。比如，奥地利Strass污水处理厂以主流传统工艺(AB法)与侧流现代工艺(厌氧氨氧化)相结合方式实现剩余污泥产量最大化，通过厌氧消化产甲烷并热电联产实现了108%的能源自给率，完全达到碳中和运行目标[31]。目前，该厂利用剩余污泥与厂外厨余垃圾厌氧共消化，使得能源自给率高达200%，不仅实现能源自给自足，而且还有一半所产生的能量可以向厂外供应，已成为名副其实的“能源工厂”[31]。另外，除了该污水厂所关注的有机能量回收外，污水中还含有大量可以回收的其他能源和资源[32]，而且在全球范围内，污水处理资源能源回收正日益受到重视，并利用回收之资源能源抵消污水处理过程的消耗，以期实现污水处理碳中和运行甚至“净—零（Net-zero）”环境影响之目标[33]。睢县第三污水处理厂（新概念污水厂）就是一个很好的例子，将污水处理过程中的能源回收，以供给能源消耗，实现能源的回收再利用。同时，经过处理后的副产物在农业、花卉、种植及园林景观等方面也具有实际应用，将设施农业、环保科技展示及教育、休闲旅游公园等理念融入整个园区功能，系统展示形成具备科研、科普、都市农业、科技观光、艺术欣赏等功能的独特生态循环综合体。突破传统单纯的污水减排功能，凸显概念厂的资源化、能源化理念，采用工业化、模块化建设模式与城市生态示范基地、循环经济示范基地、环保科技教育基地、城市特色景观公园、农业旅游观光融合，将污水厂构建成有产能效益，可成为综合体供给，城市综合体重要组成部分。参考文献李静，污水处理系统温室气体排放量化评价及减排研究[D].山东建筑大学,

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排水工程

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of

Preferential

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of

FossilCarbon

within

Water

Resource

Recovery

Facilities

via

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&

Technology,

2016,

50

(22):

12166-12178Griffith

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Barnes

R

T,

Raymond

P

A.

Inputs

offossilcarbon

from

wastewatertreatmen