城市污水處理廠溫室氣體的釋放量估算研究

亓鵬玉（諸城市環境保護監測站，山東省諸城市262200）

城市污水處理廠溫室氣體的釋放量估算研究

亓鵬玉（諸城市環境保護監測站，山東省諸城市262200）

利用數學模型對諸城市某污水處理廠的溫室氣體釋放量進行了估算，結果表明，污水處理廠是溫室氣體的重要釋放源，CH4、N2O和CO2的釋放量分別為434.6kg/d、7.6kg/d和17778.1kg/d，CH4和N2O的溫室效應分別是CO2的23倍和296倍，將CH4和N2O的釋放量折算成CO2當量得出，污水處理廠的溫室氣體釋放總量為30054kgCO2/d。每處理1m3污水的溫室氣體釋放量為0.1kgCO2/d，每去除1kgCOD產生的CO2當量為0.63kg/d。

溫室氣體；污水處理廠；估算

氣候變暖是當今最矚目的全球性環境問題，溫室效應研究已成為熱點領域。導致氣候變暖的主要原因是由于大氣中溫室氣體濃度的不斷增加，二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）被認為是最重要的溫室氣體，根據政府間氣候變化專業委員會（IPCC）報告，CH4和N2O的溫室效應增溫潛勢分別是CO2的23倍和296倍[1]。污水處理廠被認為是溫室氣體的重要釋放源，污水處理過程中會釋放CO2、CH4、N2O等溫室氣體[2～3]。關于污水處理廠的溫室氣體釋放研究主要集中在單一種類溫室氣體CH4或N2O上[4～6]，對于城市污水處理廠溫室氣體釋放總量的估算研究鮮見報道。本研究利用數學模型估算了某城市污水處理廠CO2、CH4和N2O的釋放量，并根據各自的增溫潛勢折算出總的溫室氣體CO2當量，以期為評價我國城市污水處理過程在全球氣候變化中的貢獻提供基礎。

1 污水處理廠概況

該廠位于山東省諸城市，日處理污水8萬m3，服務人口30萬，主體工藝采用厭氧-缺氧-好氧法（A2/O）。

2 溫室氣體釋放量估算

污水處理廠溫室氣體的釋放主要來源于污水的生化處理部分，所以只對廠區內厭氧池、缺氧-好氧池的溫室氣體釋放進行了估算。模型估算公式根據Shahabadi和Monteith略作改進。

2.1 厭氧池

污水中COD成分的利用和微生物的內源呼吸公式如下：

COD厭氧分解產生的CH4和厭氧池總的CH4產生量計算公式如下：

一部分CH4會溶解在水中隨出水排出厭氧池，最終逸出到大氣中的CH4量應是總量與溶解態CH4量的差值，計算公式如下：

COD的降解和微生物細胞的內源呼吸過程也會釋放CO2，計算公式如下：

為了方便計算厭氧池所釋放的溫室氣體CO2當量，釋放的CH4應該乘以CH4的溫室效應增溫潛勢倍數23，轉化為CO2當量，厭氧池所釋放的總的溫室氣體CO2當量計算如下：

2.2 缺氧-好氧池

缺氧池-好氧池中，微生物細胞的生長、衰亡以及完全硝化、反硝化反應方程如下：

好氧池COD去除過程產生的CO2量及CO2總量計算公式如下：

在缺氧池中，反硝化過程會去除一部分COD，轉化為CO2，計算公式如下：

在缺氧-好氧池中，CH4的釋放量較小可以忽略，而N2O作為硝化過程副產物和反硝化過程的中間產物釋放量較大，N2O的釋放量計算公式如下：

3 結果與討論

在厭氧池中，有機碳的氧化和微生物內源呼吸產生的CO2量分為324kg/d和334.1kg/d，最終釋放到大氣中的溫室氣體CO2當量為10653.9kg/d。缺氧-好氧池中，經計算，反硝化過程中產生的CO2為8420kg/d，N2O作為反硝化過程的中間產物產生量較小，大約為7.6kg/d，折算成CO2當量為2280kg/ d。最終缺氧-好氧池總的CO2釋放當量為19400kg/d，污水處理廠全廠的CO2釋放當量為30054kg/d。

此污水處理廠日污水處理量為8萬m3，服務人口30萬。經計算，在污水處理廠的服務區域內，溫室氣體的人均釋放系數為0.019kgCO2/人，每處理1m3污水的溫室氣體釋放量為0.1kgCO2/d，每去除1kgCOD產生的CO2當量為0.63kg/d。

4 結論

研究結果表明，污水處理廠是溫室氣體的重要釋放源，在污水處理過程中會有大量CO2、CH4和N2O產生和釋放，其中厭氧池主要釋放CH4和CO2，缺氧-好氧池主要釋放CO2和N2O，經估算，污水處理廠總的CO2釋放當量為30054kg/d，每去除1kgCOD產生的CO2當量為0.63kg/d。作為溫室氣體的重要釋放源，污水處理廠在溫室氣體控制領域應該受到人們越來越多的重視。

符號說明：

MCH4，COD，An——厭氧池COD氧化產生的甲烷，kg/d；

Qi——污水流量，m3/d；

Si——進水COD濃度，kg/m3；

S-出水COD濃度，kg/m3；

PX，An-厭氧池增長的生物量，kgVSS/d；

KCH4，An-CH4的亨利系數，kg/m3atm；

PPCH4-厭氧池CH4分壓，kPa；

MCH4，total-厭氧池CH4的產生總量，kg/d；

Mx，degraded，An-厭氧池衰亡的生物量，kgVSS/d；

MCO2，An-厭氧池CO2的產生量，kg/d；

MtotalCO2，An-厭氧池釋放的CO2當量

MCO2，COD，Aerobic-好氧池氧池COD氧化產生的CO2，kg/d；

PX，aero-好氧池增加的生物量，kgVSS/d；

MCO2，total，Aerobic-好氧池CO2的產生總量，kg/d；

CODremoved，deni-缺氧池反硝化去除的COD，kg/d；

MX，deni-缺氧池反硝化過程增加的生物量，kgVSS/d；

MCO2，deni-缺氧池反硝化過程產生的CO2，kg/d；

MN2O，total-脫氮過程N2O的釋放量，kg/d；

MCO2，total，an-aero-缺氧-好氧池CO2釋放當量，kg/d。

[1]IPCC.Climate change[M].UK：Cambridge University Press.2001：239～287.

[2]尚會來，彭永臻，王淑瑩，等.污水生物脫氮過程中N2O的產生和減量化控制[J].中國給水排水，2008，24（6）：104～108.

[3]蒲貴兵，呂 波，尹洪軍，等.生活污水生物處理領域中的CDM機會探討[J].中國給水排水，2009，25（14）：1～5.

[4]El-Fadel，Massoud.M，Methane emissions from wastewater management[J].Environmental Pollution，2001，114：177～185.

[5]Czepiel.P，Crill.P，Harriss.R.Nitrous oxide emission from municipal wastewater treatment[J].Environmental Science and Technology，1995，29（9）：2352～2356.

[6]Foley·J，Haas·D，Zhiguo Yuan，et al.Nitrous oxide generation in fullscale biological nutrient removal wastewater treatment plants[J].Water Research，2009，44（3）：831～844.

X703

A

2095-2066（2016）33-0007-02

2016-11-12

亓鵬玉（1986-），男，山東諸城人，工程師，碩士研究生，研究方向為水污染控制。