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王洪臣:排水与污水处理行业应找准碳减排着力点

时间: 2021-10-11 10:29

来源: 中国水网

作者: 王洪臣


2019年,美国排水与污水处理原位直接碳排放量(CH4、N2O )占全社会总排放量的0.69%,加上能耗和物耗产生的异位间接排放,占比超过1%。其中,CH4排放量占全社会CH4总排放量的2.8%,占全社会温室气体总排放量的0.28%。

CH4排放量占0.3%,比1990年排放量降低了56%,主要措施是将小散厌氧处理设施改造为集中好氧处理设施、加强污泥厌氧消化沼气的收集及利用;N2O排放量占0.2%,比1990年排放量降低了16%,主要措施由于德国和法国提高了污水脱氮水平,两国分别降低了65%和47%。

2019年,美国排水与污水处理原位直接碳排放量(CH4、N2O )占全社会总排放量的0.69%,加上能耗和物耗产生的异位间接排放,占比超过1%。其中,CH4排放量为1030万吨CO2当量,占全社会CH4 总排放量的2.8%,占全社会温室气体总排放量的0.28%,化粪池、集中处理厌氧系统、集中处理好氧系统、集中处理出水、厌氧消化池,分散污水治理的化粪池是最大排放源。N2O排放量为2050万吨CO2当量,占全社会N2O 总排放量的5.8%,占全社会温室气体总排放量的0.41%。集中处理好氧系统及其出水是主要排放源。

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美国排水与污水处理排放源及其排放占比

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美国排水与污水处理排放源及其排放占比

对比欧美排水与污水处理原位直接碳排放的变化,欧洲自1990年以来持续下降,而美国CH4只是略有下降,N2O反而略有上升。欧洲减少厌氧过程、加强沼气收集、提高脱氮水平是持续下降的原因。美国加强沼气收集对降低CH4排放起到了一定作用,但分散污水系统存在2000多万个化粪池是巨大CH4排放源,CH4排放量难以明显下降。除了切萨皮克湾和墨西哥湾等敏感流域,美国许多城市污水脱氮水平并不高,例如,洛杉矶处理日能力为170万立方米的Hyperion特大型污水处理厂就没有脱氮设施。脱氮水平没提高,污水氮负荷在增大,这是N2O排放量增加的原因。进一步比较全社会碳排放,可发现,欧洲CO2、CH4、N2O三大温室气体都在持续降低,CH4、N2O降低更快,过去的30年,欧盟的碳减排量达到20亿吨。美国只是CO2排放量降低,也就是能源领域开展了减排,CH4、N2O排放量基本没有变化,总碳排放量下降缓慢。欧洲经验表明,CO2、CH4、N2O三大气体同步降低排放,也就是能源和非能源领域同步减排,才能实现较快减排,非能源领域减排可能更加明显。

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欧盟国家总碳排放量的变化

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欧盟国家CO2碳排放量的变化

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欧盟国家CH4碳排放量的变化

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欧盟国家N2O碳排放量的变化

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美国总碳及三大气体碳排放量的变化

排水与污水处理减碳的三大着力点

排水与污水处理有许多直接和间接碳排放源,但基于以上分析,化粪池等厌氧过程排放CH4、生物脱氮过程排放N2O、污水收集和处理过程的能耗和物耗间接排放CO2是三大重点排放源,且三部分排放量总体相当。因此,我们提出排水与污水处理行业减碳如下三大着力点:

第一,对是否取消化粪池要有明确的态度。约有15%到25%有机污染物在化粪池中被厌氧分解,是巨大的CH4排放源。新建居民区的排水系统还要不要建化粪池?已经建了的要不要拆除?行业已经讨论了许多年,迄今依然没有一个明确的态度。福建省多年前就发文取消化粪池,但未坚持到底;上海也曾研究取消,后来没了下文;同为苏南地区两个相邻的城市,一个明确建,另一个明确不建;山东某沿海城市还成立了一个化粪池管理处,专司化粪池建设与管理,而同为山东沿海城市的青岛,全市没有一个化粪池。城市排水系统设置化粪池,既产生碳排放,又导致污水处理厂碳氮比失调,外加碳源则又产生间接排放。另外,农村改厕户户建设化粪池,每户两三个人的黑水排入一个超大化粪池,实质上成了个大停留时间的厌氧反应器,导致大量CH4的逸散性排放,而出水很稀还导致后续处理设施无法运行。需要反思,取消化粪池会有后果吗?会造成下水道堵塞吗?如果堵塞有没有维护手段补救?西方国家的城市排水系统普遍不建或拆除了化粪池,青岛市没有一个化粪池,他们的排水系统照常运行。

为了碳减排,是时候研究取消化粪池了。

第二,研究污水处理过程N2O的释放、检测及控制要加大力度。目前,N2O在污水处理过程的释放机制及其影响因素还不清楚。研究发现,反硝化过程存在N2O释放,碳源种类和水平对释放量有显著影响;硝化过程也存在N2O释放,DO水平对释放量有影响;亚硝酸盐与羟胺发生化学反应可能直接生成N2O排放。由于N2O释放机制不清晰,检测及在线监测手段不成熟,相应的评估方法、控制对策也必然是空白,尤其是如何实现控制N2O和提高脱氮率之间的平衡,并进而达到协同,都亟需研究。

编辑:赵凡

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