城市污水处理厂温室气体的释放量估算研究

亓鹏玉（诸城市环境保护监测站，山东省诸城市262200）

城市污水处理厂温室气体的释放量估算研究

亓鹏玉（诸城市环境保护监测站，山东省诸城市262200）

利用数学模型对诸城市某污水处理厂的温室气体释放量进行了估算，结果表明，污水处理厂是温室气体的重要释放源，CH4、N2O和CO2的释放量分别为434.6kg/d、7.6kg/d和17778.1kg/d，CH4和N2O的温室效应分别是CO2的23倍和296倍，将CH4和N2O的释放量折算成CO2当量得出，污水处理厂的温室气体释放总量为30054kgCO2/d。每处理1m3污水的温室气体释放量为0.1kgCO2/d，每去除1kgCOD产生的CO2当量为0.63kg/d。

温室气体；污水处理厂；估算

气候变暖是当今最瞩目的全球性环境问题，温室效应研究已成为热点领域。导致气候变暖的主要原因是由于大气中温室气体浓度的不断增加，二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）被认为是最重要的温室气体，根据政府间气候变化专业委员会（IPCC）报告，CH4和N2O的温室效应增温潜势分别是CO2的23倍和296倍[1]。污水处理厂被认为是温室气体的重要释放源，污水处理过程中会释放CO2、CH4、N2O等温室气体[2～3]。关于污水处理厂的温室气体释放研究主要集中在单一种类温室气体CH4或N2O上[4～6]，对于城市污水处理厂温室气体释放总量的估算研究鲜见报道。本研究利用数学模型估算了某城市污水处理厂CO2、CH4和N2O的释放量，并根据各自的增温潜势折算出总的温室气体CO2当量，以期为评价我国城市污水处理过程在全球气候变化中的贡献提供基础。

1 污水处理厂概况

该厂位于山东省诸城市，日处理污水8万m3，服务人口30万，主体工艺采用厌氧-缺氧-好氧法（A2/O）。

2 温室气体释放量估算

污水处理厂温室气体的释放主要来源于污水的生化处理部分，所以只对厂区内厌氧池、缺氧-好氧池的温室气体释放进行了估算。模型估算公式根据Shahabadi和Monteith略作改进。

2.1 厌氧池

污水中COD成分的利用和微生物的内源呼吸公式如下：

COD厌氧分解产生的CH4和厌氧池总的CH4产生量计算公式如下：

一部分CH4会溶解在水中随出水排出厌氧池，最终逸出到大气中的CH4量应是总量与溶解态CH4量的差值，计算公式如下：

COD的降解和微生物细胞的内源呼吸过程也会释放CO2，计算公式如下：

为了方便计算厌氧池所释放的温室气体CO2当量，释放的CH4应该乘以CH4的温室效应增温潜势倍数23，转化为CO2当量，厌氧池所释放的总的温室气体CO2当量计算如下：

2.2 缺氧-好氧池

缺氧池-好氧池中，微生物细胞的生长、衰亡以及完全硝化、反硝化反应方程如下：

好氧池COD去除过程产生的CO2量及CO2总量计算公式如下：

在缺氧池中，反硝化过程会去除一部分COD，转化为CO2，计算公式如下：

在缺氧-好氧池中，CH4的释放量较小可以忽略，而N2O作为硝化过程副产物和反硝化过程的中间产物释放量较大，N2O的释放量计算公式如下：

3 结果与讨论

在厌氧池中，有机碳的氧化和微生物内源呼吸产生的CO2量分为324kg/d和334.1kg/d，最终释放到大气中的温室气体CO2当量为10653.9kg/d。缺氧-好氧池中，经计算，反硝化过程中产生的CO2为8420kg/d，N2O作为反硝化过程的中间产物产生量较小，大约为7.6kg/d，折算成CO2当量为2280kg/ d。最终缺氧-好氧池总的CO2释放当量为19400kg/d，污水处理厂全厂的CO2释放当量为30054kg/d。

此污水处理厂日污水处理量为8万m3，服务人口30万。经计算，在污水处理厂的服务区域内，温室气体的人均释放系数为0.019kgCO2/人，每处理1m3污水的温室气体释放量为0.1kgCO2/d，每去除1kgCOD产生的CO2当量为0.63kg/d。

4 结论

研究结果表明，污水处理厂是温室气体的重要释放源，在污水处理过程中会有大量CO2、CH4和N2O产生和释放，其中厌氧池主要释放CH4和CO2，缺氧-好氧池主要释放CO2和N2O，经估算，污水处理厂总的CO2释放当量为30054kg/d，每去除1kgCOD产生的CO2当量为0.63kg/d。作为温室气体的重要释放源，污水处理厂在温室气体控制领域应该受到人们越来越多的重视。

符号说明：

MCH4，COD，An——厌氧池COD氧化产生的甲烷，kg/d；

Qi——污水流量，m3/d；

Si——进水COD浓度，kg/m3；

S-出水COD浓度，kg/m3；

PX，An-厌氧池增长的生物量，kgVSS/d；

KCH4，An-CH4的亨利系数，kg/m3atm；

PPCH4-厌氧池CH4分压，kPa；

MCH4，total-厌氧池CH4的产生总量，kg/d；

Mx，degraded，An-厌氧池衰亡的生物量，kgVSS/d；

MCO2，An-厌氧池CO2的产生量，kg/d；

MtotalCO2，An-厌氧池释放的CO2当量

MCO2，COD，Aerobic-好氧池氧池COD氧化产生的CO2，kg/d；

PX，aero-好氧池增加的生物量，kgVSS/d；

MCO2，total，Aerobic-好氧池CO2的产生总量，kg/d；

CODremoved，deni-缺氧池反硝化去除的COD，kg/d；

MX，deni-缺氧池反硝化过程增加的生物量，kgVSS/d；

MCO2，deni-缺氧池反硝化过程产生的CO2，kg/d；

MN2O，total-脱氮过程N2O的释放量，kg/d；

MCO2，total，an-aero-缺氧-好氧池CO2释放当量，kg/d。

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

[2]尚会来，彭永臻，王淑莹，等.污水生物脱氮过程中N2O的产生和减量化控制[J].中国给水排水，2008，24（6）：104～108.

[3]蒲贵兵，吕 波，尹洪军，等.生活污水生物处理领域中的CDM机会探讨[J].中国给水排水，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

亓鹏玉（1986-），男，山东诸城人，工程师，硕士研究生，研究方向为水污染控制。