污水处理中温室气体排放的核算方法.docx
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污水处理中温室气体排放的核算方法
污水处理中温室气体排放的核算
方法调查报告
2012年10月
前言1
1IPCC优良做法2
㈠、废水处理CQ核算方法2
㈡、废水处理CH4核算方法2
1生活废水2
2工业废水5
㈢废水处理NbO核算方法6
1间接排放估算7
2源自高级集中废水处理厂的子类排放计算方法7
2其他方法8
㈠方法对比8
㈡综合生化反应过程法与耗电量折算法9
1废污水处理直接碳排量估算方法9
2废污水处理间接碳排量估算方法11
3附件13
、尸■、■
前言
随着我国经济的不断发展，人民的生活水平在不断提高，同时生活污水和工业污水的排放量在不断增加，城市污水处理厂的数量及处理能力也在逐年上升，逐年增加的污水处理厂在运行过程中不可避免地排放出大量温室气体，在处理过程中，废水的厌氧处理会产生甲烷（CH4），废水中氮的去除会产生氧化亚氮（N20）
而CH4和N2O的化学性质稳定，在大气中留存时间长，百年全球增温潜势分别为25和298（C02为1），全球变暖趋势是以C02辐射强迫为依据的通用换算方法表示这些变暖影响的程度，而辐射强迫是由于气候变化外部驱动因子的变化，如C02浓度或太阳辐射量的变化等造成对流层顶净辐照度发生变化，所以它们的排放会对气候产生长期影响。
污水处理中的C02排放是生物成因，在IPCC国家温室气体清单指南中未予考虑，没有纳入国家排放总量。
为了更好地控制温室气体的排放，需要对它们的排放量进行核算，而目前针对污水处理这一行业所排放温室气体的核算方法在国内研究相对较少，估算温室气体排放量时参数的选择主要是参考《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，以及《中国环境统计年报》、《中国统计年鉴》和相关文献。
在此对国内外的估算方法进行了比较，并总结了综合生化反应过程法与耗电量折算法对温室气体的估算，以供参考。
IPCC优良做法
㈠、废水处理CO2核算方法
由于废水的C02排放是生物成因，不应纳入国家排放总量，所以《IPCC指南》中未予考虑。
废水处理产生的C02排放主要是微生物分解有机物而产生的，而有机物是由具有光合作用或化能作用的生物利用二氧化碳合成而来，所以污水
中C02的排放是生物成因，无需进行核算。
㈡、废水处理CH4核算方法
1生活废水
估算源自生活废水的甲烷排放如下：
CH4排放八UTjEFjTOW-S-R
-j
其中：
CH4排放=清单年份的CH4排放量，单位为kgCH4/年
TOW二清单年份废水中有机物总量，单位为kgBOD/年
S=青单年份以污泥清除的有机成分，单位为kgBOD/年
Ui=清单年份收入群体i的人口比例
Tij=清单年份每个收入群体比例i利用处理/排放途径或系统j中的程度
i=收入群体：
乡村、城市高收入和城市低收入
j=各个处理/排放途径或系统
EFj=排放因子，单位为kgCH4/kgBOD
只=清单年份回收的CH4量，单位为kgCH4/年
1.1排放因子的选择
废水处理和排放的途径和系统的排放因子，可衡量废水处理和排放系统的甲烷修正因子（MCF）和最大产生潜势（Bo）。
Bo是CH4的最大量，可产生于废水中一定数量的有机物。
MCF表示每种处理和排放的途径和系统实现的CH4产生能力（Bo）范围。
因此，它又表明系统的厌氧程度。
各个生活废水处理/排放途径或系统的CH4排放因子计算如下：
EFj=Bo“MCFj|
其中：
EFj=排放因子，单位为kgCH4/kgB0D
」=各个处理/排放途径或系统
Bo=最大的CH4产生能力，单位为kgCH4/kgBOD
MCFj=甲烷修正因子（比例），参见表1
优良作法是应用Bo的特定国家数据（如果可以获取），表示为清除的
kgCH4/kgBOD，应与活动水平数据一致。
如果国家特定数据不能获取，则可以利用缺省值0.6kgCH4/kgBOD。
对于生活废水，基于COD的Bo值乘以因子2.4,便能转化成基于BOD的值。
表2介绍了生活废水的缺省最大CH4产生能力（Bo）
表2生活废水的缺省最大CH4产生能力（Bo）
0.6kgCH4/kgBOD
0.25kgCH4/kgCOD
1.2活动数据的选择
此源类别的活动数据是废水中有机可降解材料的总量（TOW）。
此参数是人口和人均BOD产生量的函数。
以生化需氧量（kgBOD/年）表示。
生活废水中有机可降解材料的总量的计算公式为：
TOW二PBOD0.001】1365
其中：
TOW=W单年份废水中的有机物总量，单位为kgBOD/年
卍清单年份的国家人口，（单位为人）
BOD=清单年份特定国家人均BOD，单位为g/人/天
0.00仁从gBOD到kgBOD的换算
匸排入下水道的附加工业BOD修正因子（收集的缺省值是1.25，未收集的缺省值是1.00）
表1生活废水的缺省MCF直
处理和排放途径或系
统的类型
备注
MCF
范围
未处理的系统
海洋、河流和湖泊排
有机物含量高的河流会变成厌氧
0.1
0-0.2
放
的
不流动的下水道
露天而温和
0.5
0.4-0.8
流动的下水道
快速移动，清洁源自抽水站的少
0
0
量CHH
已处理的系统
集中耗氧处理厂
必须管理完善。
一些CH会从沉积
0
0-0.1
池和其他料袋排放出来。
集中耗氧处理厂
管理不完善。
过载。
0.3
0.2-0.4
污泥的厌氧浸化槽
此处未考虑CH回收
0.8
0.8-1.0
厌氧反应堆
此处未考虑CH回收
0.8
0.8-1.0
浅厌氧化粪池
深度不足2米，米用专家判断。
0.2
0-0.3
深厌氧化粪池
深度超过2米
0.8
0.8-1.0
化粪系统
半分BOD沉降到厌氧池。
0.5
0.5
厕所
干燥气候、地下水位低于小家庭
0.1
0.05-0.15
（3-5
人）的厕所
厕所
干燥气候、地下水位低于公共厕
0.5
0.4-0.6
所（多用
户）
厕所
潮湿气候/流溢的水用途，接地水
0.7
0.7-1.0
面咼于
厕所
厕所
化肥的常规污泥清除
0.1
0.1
2工业废水
估算源自工业废水的CH4排放的通用公式如下：
CH4排放二、TOWi-SEFi-Ri
i
其中：
CH4排放量=清单年份的CH4排放量，单位为kgCH4/年
TOWi=清单年份源自工业i的废水中可降解有机材料总量，单位为kgCOD/年匸工业部门
Si=^清单年份以污泥清除的有机成分，单位为kgBOD/年
EFi=工业i的排放因子，单位为kgCH4/kgCOD（如果一家工业采用了不止一个处理做法，则此因子需要一个加权平均值）
尺=清单年份回收的CH4量，单位为kgCH4/年
2.1排放因子的选择
不同类型工业废水的CH4排放潜势差异很大。
因此，应尽可能收集数据以确定各工业的最大CH4生产能力（Bo）。
如前所述，MCF表示每种处理方法中的CH4产生潜势（Bo）范围。
因此，它又表明系统的厌氧程度。
工业废水的CH4排放因子计算如下：
EFj=Bo“MCFj]
其中：
EFj=各处理/排放途径或系统的排放因子，单位为kgCH4/kgBOD
」=各个处理/排放途径或系统
Bo二最大CH4产生能力，单位为kgCH4/kgBOD
MCFj=甲烷修正因子（比例），参见表3
表3工业废水的MCF值
处理和排放途径或系统
的类型
备注
MCF
范围
未处理
海洋、河流和湖泊排放
有机物含量咼的河流可能变成厌氧的，但不考
0.1
0-0.2
虑
已处理
耗氧处理厂
必须管理完善。
一些CH4会从沉积池和其他料袋
0
0-0.1
排放出来
耗氧处理厂
管理不完善，过载
0.3
0.2-0.4
污泥的厌氧浸化槽
此处不考虑CH回收。
0.8
0.8-1.0
厌氧反应堆
此处不考虑CH回收。
0.8
0.8-1.0
浅的厌氧化粪池
深度不足2米，米用专家判断
0.2
0-0.3
深厌氧化粪池
深度超过2米
0.8
0.8-1.0
2.2活动数据的选择
此源类别的活动数据是废水中有机可降解材料的总量（TOW）。
此参数可衡量工业产出（产品）P（单位为吨/年）、废水产生量W（单位为产品m3/吨）和废水COD可降解有机质浓度（单位为kgCOD/m3）。
工业废水中的有机可降解材料计算公式如下：
TOW=PiWCODi
其中：
TOWi=工业i的废水中可降解有机材料总量，单位为kgCOD/年
i=H业部门
Pi二工业部门i的工业产品总量，单位为t/年
Wi=生成的工业废水量，单位为m3/吨产品
CODi=ft学需氧量，单位为kgCOD/m3
㈢废水处理2O核算方法
《2006IPCC清单指南》指出：
N2O可产生于废水处理厂硝化和反硝化过程的直接排放，或将废水排入水道、湖泊或海洋后产生的间接排放。
通常直接排放小于间接排放，可视为次要来源，且可能只涉及有高级集中处理厂并采用硝化作用和反硝化作用步骤的国家。
在有条件的地区，可以统计源自高级集中处理厂的N2O排放。
1间接排放估算：
N2。
排放=N污水”EF污水”44/28
其中：
N2O排放=青单年份的N2O排放量，单位为kgN2O/年
N污水=排放到水生环境的污水中的氮含量，单位为kgN/年
EF污水=源自排放废水的20排放的排放因子，单位为kgN20-N/kgN
系数44/28是kgN20-N到kgN20的转化
污水排放的含氮量N污水通过下式计算：
N污水=P•蛋白质•-Fnpr”Fnon-conFind-com-N污泥
其中：
N污水二废水排污中氮的年度总量，单位为kgN/年
P=人口
蛋白质=每年人均蛋白质耗量，单位为kg/人/年
Fnpr=蛋白质中氮的比例，缺省值=0.16,，单位为kgN/kg蛋白质
Fnon-con=填加到废水中的非消耗蛋白质因子
Find-com=共同排放到下水道系统的工业和商业废水中的蛋白质因子
N污泥二随污泥清除的氮（缺省值=0），单位为kgN/年
2源自高级集中废水处理厂的子类排放计算方法
源自高级集中废水处理厂的排放量通常远小于排污产生的排放量，且可能仅
涉及主要有高级集中处理厂并采用可控的硝化作用和反硝化作用步骤的国家。
估
算源自这种工厂排放的综合排放因子是3.2gN2O/人/年。
此排放因子是美国北部的生活废水处理厂现场测试期间确定的（Czepiel等，1995）。
在仅接受生活废水的工厂获得排放数据。
这种废水已包括非消耗蛋白质，但不包括任何共同排放的工业和商业废水。
不可获得任何其他特定排放因子。
源自集中废水处理过程的N20排放，计算如下：
N2。
工厂=pT工厂Find_comEF工厂
其中:
N2O工厂=清单年份工厂的N2O排放总量，单位为kgNzO/年
P=人口
T工厂二现代集中的WWT工厂的利用程度，单位为%
Find-com=共同排放的工业和商业蛋白质的比例（缺省值=1.25,基于Metcalf和
Eddy（2003）以及专家判断的数据）
EF工厂=排放因子，单位为3.2gN2O/人/年
注：
如果某个国家选择纳入工厂的N2O排放，则与这些排放相关的氮含量（Nwwt）必须追溯计算，并从N污水中减去。
Nwwt计算可通过将N2O工厂乘以28/44，采用分子加权值。
二其他方法
㈠方法对比
IPCC所提出的各个领域的碳排放计算方法是温室气体排放计算的一个基本
框架，为了核算总体的碳排量，很多子工序因为繁杂或缺乏数据便被经验值与折
算参数所取代。
国外计算污水处理碳排量方法主要有经验参数折算法和能源消耗
折算法两种。
IPCC所推荐的废污水处理碳排量估算方法就是一种经验参数折算
法，需要大量的参数校正。
能源消耗折算法是把所有的温室气体折算成CO2,其
基础数据为能源消耗量，涉及的参数主要包括能源消耗比例系数及单位能耗的温室气体排放量。
国内现在基本就是参考IPCC所推荐的方法，赵天涛等（2009）提出了基于
碳平衡的核算方法，但这种方法主要考虑的是直接排放而忽略了间接排放，王曦
溪等（2012）对我国1998-2008年的废污水碳排量进行了估算，同时提出一种综合的核算法，即综合生化反应过程法与耗电量折算法，分别计算了我国废污水处理过程中相关生化反应所伴随的碳排量（直接碳排）和废污水处理过程中的能耗所对应的碳排量（间接碳排）。
生化反应过程法运用物质守恒定律并结合生化过程的基本参数对碳排量进行核算；耗电量折算法主要是通过计算废污水处理的总耗电量，进一步讲耗电量折算成碳排量。
生化反应过程与耗电量折算法均为理论估算法，在计算时采用的假设、限定条件及参数的取舍均会对计算结果产生影响。
且这种方法的碳排量计算结果是基于对可生化性较强的废污水采用好氧生物处理方法，产生的温室气体为二氧化碳，污泥处理主要采用厌氧生物处理法，产生的主要温室气体为二氧化碳与甲烷。
没有考虑废污水除磷脱氮工艺产生的氧化亚氮排放问题。
㈡综合生化反应过程法与耗电量折算法
1废污水处理直接碳排量估算方法
废污水处理过程碳排量的计算主要运用物质的量守恒定律、物质传递、传统生化处理的基本公式与参数来进行计算。
在计算过程中有3个假设条件：
①所有废污水经由处理后排放，忽略处理后废污水中残留有机物质；②废污水中的总有机碳最终归趋为分解消耗碳与微生物生命组成含碳；③废污水处理主要方式为好氧处理，有机碳分解主要以二氧化碳形式排放。
根据上述基本原理和假设条件，结合已有的研究得出表4所示公式。
表4生化反应过程法废污水处理碳排量推算参考公式
公式
符号意义、参数取值及相关说明
1
SC=3.66HC
SC:
废污水处理碳排量（mg>;HC:
有机物分解消耗量（mg）;3.66为CO折算系数（mg・mg1）
2
HC=TOC-ZC
TOC废污水排放总有机碳量（mg）;ZC:
微生物组
成含碳量（mg;公式来自质量寸恒疋律
3
TOC=TOC2TOC3
TOC:
生活污水总有机碳量（mg）;TOG:
可生化的
工业废水总有机碳量（mg）
4
TOC3=0.645TOC1
TOC:
工业废水总有机碳量（mg;0.645为工业废
1
水可生化系数（mg・mg）
5
TOO二COD1/2.643
COD:
工业废水COD（me）
6
TOC2二COD2—52.21/3.41
COD2生活污水COD（mg）
7
ZC=0.531X2
X2:
干泥产量（mg）;0.531为微生物生命组成
GHQN的C含量参数（mg・m（g）
8
：
X2二1—99.5%X
X:
剩余污泥量（mg）;公式对含水污泥与干污泥进行折算
9
：
X1二丫BOD—KdXvV
X1:
剩余泥产量变化量（mg-d）;二BOD1:
生
_1_1
化需氧量变化量（mg•d）;Xv：
泥浓度（mg•L）;V：
曝气池体积（L）;Y:
理论产率系数（mg・meg）;Kd：
泥自身氧化率（d_1）
10
X=Y/1Kd氏BOD2
re：
泥龄（d）;BOD2:
实际生化需氧量变化量
（me）
11
九=1/YNv-Kd
Nv：
泥负荷（mg・md-d_1）;公式由公式（9）、（10）推算而来，用于选取更合理的经验参数；Y=0.7mg-mg1;Kd=0.04d_1;Jc=4d;
_1_1
M=0.41mg-mg-d
12
BOD2=0.373COD8.43
计算目标是生活污水及工业废水处理的碳排量，已知量为城镇生活污水及工业废水排放的总COD，关键是算出废污水的总有机碳量及微生物组成含碳量，即表4中公式
（1）和
（2）。
微生物生命组成含碳计算是通过对剩余泥进行折算得到，折算办法见表4中公式（7）与（8）。
泥处理直接碳排量计算表5给出了泥处理碳排量具体的计算公式，计算目标
是泥消化过程中所排放的温室气体折合成二氧化碳的量，已知量是污水处理产干
污泥量（来自表4的计算结果）。
表5生化反应过程法泥处理碳排量推算参考公式
公式与参数符号意义、参数取值及相关说明
‘331
1AQ二k让AX2AQ:
产气量（m）；K1:
干泥产气参数，取值为1000m•g;
冰2:
干泥产量（mg；公式对厌氧消化产气量进行推算
2AQ=K^AXsK2:
湿泥产气参数（ntL-1）;心X3:
含水率为96%勺泥量（L）;公
式为另一种产气量推算式，用于选取更合理的经验参数
3
Qj=Q60%
Q：
排放
3
CH体积（m）;
60%为污泥厌氧消化产
CH比例
4
Qe=Q40%
Q：
排放
co体积（m）；
40%为污泥厌氧消化产
CO比例
5
Mj=Qj0.77
M:
排放
CH质量（kg）；
0.77为CH密度（kg•
-3、
m）
6
Me=Qe1.977
M：
排放
CO质量（kg）；
1.977为CO密度（kg
-3、
•m）
7
NC=Mj20+Me
NC
泥处理的总碳排量（
kg）；20为CH产生的温室效应折算系数
（kg•kg
I-1）
2废污水处理间接碳排量估算方法
在此介绍耗电量折算法估算废污水间接排放的碳排量，该计算方法有两个假设：
①忽略污泥处理耗电量；②忽略污水运输过程耗电量。
i生活污水处理间接碳排量估算生活污水较容易降解，主要以生物处理为
主要处理方式。
根据国家污染减排的规定，污水处理厂用电量必须达到
0.02-0.35kWh/m3以上方可认定处理量，常用生物处理方法的平均耗电量约为0.30kWh/m3，贝"活污水处理的总耗电量为：
SHH=sXST,其中，SHH为生活污水处理的总耗电量（kWH）,s为生活污水的好电系数（kWh/m3）,ST为生活污水总量（m3）。
再将耗电量折算成碳排量，每发1度（kWh）电产生的温室气体折算后二氧化碳量为8.448X10-4t，设其为电力排放因子b,该系数来源于美国能源部（EIA）发布的我国1999-2002年的电力排放因子，则处理生活污水的间接碳排量为：
SHP=bxSHH，其中，SHP为处理生活污水的间接碳排量（kg），b为电力排放因子。
ii工业废水处理间接碳排量估算工业废水水质差别很大，处理方式也不尽相同，因此，采用了将不同行业的工业废水处理碳排量依次计算后再求其总和的方法来计算间接碳排量。
各行业碳排量计算公式为；GYPi=bXgiXIi，其中，GYPi为各
行业废水处理碳排量（kg），gi为各行业耗电系数（kWh/m3），Ii为各行业废水排放量（m3）。
各行业的耗电系数是在参考相关文献的基础上，选取的处理体积废水所需要的耗电量范围，具体见表6。
表6各行业工业废水耗电系数
行业
耗电系数（kWh/m3）
计算取值（kWh/m3）
采矿业
0.14-3.10
0.4
饮食制造业
0.4-3.9
0.4
纺织、皮毛及其加工业
0.4-1.3
0.4
造纸及相关制品业
0.5-2.0
1.0
石油加工、炼焦及核燃料加工业
0.1-6.5
0.2
化学、医药制品业
0.40-1.85
0.6
冶金业
0.015-15.500
0.2
设备制造业
0.6-3.1
1.3
水电气供应业
0.29-1.10
1.1
其它行业
0.2
0.2
三附件
附件1:
污水处理技术概述
废水处理的目的，就是利用各种方法将污水中所含的污染物质分离出来，或
将其转化为无害的物质，从而使污水得到净化。
按废水净化程度可将处理分成三级：
一级处理：
除去油类、酸碱物质以及可以截留的悬浮物。
二级处理：
除去可溶性有机物和部分可溶性无机物以及经一级处理残留的悬
浮物
三级处理：
除去难降解的有机物和较高程度的除去可溶性N和P等无机物
按废水处理时的作用性质，可分成物理法、化学法和生物法。
1.物理法
物理法主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质，在其处理过
程中不改变污染物的化学性质。
常用的物理法有采用格栅、筛网、砂滤等方法截留各类漂浮物、悬浮物等；利用沉淀、气浮等方法分离比重与水不同的各类污染物质；利用离心法分离各类悬浮物质等。
物理法处*理技术
筛除沉淀除油气浮过滤离心分离
磁分离
萃取
电渗析膜分离｛反渗透超滤
2.化学法
化学法是利用化学反应的作用，去除污染物或改变污染物的性质。
它包括向废水中投加各类絮凝剂，使之与水中的污染物起化学反应，生成不溶于水或难溶于水的化合物，析出沉淀，使废水得到净化的化学沉淀法；利用中和过程处理酸性或碱性废水的中和法；利用液氯、臭氧等强氧化剂氧化分解废水污染物的化学氧化法；利用电解的原理，在阴阳两极分别发生氧化和还原反应，使水体达到以净化的电解法等。
”化学沉淀
中和
氧化还原
电解
混凝
活性碳吸附
消毒
3.生物法
生物法也称为生物化学法，简称为生化法。
生化处理法是处理污水中应用最广泛且比较有效的一种方法，它是利用自然界中存在的各种微生物，将污水中有机物分解和向无机物转化，达到净化水质、消除其对环境污染和危害的目的。
推流式活性污泥法完全混合活性污泥法分段曝气活性污泥法
好氧处理技术
活性污泥法
生化处理技术
厌氧处理技术
吸附—再生活性污泥法
延时曝气活性污泥法
深井曝气活性污泥法纯氧曝气活性污泥法氧化沟工艺活性污泥法序批式活性污泥法
'生物滤池
生物转盘
生物接触氧化法
、生物流化床
普通消化池
厌氧接触法
厌氧生物滤池
升流式厌氧污泥床
厌氧流化床
水解酸化法
生物膜法
UASB
然净化处
'好氧稳定塘
*稳定塘*兼性塘厌氧塘
废水土地处理系统
附件2:
好氧、厌氧和脱氮机理
一、好氧生物处理的基本生物过程
所谓“好氧”：
是指这类生物必须在有分子态氧气（Q）的存在下，才能进行正常的生理生化反应，主要包括大部分微生物、动物以及我们人类；
所谓“厌氧”：
是能在无分子态氧存在的条件下，能进行正常的生理生化反应的生物，如厌氧细菌、酵母菌等。
好氧生物处理过程的生化反应方程式：
1分解反应（又称氧化反应、异化代谢、分解代谢）
CHQNS+Q2CQ氧微生物+NHa+SQ：
+…+能量
（有机物的组成元素）
2合成反应（也称合成代谢、同化作用）
C、HQNS+能
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