污水处理厂碳排放计算方法

碳排放

指通过现场测定得到的污染物产生或排放相关数据,进而核算污染物单位时间(核算期)产生量或排放量的方法。

指根据不同的原料、燃料、产品、工艺、规模和治理设施,选取相关行业产排污系数,结合核算期内产品产量直接计算确定污染物产生量和排放量的方法。 指依照温室气体排放清单列表,针对每一种排放源收集活动水平数据与排放因子,以活动水平数据和排放因子的乘积作为温室气体排放量估算值。

污水处理厂目前主要的碳排放，主要来源于：

1，能源消耗排放

2，甲烷排放

3，氮化物排放

一、能源消耗排放计算

污水处理厂通常使用大量能源（如电力、天然气等）来驱动处理设备（例如泵、鼓风机、搅拌器、加热设备等）。能源的消耗直接导致碳排放。

1.电力消耗：电力消耗会根据污水处理厂的规模、技术和效率不同而有所差异。根据电力供应的碳排放因子（不同地区电网的碳排放强度不同），可以计算出由于电力消耗产生的CO?排放量。

排放量计算公式：

CO2?排放量=电力消耗(kWh)×电力碳排放因子(kgCO2/kWh)

 

电力碳排放因子通常的计算公式为：

CEF=电力系统中所有发电源的CO?排放量/总发电量

总发电量：这是指电力系统在一定时间内（年度）生成的总电量。

计算案例：

假设某电力系统的能源结构为：

煤电：50%（排放因子为1 kg CO?/kWh）

天然气：30%（排放因子为0.4 kg CO?/kWh）

可再生能源：20%（排放因子为0 kg CO?/kWh）

假设该电力系统的年发电总量为100,000,000 kWh，则排放量计算如下：

煤电排放量：50% * 100,000,000 kWh * 1 kg CO?/kWh = 50,000,000 kg CO?

天然气排放量：30% * 100,000,000 kWh * 0.4 kg CO?/kWh = 12,000,000 kg CO?

可再生能源排放量：20% * 100,000,000 kWh * 0 kg CO?/kWh = 0 kg CO?

总排放量 = 50,000,000 kg + 12,000,000 kg + 0 kg = 62,000,000 kg CO?

电力碳排放因子 = 总排放量 / 总发电量 = 62,000,000 kg CO? / 100,000,000 kWh = 0.62 kg CO?/kWh

所以该电力系统的碳排放因子为0.62 kg CO?/kWh。

各能源排放因子系数：

煤炭：每千瓦时发电可能产生0.8到1.2千克的二氧化碳。

天然气：通常较低，约为0.4千克的二氧化碳。

可再生能源（如风能、太阳能）：二氧化碳排放为0。

根据电力供应的碳排放因子（不同地区电网的碳排放强度不同），可以计算出由于电力消耗产生的CO?排放量。

??能源排放因子，会因为当地的能源供应模式，产生较大的差异，需特别注意该因子的影响。在计算时，该数值会对排放量数值产生较大的影响。

 

2.甲烷排放计算

在污水处理过程中，特别是在厌氧处理阶段，可能会产生甲烷（CH?）。甲烷是强效温室气体，其温室效应是二氧化碳的25倍，因此控制甲烷排放非常重要。甲烷排放的主要来源是污泥处理过程，特别是厌氧消化阶段。排放量可通过对污泥量、厌氧处理的效率以及甲烷产生的比率进行估算。

排放量计算公式：

CH4?排放量=污泥量(吨)×甲烷排放因子(kgCH4/吨)

甲烷排放因子关联因素：

1.有机物含量：

污泥中有机物含量越高，理论上能产生的甲烷量也就越多，因此甲烷产生系数与有机物（如挥发性固体、COD等）含量密切相关。

2.污泥类型：

不同来源的污泥（如城市污水、工业污水、农业污泥等）有着不同的有机物组成和性质，从而影响其甲烷产生系数。例如，富含可降解有机物的污泥，如含有较高脂肪、蛋白质和糖类物质的污泥，往往具有较高的甲烷产量。

3.厌氧消化过程：

在污泥的厌氧消化过程中，微生物通过一系列降解反应将有机物转化为甲烷，转化率受到温度、pH、停留时间等因素的影响。这些因素会影响最终的甲烷产量。

4.污泥的初始有机物含量：

污泥中的有机物含量越高，产生甲烷的潜力越大。通过监测污泥的化学需氧量（COD）或挥发性固体（VS）等指标，可以推测甲烷产生系数。

5.厌氧条件：

温度、pH、停留时间等环境因素对甲烷的产生影响很大。在最适温度（大约35-37℃）和合适的pH范围内（6.8-7.4），甲烷的产生通常最为高效。

6.污泥预处理：

不同的污泥预处理方法（如热水解、超声波处理、机械破碎等）会影响有机物的可降解性，进而影响甲烷产生系数。通过预处理可以提高污泥的甲烷产量，尤其是在厌氧消化过程中。

7.COD浓度

在污泥厌氧消化过程中，COD（化学需氧量）可以用来评估污泥的有机负荷。理论上，污泥中COD的含量越高，甲烷产量也越高。因此，甲烷产生系数和COD之间是直接相关的。当污泥中COD浓度较高时，表示该污泥中富含有机物，能提供更多的可供厌氧微生物降解的底物，从而提高甲烷的产量。也可以使用标准的排放因子可以根据污水的COD或BOD负荷来估算甲烷的排放量。

CH4=排放因子×有机物负荷

甲烷的排放因子：

甲烷产生系数是指单位质量的有机物在厌氧条件下转化为甲烷的潜力，通常以m? CH?/kg的方式表示。这一系数用于估算污泥经过厌氧消化后能够产生的甲烷气体量。

甲烷排放因子= 排放的甲烷量 / 污水处理量

常用数值范围：

一般情况下，城市污水处理厂中处理后的污泥的甲烷产生系数约为0.25-0.35 m? CH?/kg VS（挥发性固体）。在一些高有机物的污泥中，这一系数可能更高。也可以用甲烷产气量来估算，通常在每吨污泥产甲烷0.15-0.6立方米。这与污泥性质，系统构成相关，在一些高有机物的污泥中，这一系数可能更高。

3、氮化物排放计算

在污水处理过程中，氮氧化物（NOx）通常是在好氧处理阶段产生的。NOx的排放主要与曝气过程的强度、好氧微生物活动以及操作工况等因素有关。

氮氧化物排放量的计算通常与曝气量、好氧反应器的容量以及氮氧化物的排放因子有关。

排放量计算公式：

NOx?排放量=处理水量(m3)×氮氧化物排放因子(kgNOx/m3)

氮化物排放因子的计算一般包括以下步骤：

常见的氮化物包括：

氨氮（NH?-N）：主要来自生活污水、农业污染等。

硝酸盐氮（NO??-N）：是氨氮经过硝化作用转化而来的。

亚硝酸盐氮（NO??-N）：是硝化过程中的中间产物。

总氮（TN）：包括氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及有机氮等。

计算污染物负荷：

1.污染物负荷是指某一单位时间内污染物的总量，通常表示为：

L=C×Q

通过此公式可以计算污水处理厂进水和出水的氮化物负荷。

L为氮化物的负荷，单位为千克（kg）；

C为氮化物浓度，单位为毫克/升（mg/L）；

Q为污水流量，单位为立方米/小时（m?/h）或立方米/天（m?/d）。

2.排放量计算：

氮排放量计算：

M=Q*(TN(进）-TN（出））*EF*C/1000

二氧化碳排放量计算：

E=M*f

 

m：为N2O直接碳排放量，kgN2O；

Q：为污水生物处理单元进水水量，m3；

TN：(进)为污水生物处理单元平均进水TN浓度；TN(出)为污水生物处理单元平均出水TN浓度；

EF：为N2O排放因子，取值为0.016kgN2O·kg-1TN;

C：(N2O/N2)为N2O/N2分子量之比，取值为44/28;

f：为N2O温室效应指数，取值为265kgCO2·kg-1N2O；

E：为N2O直接碳排放量，kgCO2。

 

污水处理过程中还可能涉及到其他温室气体的排放，尤其是在氮处理阶段。这些排放通常通过采样和测试来估算，或者根据已知的排放因子进行推算。

二、其它排放

总碳排放计算

将上述各个来源的碳排放相加，就可以得出污水处理厂的总碳排放量。这包括了能源消耗、甲烷、氮氧化物等各类温室气体的排放。

总的来说，污水处理厂的碳排放计算是一个综合性的过程，涉及多个环节和不同的排放源。通过合理的能源管理和排放控制措施，可以有效地减少碳排放，提升污水处理厂的环境可持续性。