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污水处理领域温室气体如何控排?

污水处理领域温室气体控排已被提上日程。2023年,生态环境部联合有关部门印发了《甲烷排放控制行动方案》。这是我国第一份全面、专门的甲烷排放控制政策性文件,其中提出加强污水处理甲烷排放控制。

不久前,国家发改委、住建部、生态环境部联合印发了《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》,提出加强污水处理节能降碳,减少温室气体排放。科学开展污水管网清淤管护,减少甲烷排放。

然而,从政策发布到措施落地,还面临很多困难。国家气候战略中心主任徐华清、国家气候战略中心市场机制研究部(清洁发展机制项目管理中心)副主任马翠梅认为,社会各界对甲烷控排的概念还较为生疏,行动力相对不足,且技术和人才缺乏,需要广泛动员全社会力量参与。

甲烷温室效应巨大

20年里全球变暖潜力是二氧化碳的81倍

甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳(CO2)的全球第二大温室气体,在大气中的寿命仅有约12年,但和二氧化碳相比,增温潜势要高得多。

中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣告诉记者:“根据IPCC公布的最新数据,在20年的时间尺度内,甲烷的增温潜势大约是二氧化碳的81倍。甲烷的效力随着时间推移而降低。但即使在100年的尺度上,它的增温潜势仍然是二氧化碳的27倍。”

据统计,2019年,全球碳排放量接近600亿吨。其中,二氧化碳、甲烷、氧化亚氮(N2O)三大温室气体占到碳排放总量的97.9%,占比分别为74.4%、17.3%和6.2%。虽然甲烷占比不足二氧化碳的1/4,但结合变暖潜力看,前者的影响不可忽视。

污水收集处理过程中,甲烷来自哪里?

化粪池甲烷排放问题值得关注

承担着北京市中心城区绝大部分污水收集处理工作的北京排水集团的工作人员告诉记者:“污水处理领域的甲烷排放主要来自污水收集阶段的污水管网、污水和污泥处理过程、污泥填埋处置等。”甲烷通常产生于厌氧环境中,由污水、污泥中的有机物分解生成。

“城市地下管网沉积物中多为厌氧环境,易诱发其中有机物厌氧消化,产生甲烷。其中一部分会从检查井处溢出并进入大气,另一部分会随着污水进入污水处理厂。污水处理厂对污水进行提升,预处理时会形成跌水和扬水过程,使部分甲烷释放到空气中。这是城镇污水排放甲烷的一个来源。”山西省城镇排水专业委员会专家委员郝晓光向记者介绍。

值得注意的是,地下排水管网生成甲烷气体,也是导致污水处理厂进水碳源浓度偏低、即COD偏低的原因之一,特别是夏季更为明显。因为污水中的有机碳源转化成甲烷释放出来,自然就会降低进水中的碳源浓度,从而影响污水处理效率。

从现有的工艺来说,污水处理厂的不同环节和构筑物中,不同程度的厌氧环境均会产生甲烷,包括调节池、水解酸化池、初沉池、曝气池死角、污泥储池等。

尽管如此,专家认为,与煤矿、油气田、养殖场等甲烷排放源相比,污水处理领域甲烷排放量较小、浓度较低。

北京建筑大学中—荷未来污水处理研发中心教授郝晓地等进行碳核算后告诉记者:“在污水处理碳排放总量(2/3直接碳排+1/3间接碳排)中,氧化亚氮占比约为55%,甲烷只占约5%。”

业内专家认为,在对甲烷进行控排时,需要考虑成本。比如,一些废弃矿坑里产生的甲烷都是高浓度的,对其进行封存,成本低、效果好。而污水处理领域甲烷排放量比较小,而且都是低浓度的,进行排放控制时,收集、处理成本相对较高,如果考虑投入产出比,可能不是最优选。

王洪臣说:“其实,污水处理厂厌氧环境产生的甲烷很少,而处于污水收集前端的化粪池的甲烷排放问题值得关注。”

化粪池是一种利用厌氧发酵、中层过粪等原理去除生活污水中悬浮性有机物的处理设施。目前,我国农村地区最常见的是三格式化粪池。污水经过化粪池沉淀后,可通过排水管道进入污水处理厂。

王洪臣认为,化粪池的使用不利于减少污水处理领域甲烷排放。他说:“有人认为拆除化粪池容易造成排水管道堵塞,这是个伪命题。导致我国化粪池堵塞的原因是多方面的。首先,我国很多地方一年才清理一次化粪池,频率较低,导致沉积物较多;其次,我国通常是一栋楼一个化粪池,人口密度大,导致污水中的渣子比较多等。目前,我国排水管网自动化清理水平在逐步提高,也有助于解决排水管道堵塞问题。”

想知道甲烷排放多少?

实际监测难,可利用公式估算

甲烷控排难,首先在于统计监测难。

郝晓光说:“在明确的政策要求下,污水处理厂温室气体控排被推到前沿,但是现在的问题是,一些污水处理厂对甲烷气体排放缺少了解,甚至不太清楚哪些环节会产生甲烷。在技术和数据欠缺的情况下,想要建立甲烷排放核算制度,定期报告甲烷排放数据,面临很大的困难。”

虽然我国发布了城镇污水处理厂污染物排放相关标准,对甲烷排放控制提出相关量化要求,但受上位法暂缺、高精度监测技术和设备缺乏、专业技术人员不足等因素制约,这些标准的执行和落实力度有待进一步加大。

郝晓地告诉记者:“理论上来说,实际检测最为准确,但并非每家污水处理厂均可实现,因为需要投资人力、在线检测仪表及其他物力等,对气体进行收集、分析,成本较高。目前,通常的做法是确定排放因子后计算获得。”

据悉,关于污水处理温室气体排放核算,中国城镇供水排水协会组织编写、郝晓地领衔主编的《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》已列出详细的计算方法与公式。

郝晓地介绍,根据估算,我国下水道碳排放量与污水处理厂总碳排放量(2800万吨/年,不含污泥处理)数量级相当,近2000万吨/年。国际研究也显示,市政下水道系统的甲烷排放量已与污水处理厂能耗产生的碳排放量相当。因此,下水道甲烷排放问题不容小觑,应采取措施减少污水在管道中的停留时间。

他强调:“其实,就污水处理厂直接碳排放而言,首当其冲的应是控制氧化亚氮排放。甲烷在污水处理厂内产生量小,主要发生于下水道中,难以人为控制。氧化亚氮主要产生于硝化和反硝化过程,因此,应尽量保证完全的硝化和反硝化,避免氮转换的中间滞留。实践中,只要对曝气池维持1.5mg/L的溶解氧和保证足够的碳源,在很大程度上就可以防止氧化亚氮产生。”


来源:中国环境报 阅读量:294 |   收藏
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