孫祥超陳 偉賀姝峒張 寧

（1天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司 天津 300352 2天津環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司 天津 300191 3南開大學(xué) 天津 300071 4天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 天津 300191）

引言

氣候變化問題是當(dāng)前人類發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)，有效控制溫室氣體排放、走低碳發(fā)展道路是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略和生態(tài)文明建設(shè)的重要途徑[1]。當(dāng)前，大氣溫室氣體濃度已上升至80萬年以來的最高水平。其中，大氣中甲烷濃度自1750年以來已增長150%，增加幅度遠(yuǎn)高于其他兩種主要溫室氣體——二氧化碳與氧化亞氮（分別增長40%和20%）[2]，并且其導(dǎo)致全球氣候變暖的能力（即氣體在大氣中吸收熱量的能力）約為二氧化碳的25倍。污水處理甲烷排放是全球重要的甲烷排放源，同時(shí)具有增長快、減排潛力大的特征。因此，摸清區(qū)域污水甲烷排放量是進(jìn)一步采取有效措施減少部門甲烷排放、避免潛在的氣候變化風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作。

確定污水中或廢水中甲烷排放能力的主要參數(shù)是可降解有機(jī)物的數(shù)量，常見的有生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD）。同樣的條件下，COD或BOD濃度較高的廢水產(chǎn)生的甲烷通常會(huì)多于濃度較低的廢水。通常BOD經(jīng)常用于報(bào)告生活污水，而COD主要用于工業(yè)廢水[3]。由于我國統(tǒng)計(jì)資料中一般僅有COD指標(biāo)，因此需要采用BOD與COD的相關(guān)關(guān)系估算BOD。在目前國家省級溫室氣體清單編制工作中，一般采用BOD/COD地區(qū)推薦值[4]，但研究發(fā)現(xiàn)該推薦值往往與實(shí)測值有較大差距，導(dǎo)致污水處理甲烷排放量估算結(jié)果不準(zhǔn)確。鄭思偉等人采用政府間氣候變化專門委員會(huì)提供的估算方法，分別采用BOD/COD《浙江省市縣溫室氣體清單編制指南》推薦值和實(shí)測值估算了2011-2014年杭州市污水處理廠污水處理中的甲烷排放量，分析了其排放狀況，對比結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用實(shí)測值計(jì)算得污水處理廠甲烷排放量約為推薦值計(jì)算結(jié)果的75%左右，系統(tǒng)處理甲烷排放在總排放量中的占比則稍高于推薦值計(jì)算結(jié)果[5]。

天津是我國北方最大的沿海開放城市，是環(huán)渤海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)和全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要地位和作用。天津市一直以來積極推進(jìn)應(yīng)對氣候變化工作，對溫室氣體排放的統(tǒng)計(jì)與核算給予高度重視?！笆濉睍r(shí)期，天津市又提出強(qiáng)化能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、廢棄物處理等相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與調(diào)查，健全溫室氣體排放數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)[6]。在此背景下，本研究基于實(shí)測數(shù)據(jù)估算天津市生活污水BOD/COD特征值，核算近年來天津市生活污水甲烷排放量，以期為準(zhǔn)確編制溫室氣體排放清單、制定污水處理溫室氣體減排政策提供參考。

1 估算方法與數(shù)據(jù)

1.1 估算方法

本文采用《省級溫室氣體清單編制指南》（下稱《指南》）中廢水處理部分推薦的方法估算天津市2012-2015年生活污水甲烷排放量[4]。

生活污水處理甲烷排放的估算公式為：

式中，ECH4指估算年份生活污水處理甲烷排放總量（tCH4/年）；TOW指估算年份的生活污水中有機(jī)物總量（tBOD/年）；EF指排放因子（tCH4/tBOD）；R指估算年份的甲烷回收量（tCH4/年）。其中，排放因子（EF）的估算公式為：

式中，B0指甲烷最大產(chǎn)生能力；MCF指甲烷修正因子。

1.2 活動(dòng)水平數(shù)據(jù)與排放因子

生活污水處理甲烷排放估算中主要的活動(dòng)水平數(shù)據(jù)是污水中有機(jī)物的總量（TOW），BOD作為指標(biāo)，包括排入到海洋、河流或湖泊等環(huán)境中的BOD和在污水處理廠處理系統(tǒng)中去除的BOD兩部分。《指南》中提供了各區(qū)域平均BOD/COD推薦值，其中華北地區(qū)推薦值為0.45。在本文中，排入到環(huán)境中的COD排放量來自2013-2016年《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》中城鎮(zhèn)生活源COD排放量，污水處理廠去除的COD量來自天津市統(tǒng)計(jì)資料中代表全市95%污水處理量水平的COD處理量，BOD/COD采用《指南》推薦值與天津市統(tǒng)計(jì)資料中代表全市95%污水處理量水平的比值。

甲烷回收量在本文研究時(shí)期均取缺省值0。

甲烷最大產(chǎn)生能力，表示污水中有機(jī)物可產(chǎn)生最大的甲烷排放量，《指南》推薦生活污水為每千克BOD可產(chǎn)生0.6千克的甲烷。

甲烷修正因子表示不同處理和排放的途徑或系統(tǒng)達(dá)到的甲烷最大產(chǎn)生能力的程度，也反映了系統(tǒng)的厭氧程度?！吨改稀吠扑]的MCF全國平均值為0.165。

2 天津市生活污水甲烷排放與特征值

2.1 天津市污水處理概況

“十二五”時(shí)期，天津市新擴(kuò)建污水處理廠67座，配套管網(wǎng)1303千米，新增污水處理能力79.746萬噸/日，全市污水處理總規(guī)模達(dá)到330.47萬噸/日，城鎮(zhèn)污水集中處理率提高到91.5%[7]。城鎮(zhèn)生活源廢水排放量由2012年的63650萬噸增長至2015年的73972萬噸，增長16.2%（如圖1所示）。

圖1 城鎮(zhèn)生活源廢水排放量（萬噸）

2015，《天津市水污染防治條例》正式施行，并發(fā)布實(shí)施了《天津市污染物排放自動(dòng)監(jiān)測有效數(shù)據(jù)適用環(huán)境行政處罰規(guī)定》等3項(xiàng)配套制度。此外，天津市污水處理廠實(shí)行月監(jiān)測通報(bào)制度，建設(shè)污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，全市60家污水處理廠、22家重點(diǎn)企業(yè)已實(shí)現(xiàn)廢水自動(dòng)在線監(jiān)控，排水量達(dá)到全市排放總量的91%[8]。天津市良好的法律政策環(huán)境、監(jiān)測通報(bào)制度為估算天津市生活污水甲烷排放量、研究地區(qū)特征值提供了較好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2.2 BOD/COD地方特征值

依據(jù)天津市相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，本文獲取了代表天津市95%生活污水處理量水廠的年均BOD/COD值，包括進(jìn)水口比值、出水口比值，并據(jù)此估算出系統(tǒng)處理污水的BOD/COD值，可作為天津市特征值用于甲烷排放量估算。如表1所示，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，天津市2012-2015年生活污水處理廠進(jìn)水口BOD/COD范圍在0.33-0.38，出水口BOD/COD為0.19-0.21不等。系統(tǒng)處理部分的污水BOD/COD值由生活污水處理廠進(jìn)水口和出水口BOD/COD值、進(jìn)水口和出水口COD監(jiān)測值計(jì)算得出，在0.34-0.41范圍內(nèi)。

表1中2012-2015年天津市BOD/COD實(shí)測平均值可以作為地區(qū)特征值，即天津市污水處理廠進(jìn)水口、出水口與系統(tǒng)處理中的BOD/COD特征值分別為0.36，0.20和0.38。而《指南》中華北地區(qū)推薦值不僅沒有對污水處理環(huán)節(jié)進(jìn)行區(qū)分，而且遠(yuǎn)高于天津市污水處理各環(huán)節(jié)的BOD/COD值，對天津市生活污水甲烷排放量的估算結(jié)果可能產(chǎn)生較大影響。

表1 2012-2015年天津市BOD/COD特征值與《指南》推薦值

2.3 天津市生活污水甲烷排放量估算結(jié)果

2012-2015年天津市生活污水COD系統(tǒng)處理量與入環(huán)境排放量分別由天津市統(tǒng)計(jì)資料與《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》獲得，見表2。

表2 2012-2015年天津市生活污水COD處理量與排放量（單位：噸）

基于上述COD活動(dòng)水平數(shù)據(jù)、排放因子，并分別采用BOD/COD地方特征值與《指南》推薦值估算天津市2012-2015年生活污水甲烷排放量，結(jié)果如表3所示。

表3 2012-2015年天津市生活污水甲烷排放量估算結(jié)果比較（單位：噸）

結(jié)果表明，天津市2012-2014年污水處理甲烷排放量基本穩(wěn)定，2015年由于系統(tǒng)處理COD量增多，甲烷排放量有小幅增長。依據(jù)各年實(shí)測特征值估算結(jié)果，四年中由排入環(huán)境部分COD導(dǎo)致的甲烷排放量占總排放量的7.51%-10.51%不等，平均占比9.11%。此外，相比于采用天津市BOD/COD特征值估算的生活污水甲烷排放量，采用《指南》華北地區(qū)推薦值的估算結(jié)果較前者平均高估30.20%。

結(jié)語

本文通過天津市2012-2015年污水處理廠BOD/COD實(shí)測數(shù)據(jù)估算得出各年度天津市系統(tǒng)處理與排入環(huán)境污水的BOD/COD實(shí)測值，并提出將四年平均值作為地區(qū)特征值，分別為0.38和0.20；采用《指南》中推薦的華北地區(qū)BOD/COD值將導(dǎo)致甲烷排放量被高估30%以上。為進(jìn)一步減緩天津市及其他地區(qū)生活污水甲烷排放，推動(dòng)區(qū)域低碳發(fā)展，本文提出以下對策建議：

加強(qiáng)污水處理廠可降解有機(jī)物的監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)使用工作，形成基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的各地區(qū)BOD/COD推薦值。由于我國大部分省市難以獲取BOD統(tǒng)計(jì)量，而COD統(tǒng)計(jì)量常見于統(tǒng)計(jì)年鑒中，BOD/COD比值對生活污水甲烷排放量核算準(zhǔn)確性的十分重要。地區(qū)BOD/COD比值研究有利于準(zhǔn)確掌握城市污水處理廠甲烷排放情況，對研究各地區(qū)溫室氣體排放情況及污水廠甲烷排放控制與回收利用起到重要的支撐作用。

加強(qiáng)排放因子特征值研究，進(jìn)一步降低污水處理部門溫室氣體排放核算的不確定性。我國各省市仍缺乏在污水處理部門特定的排放因子，給溫室氣體排放量的估算帶來較大的不確定性。排放因子特征值估算較活動(dòng)水平數(shù)據(jù)獲取而言數(shù)據(jù)基礎(chǔ)要求更高、估算難度更大，建議有條件的地區(qū)加強(qiáng)對污水處理部門特定排放因子的研究，形成地方排放因子特征值。

積極開展污水處理廠甲烷收集利用工作，在有條件的污水處理廠優(yōu)先開展甲烷收集利用示范試點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)從污水厭氧處理階段回收沼氣，并將其直接或提純后用于電能、熱能及機(jī)械能的生產(chǎn)，在完成污水處理、減少了溫室氣體排放的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)能源的回收利用，并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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[3]Intergovernmental Panel on Climate Change.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories,Volume 5 Waste,Chapter 6:Wastewater treatment and discharge[R/OL].2006[2017-12-29].

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[5]鄭思偉,唐偉,徐海嵐,等.BOD/COD選取對污水處理廠甲烷排放量估算的影響——以杭州市為例[J].環(huán)境衛(wèi)生工程,2017,25(3):66-68.

[6]天津市人民政府辦公廳.天津市人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)天津市“十三五”控制溫室氣體排放工作實(shí)施方案的通知[EB/OL].2017[2017-12-29].

[7]天津市發(fā)展和改革委員會(huì).市發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)天津市“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的通知.(2017-05-05)[2017-12-29].[8]天津市環(huán)境保護(hù)局.2016天津市環(huán)境狀況公報(bào).(2017-05-27)[2017-12-29].