19982008年我国废水污水处理的碳排量估算

第32卷第7期2012年7月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.7Jul.,2012基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(No.2009AA064301)SupportedbytheNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChina(No.2009AA064301)作者简介:王曦溪(1988—),女,E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:WANGXixi(1988—),female,E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]王曦溪,李振山.2012.1998—2008年我国废水污水处理的碳排量估算[J].环境科学学报,32(7):1764-1776WangXX,LiZS.2012.Estimationofcarbonemissionfromwastewatertreatmentfrom1998to2008inChina[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(7):1764-17761998—2008年我国废水污水处理的碳排量估算王曦溪1,2,李振山1,2,∗1.北京大学深圳研究生院城市人居环境科学与技术重点实验室,深圳5180552.北京大学环境工程系,水沙科学教育部重点实验室,北京100871收稿日期:2011-09-08　　　修回日期:2011-11-25　　　录用日期:2011-12-28摘要:对我国1998—2008年的废污水碳排量进行了估算.同时,提出一种综合的碳排量估算方法,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,进一步将耗电量折算成碳排量.计算结果表明,1998—2008年我国废水污水处理产生总平均碳排量为35.4×106t.污水处理产生的碳排量大于废水处理产生的碳排量,平均占总碳排量的56.3%,呈逐年上升趋势.废污水处理产生的直接碳排量大于间接碳排量,平均占碳排总量的51.7%,呈逐年下降趋势.直接碳排量中,生活污水处理碳排量占73.6%,呈逐年上升趋势,而且水处理碳排量平均为泥处理碳排量的4.27倍.间接碳排量中,生活污水处理碳排量占37.5%,且呈上升趋势,工业碳排量较大的行业,如造纸及相关制品业,化学、医药制品业与水电气供应业碳排量分别占总量的25.2%、18.6%和17.5%.关键词:废污水处理;碳排量;生化反应过程法;耗电量折算法文章编号:0253-2468(2012)07-1764-13　　　中图分类号:X32　　　文献标识码:AEstimationofcarbonemissionfromwastewatertreatmentfrom1998to2008inChinaWANGXixi1,2,LIZhenshan1,2,∗1.KeyLaboratoryofEnvironmentalScienceandTechnologyofUrbanHumanSettlements,ShenzhenGraduateSchoolofPekingUniversity,Shenzhen5180552.KeyLaboratoryofWaterandSedimentScience,MinistryofEducation,DepartmentofEnvironmentalEngineering,PekingUniversity,Beijing100871Received8September2011;　　　receivedinrevisedform25November2011;　　　accepted28December2011Abstract:Anewmethodwasdevelopedtoestimatecarbonemissionfromsewagetreatmentfrom1998to2008inChina.Carbonemissionconsistsofgreenhousegasemissionfrombiochemicalreaction(directemission)andfrompowerconsumption(indirectemission)duringwastewatertreatment.Theestimationofdirectemissionwasbasedonlawofconservationofmatterandparametersofbiochemicalreactionsineffluenttreatmentwhiletheestimationofindirectemissionwasbasedonconversionratiooftheenergyconsumptiontocarbonemission.Theresultshowsthatcarbonemissionfromwastewatertreatmentisaverage35.4milliontonsfrom1998to2008inChina.Carbonemissionfromdomesticsewagetreatmentisgrowingyearly,andaccountsforaverage56.3%oftotalcarbonemissionfromeffluentdisposaltreatment.Indirectcarbonemissionfromwastewatertreatmentisgraduallydecreasing,andtakesupaverage51.7%ofthetotalemissionduringthestudiedyears.Bothdirectandindirectcarbonemissionfromdomesticsewagetreatmentincreaseyearly,whichaccountfor73.6%and37.5%ofthetotalemission,respectively.Directcarbonemissionfromsludgetreatmentaccountsforasmallpart,only19.0%ofthetotaldirectemission.Topthreeindustrialsourcesofindirectcarbonemissionarepaperandrelativeproductsmaking,medicineandchemicalproduction,andgenerationandsupplyofwater-power-gas.Theydischarge25.2%,18.6%and17.5%ofthetotalindustrialindirectemission,respectively.Keywords:wastewatertreatment;carbonemission;biochemicalreactionprocess;powerconsumption7期王曦溪等:1998—2008年我国废水污水处理的碳排量估算1　引言(Introduction)全球变暖使人们开始关注各行各业的碳排量问题.由世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)于1988年共同建立的政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出了一系列温室气体排放计算方法,其中推荐的方法被各组织广泛应用,如美国能源信息署(EIA)、世界资源研究所(WRI)、联合国气候变化公约(UNFCCC)、国际能源署(IEA)等(张志强等,2009).我国曾参考IPCC编制的《国家温室气体清单编制指南》(1996年修订版)(IPCCetal.,1997)对1994年我国废污水的甲烷排放量进行了估算(高广生,2007).该方法与IPCC于2000年发布的《国家温室气体清单优良做法指南和不确定性管理》中关于废污水处理甲烷排放量的估算方法基本一致(IPCC,2000).在2010年IPCC发布的《2006国家温室气体清单编制指南》中稍有调整,如增添未纳管废污水的甲烷排量及深度废污水处理厂的氧化亚氮排量估算等(NGGIP,2006).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.因此,细致到每一个领域,不少国家均提出了相应的碳排量计算方法,例如,有学者采用化石燃料的非能源利用计算了德国和美国的碳排量(Freedetal.,2005;Weissetal.,2008);Wu等(2010)采用一种标杆运营新方法计算了新加坡酒店业的运营碳排放量;Limmeechokchai等(2007)采用产业链法及总输入输出法计算了泰国的碳排量;Wanichpongpan等(2007)运用生命周期法估算了垃圾填埋场的碳排量;Wang等(1997)基于森林消长计算了澳大利亚的碳排量变化;Mohareb等(2007)采用综合废弃物管理模型估算了加拿大固废处理的碳排量;还有学者对丹麦固体废弃物及废污水处理方式改变过程中温室气体的减排状况进行了估计,其中,废污水处理的碳排核算主要通过耗电量折算来估计(Poulsenetal.,2009).联合国气候变化框架公约(UNFCCC)第三次缔约方大会(COP3)提出的清洁发展机制(CDM)也涉及到碳排放核算的相关内容(UNFCCC,2010).CDM推荐的算法相对细致,估算结果表明,水处理中耗电耗油量折算的碳排量相对较小(UNFCCC,2010).国内学者参考CDM相关算法对固体废物处理和处置的碳排量进行了核算,但尚未计算废污水处理的碳排量(Hanetal.,2010).考虑到我国的废污水处理方法主要为好氧处理,赵天涛等(2009)提出了基于碳平衡的废污水处理碳排量计算方法,计算结果显示,进入废污水处理系统的有机碳60%转化为气体,其中,36%为二氧化碳,24%为甲烷.国外计算废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.采用经验参数折算方法估算的温室气体包括甲烷与氧化亚氮,其基础数据为人口与工业行业商品产量,涉及的经验参数包括城市化程度系数、排放系数、矫正系数3类.我国学者曾参考该方法用人口数量/生活污水化学需氧量(COD)排量、工业废水排水量/工业废水COD排量乘以经验参数估算了废污水处理排碳量(高广生,2007).能源消耗折算方法是将所有的温室气体折算为二氧化碳,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.在方法方面,IPCC所推荐的废污水处理碳排量估算方法是一种经验参数折算法,而CDM推荐的算法相对比较复杂,二者都是面向各行业碳排量估算提出的,各国各行业应用时需要做大量的参数校正和指标取舍工作.鉴于我国废污水量较大,特点明显,因而需要探索针对性强、机理明确、简单易行的综合估算方法.在应用方面,尽管1994年的废污水处理碳排量估算时对经验参数有粗略的校正,由于所使用的数据序列较短,计算结果难以反映废污水排放量时序变化特点(高广生,2007).赵天涛等(2009)提出的计算方法主要考虑了废污水处理的直接碳排量,忽略了间接碳排量,并且没有对我国历年的废污水处理碳排量进行计算.可以看出,不管是从废污水处理碳排估算方法方面,还是对我国废污水处理碳排的认识方面都需要进行更为深入的研究.因此,本文综合参考各种废污水碳排量计算方法提出一种综合的估算办法,即运用生化反应过程法与耗电量折算法,采用1998年至2008年11