工業企業廢水處理碳排放核算方法研究

中圖分類號：X22 文獻標志碼：A

文章編號：1674-6139（2025）06-0034-06

Review of Greenhouse Emission Inventory Guidelines for Industrial Wastewater Treatment

Li Dan，Qian Xiaoyong

（Shanghai Academy of Environmental Science，Shanghai 2OO233，China）

Abstract：BasedontheIPCC'srecentGuidelinesforNationalGreenhouseGasInventoriesandannualreportsfromkeysignatory countries，thisdabistfodsalseaedeIaulaseaad internallorprtreatedbeforedischargetocentraliedplantsProceseslikepretreatmentanaerobictreatment，andsudgenage ment generate CO₂ ， CH₄ ，and N₂O .Emission intensitiesvary widely by industry，typically 13%～20% of domestic wastewater emissions，with CH₄ accounting for 8%～11% ofglobal totals.Sludge，depending on properties，falls under waste or energy categories in IPCCguidlinesEmissosfrofialastewaterdshaendudgedispsalustalsobeccoutedfoCurtlynadsto developan emision accounting system for industrial wastewater and sludge to address existing gaps.

Key words：IPCC；contractingparties；carbon emisionaccounting；industrial wastewater treatment；industrial sludge

前言

工業生產廢水產生于工業過程，含多種污染物及可能有害的工業污泥，需在企業內部處理達標后排放。廢水污泥處理對環保和水資源可持續至關重要，但處理過程會產生碳排放。IPCC（IntergovernmentalPanelonClimateChange，政府間氣候變化專門委員會）報告指出，工業廢水處理 CH₄ 排放占全球總量的 8%～11% 。碳排放核算是IPCC年度溫室氣體排放清單的一部分，涉及多行業。中國尚未規范工業廢水污泥處理碳排放核算，相關研究匱乏。按《減污降碳協同增效實施方案》要求，亟需以IPCC指南為藍本，完善工業廢水核算指南。

1工業企業廢水污泥處理規范

在中國，對工業廢水處理的企業環境管理有著嚴格的要求和規定。依據行業、流域及地方排放標準，企業須建立廢水處理系統，確保廢水達標排放。含毒有害物質廢水需車間或工序末端即達標處理。各工業企業如廢水處理站，根據廢水性質設置預處理、生化處理、深度處理、消毒及污泥處理等設施，均為溫室氣體產生區。如圖1所示工業廢水處理基本流程（重點為溫室氣體產生部位），原理與小型廢水處理廠相似，含毒有害物質廢水處理設施更復雜。

2 工業廢水污泥處理過程中碳排放的機理

2.1 直接碳排放

2.1.1 CO2

工業廢水中有機物豐富，經微生物氧化代謝（如發酵、好氧呼吸、無氧呼吸）分解為 CO₂ ，并為微生物供能。與城鎮生活廢水處理相比，工業廢水中化石源有機物比重因行業差異而異，如石油化工、煤炭加工、電力行業等因大量使用化石燃料，廢水中化石源有機物比重可能較高。高能耗、高排放生產過程會產生更多此類廢水。此外，工業廢水處理中微生物代謝及污泥處理（厭氧消化、好氧堆肥等）均會產生大量 CO₂ 。企業工業廢水中化石源有機物比重隨生產工藝、原料使用和管理措施變化而變化。因此，工業廢水污泥處理過程的 CO₂ 排放機制較城鎮廢水處理更為復雜，需綜合考慮生產和廢水污泥實際情況進行分析判斷。

2.1.2 CH₄

工業企業生產廢水處理中，甲烷主要由纖維素、脂肪、蛋白質等有機物質分解產生。在厭氧處理階段，甲烷菌在無氧條件下分解有機物，釋放甲烷[1-2]。污泥消化，特別是厭氧消化階段，同樣產生大量甲烷，積累于消化池中。甲烷產量受有機物種類濃度、處理工藝、厭氧細菌活性數量等因素影響。IPCC 1995[3]報告顯示，工業廢水處理排放的 CH₄ 約為城鎮廢水處理的 13～20 倍，占全球 CH₄ 排放的 8%～11% 。

2.1.3 N₂0

在工業廢水和污泥處理中， N₂O 產生主要與生物脫氮過程相關。在硝化菌和反硝化菌作用下，氨氮經歷硝化兩階段，但條件不佳（如低溶解氧、高pH 、有抑制劑）時，硝化不完全產生 N₂O 。在污泥處理中， N₂O 非直接源于處理本身，而與涉及生物或化學反應有關[4]。未完全處理含氮化合物在存儲、運輸或處理中，可能繼續硝化或反硝化產生微量N₂O^[5] 。此外，化學方法或添加劑（如消毒劑、氧化劑）與含氮化合物反應，也可能產生微量 N₂O^[6] 0

2.2 間接碳排放

從全生命周期的角度來看，工業企業在廢水和污泥處理的過程中，需要消耗包括電力、熱力用于驅動機械設備、加熱、通風等；處理過程常需添加各種化學藥劑，如絮凝劑、消毒劑、 ??pH 調節劑等，以改善水質或促進污染物的去除。其中部分能源來自于化石燃料，藥劑在生產和運輸過程及排放也會產生碳排放[1，4-7] 。

3工業廢水碳排放核算流程

廢水處理碳排放核算主要遵循IPCC的TIER1方法，即使用污染物總量和推薦排放因子計算。部分締約國，如美國、歐盟、英國，采用更精細的TIER2方法，納入了本國排放因子和參數。美國EPA在選擇方法時考慮關鍵排放源和數據可得性，逐步轉向全面的TIER2和TIER3核算法，根據逐年的數據積累，有計劃逐步轉向全面的TIER2和TIER3核算法。

在技術路線上，首先確定需核算的工業行業，如IPCC早期劃定的10個工業大類，細分17個工業小類[7-8]。2019年后更新為5個，細分為16個工業小類[9-10]。通過調查國家層面核算方法和因子，選擇對應的TIER3、TIER2、TIER1等級進行核算。工業廢水碳排放核算參照城鎮廢水方法，但更復雜，因涉及眾多行業和差異大的廢水性質。最準確的方法是在點源排放口獲取監測數據，但執行困難，IPCC在3個更新版本里推薦因地制宜的方法。

4工業企業廢水處理溫室氣體核算方法

4.1 CH₄ 核算方法

（1）根據活動數據、排放因子情況選擇合適的路徑和核算系統。（見圖2）

（2）計算工業企業所屬第 χ_i 類工業廢水中可降解有機碳總量。

TOW_i=P_i?W_i?COD_i 式（1）式（1）中， 第I類工業廢水中年COD產生量， kgCOD/ 年；P_i= 第 i 類工業產品總量， u 年；W_i= 廢水產生量， m³/t 產品；（204號 COD_i= 有機需氧量， kgCOD/m³ ;i= 工業類別根據IPCC指南的要求，工業廢水處理碳排放以COD去除率進行核算。（3）根據企業數據選擇核算路徑和層級，用式（2）獲得排放因子。EF_j=B₀?MCF_j 式（2）式（2）中， EF_j= 每個路徑／設施的排放因子，kgCH₄/kgCOD （204 j= 每個路徑／設施；B₀= 最大 CH₄ 產生能力， kgCH₄/kgCOD ：MCF_j= 甲烷修正因子。（4）用下面公式核算排放量，適配污泥去除量和 CH₄ 回收量得到最終排放量。（204號 CH₄ 排放量 式（3）式（3）中， S_i= 統計年度廢水中有機物以污泥的形式去除總量， kgCOD/ 年；R_i= 統計年度 CH₄ 回收量或燃燒量， kgCH₄/ 年；10^-6=kg 到 Gg 的轉換系數。

4.2 N₂O 核算方法

IPCC 2019年溫室氣體排放指南首次將工業廢水與生活和商業廢水碳排放獨立出來進行核算。定義為工業廢水處理碳排放包括在廠（工業企業或工業廢水廠）處理碳排放，和處理后外排至水環境殘留的碳排放。按照如下步驟開展核算：

（1）根據活動數據、排放因子選擇排放路徑或系統。（見圖3及表1）

（2）計算工業企業所屬第i類工業廢水進入廢水廠總氮量。

TN_INDi=P_i?W_i?TN_i

式（4）中， TN_INDi= 第I類工業廢水進入處理設施的年TN量， kgΔTN/ 年；

P_i= 第 χ_i 類工業產品總量， u 年；

W_i= 廢水產生量， m³/t 產品；

TN_i= 第I類工業未處理廢水總氮量， kgTN/m³ i= 工業類別。

上面公式需要獲取各類工業產品和廢水產生量數據，因行業、處理過程和國家地區而異。

（3）估算各廢水處理設施或路徑產生的 N₂O 排放量。

式（5）中， N₂O 排放量工業廢水處理設施 Σ=Σ 工業廢水處理設施在統計年度排放的 N₂0 總量， 年；

T_i，j= 處理和排放的比值;

j= 每種處理或排放路徑；

EF_j= 每個路徑／設施的排放因子， 1

44/28=N₂O 轉化率。

（4）估算處理設施出水因氮素流失產生的 N₂O 排放量。

N 排放量廢水外排

式（6）中， N 排放量廢水外排 Σ=Σ 企業外排工業廢水年度總含氮量， kgN/ 年；

T_j= 統計年度采用第 j 類廢水處理設施處理廢水的比例；

N_REM，j= 廢水處理過程中每種處理種類對廢水中總氮的去除比例。

NO排放量廢水外排=N排放量廢水外排‘EF廢水外排28 式（7）

式（7）中， N₂O 排放量廢水外排 Σ=Σ 統計年度工業企業外排廢水中 N₂O 排放量， kgN₂O/ 年；

N 排放量廢水外排 σ=σ 排放到水環境中總氮量， kg N/年；

E F廢水外排至水環境 N₂0 的排放因 子， kgN₂O-N/kgN

44/28=N₂O 轉化率。

5工業企業污泥處理溫室氣體核算方法

廢水處理一、二、三級過程均產污泥，一級主要為大顆粒固體，二、三級因生物膜生長及小顆粒固體產生。污泥處理方法如好氧厭氧硝化、調節、脫水、堆肥、干化等均可產生碳排放。IPCC指南規定，工業企業/廢水廠內部厭氧處理污泥需納入核算，其他不納入。

初級水處理好氧過程降解有機物會產生大量CH₄ N₂0 可忽略。IPCC2019版大幅改進了2006版，建立了污泥碳排放獨立核算方法，并更新了污泥利用和 CH₄ 回收數據，核算步驟如下：

（1）搜集廢水處理產生污泥經厭氧處理的量；（2）核算污泥厭氧反應產生的 CH₄ 和 N₂O （3）除去甲烷回收量。CH₄ 排放量 式（8）式（8）中， CH₄ 排放量 σ=σ 統計年度污泥處理總CH₄ 排放量， GgCH₄ ：

M_i= 厭氧處理污泥量，

Gg EF_CH4= 厭氧處理污泥排放因子，

gCH₄/kg ·EF_N2O= 厭氧處理污泥排放因子，

gN₂O/kg R= 統計年度 CH₄ 回收總量， Gg 。

根據國家層面核算方法和因子參數情況決定采取哪種層級核算方法，若國家層面具備不同企業/廢水廠特征活動數據和排放因子則采用Tier3最為完善的方法；運用國家特征數據采用IPCC指南方法則采取Tier2核算方法，不滿足上述條件則全部采用IPCC Tier1推薦的方法。其中：污泥厭氧處理 CH₄ 排放因子為 2gCH₄/kg 干物質，濕污泥（含水率60% ）厭氧處理為 0.8gCH₄/kg

6主要國家關于工業廢水和污泥碳排放核算方法研究

“IPCC國家溫室氣體排放清單”為全球碳排放監測、報告和核查提供統一標準和方法，是各國建立排放清單的基礎。中國、歐美英等國在IPCC框架下建立本國排放清單，遵循IPCC的5大類經濟部門分類和7種溫室氣體排放規定。這些國家還對排放趨勢進行分析，制定減排策略，確保與國際標準數據一致，促進全球氣候變化合作。同時，各國在核算方法、數據來源和質量控制上存在特異性，如美國有面向國內的溫室氣體報告規則，歐盟更新排放指南，英國發布換算因子和方法論指引。

7 對策建議

（1）中國需強化溫室氣體排放核算的方法學研究及排放因子更新，特別是在IPCC框架下完善五大排放領域的核算指南，并填補工業廢水處理領域的方法學和排放因子空白。

（2）工業廢水與城鎮廢水差異大，需制定完善的工業廢水處理碳排放核算指南和方法，建立全面的行業排放因子，以指導各企業。

（3）更新和完善工業廢水處理碳排放核算方法有助于企業制定碳減排策略，如優化工藝、提高能效、采用低碳技術、減少廢水產生、更新設備等，推動擴大碳排放交易企業范圍。

8結論

工業企業廢水處理碳排放是企業總體碳排放的重要組成部分，對全生命周期碳排放核算及碳資產管理至關重要。文章分析廢水污泥產生的主要部位及碳排放原理，推薦不同行業的核算方法和排放因子，為碳排放核算提供基礎方法學。建議加強方法學研究、更新排放因子，并制定專門指南，幫助企業優化流程、提高能效、減少廢水，促進綠色轉型，擴大碳交易體系覆蓋范圍。

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