天津市典型城鎮(zhèn)污水廠碳排放量核算及降碳措施分析

【中圖分類號】：X703 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2025）05-70-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2025.05.016

Analysis of Carbon Emission Accounting and Carbon Reduction Measures in Typical Municipal Sewage Treatment Plants in Tianjin

LIUPeng，LI Ang，ZHANGLin，HUAShanliang ZHAO Liwei，WANGHui （TianjinCapital Environmental ProtectionGroup Co.，Ltd.，Tianjin 3Oo381，China）

【Abstract】：Aiming at the greenand low-carbon transformationneeds of Tianjin Sewage Treatment.Industry，this paper calculates the carbon emissons of five typical urban sewage treatment plants，uses the emission factor method and the massbalance method to calculate the carbon emissions in 2019，2O21and 2023，analyzes the carbon emission structure and proposes future carbon reduction measures.

【Key words】： urban sewage treatment ;carbon emission; carbon reduction measures;carbon accounting

溫室氣體引發(fā)的氣候問題已成為全球性的挑戰(zhàn)，需采取有效措施應(yīng)對。污水處理行業(yè)既是污染物削減的“主力軍”，又肩負(fù)著改善人居環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會全面可持續(xù)發(fā)展的重任。污水排放量持續(xù)增長導(dǎo)致了污水處理規(guī)模不斷增加，預(yù)計(jì)到2030年，我國污水處理行業(yè)的碳排放總量將達(dá)3.65億 tCO₂ ，占全社會總排放的 2.95%^[1 1。污水處理行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型對盡早實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)至關(guān)重要。

已有研究-4報(bào)道了北京、上海、重慶等地的城鎮(zhèn)污水處理廠碳排放核算成果。本文以市區(qū)內(nèi)5座采用預(yù)處理 + 多級 AO+ 深度處理工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠為對象，進(jìn)行碳排放核算并分析碳排放特征，提出進(jìn)一步降碳措施，為其他污水處理廣碳排放核算提供指導(dǎo)，為我國污水處理行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支撐。

1核算范圍

5座污水處理廠分別為A、B、C、D、E，總處理規(guī)模約 200×10⁴m³/d ，占市日污水處理總規(guī)模的

56.8% ，以污水處理廠的地理邊界作為邊界進(jìn)行核算，不涉及碳足跡，核算時納人了污染物去除過程的直接排放和能耗引起的間接排放，溫室氣體包括 CO₂，CH₄ 和 N₂O 。見圖1。

根據(jù)IPCC指南5～，生物源 CO₂ 不納入核算，因此去除COD產(chǎn)生的 CO₂ 不計(jì)入。但化石源碳源脫氮時產(chǎn)生的 CO₂ 要計(jì)入； CH₄ 可能來自厭氧段的有機(jī)物降解8； N₂O 與TN去除相關(guān)；凈購入電力來自預(yù)處理、生物處理、污泥脫水（含水率 80% ）及輸送單元的電耗。污泥的處理與處置、PAC及PAM的生產(chǎn)，均不在污水處理廠地理邊界內(nèi)，不納入計(jì)算。

此外，還包括各廠運(yùn)輸藥劑、污泥等消耗的汽油、柴油產(chǎn)生的 CO₂ ；其他如供熱、制冷、維修、廠區(qū)職工食堂及浴室等消耗的電力已被合并計(jì)入凈購入電力。

2核算方法及核算數(shù)據(jù)

2.1核算方法

根據(jù) IPCC^[5-6] 、《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》、《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物去除協(xié)同控制溫室氣體核算技術(shù)指南（試行）》及《城鎮(zhèn)水務(wù)系統(tǒng)碳核算與減排路徑技術(shù)指南》，常用的核算方法包括排放因子法、質(zhì)量平衡法和實(shí)測法。汽油和柴油的燃燒屬于化學(xué)反應(yīng)且遵循碳元素守恒，采用質(zhì)量平衡法計(jì)算2]；其余均采用排放因子法核算。實(shí)測法監(jiān)測設(shè)備成本高、難以大規(guī)模應(yīng)用，本文未采用。

2.2相關(guān)數(shù)據(jù)及來源

1）所用排放因子見表1。

表1排放因子

乙酸鈉的有效成分為乙酸 ?CH₃COOH? ，在反硝化中被生物氧化且反應(yīng)完全。乙酸缺氧完全反硝化的反應(yīng)式

8NO₃^-+5CH₃COOH=10CO₂+6H₂O+4N₂+8OH^-

排放因子計(jì)算式

C_xH_yO_zXCO_z，E_r=44.01x/M_wcaHy0z

乙酸的相對分子量為60.052，由式（2）可得 E_?F =1.465 7tCO₂/t 乙酸。乙酸與乙酸鈉的分子量之比為0.7321，故乙酸鈉的排放因子 E_?F=1.073tCO_?2/t 乙酸鈉。

總氮去除及產(chǎn)生甲烷的排放因子采用指南中的推薦值。但計(jì)算 N₂0 時，要將TN中的N換算成N₂0 ，轉(zhuǎn)化系數(shù)為44/28。 N₂O 及 CH₄ 的全球變暖潛能值（GWP）來自IPCC第六次評估報(bào)告[的推薦值，分別為 GWP_N20=273.GWP_CH4=27.9 。

2）汽柴油燃燒的相關(guān)數(shù)據(jù)及來源見表2。

表2汽油、柴油燃燒的相關(guān)數(shù)據(jù)及來源

3）2019、2021、2023年5座污水處理廠的總活動水平見表3。

表32019、2021及2023年5座廠總活動水平

表3數(shù)據(jù)來自生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表和臺賬。2019、2021年的進(jìn)水BOD用于計(jì)算 CH₄ 排放；2023年缺少進(jìn)水BOD數(shù)據(jù)，采用了COD計(jì)算 CH₄ 排放；乙酸鈉用量為純乙酸鈉的投加量。

3核算結(jié)果

3.1碳排放

使用表1-表3的數(shù)據(jù)，可計(jì)算5座污水處理廠的總碳排放量，2019、2021、2023年分別為281185.04、312392.12，237111.04tCO_2e 。2019年至2021年，5座污水處理廠總處理水量由 59793.09×10⁴m³ 增長到67391.45×10⁴m³ ，增長了 12.7% ；總碳排放量增從2 81185.04tCO_2e 上升至 312 392.12tCO_2e ，加了約11.1% 。而2021—2023年，5座污水處理廠總處理水量由 67 391.45×10⁴m³. 增加到 68987.88×10⁴m³ ，增長了2.37% ；但碳排放量從 312392.121CO_2e 下降至237111.04tCO_2e ，減少了約 24.1% 。見表4。

表42019、2021、2023年5座污水處理廠碳排放核算結(jié)果

分析原因：

1）電網(wǎng)排放因子由 0.8843tCO₂/（MW?h） 下降到 0.7041tCO₂/（MW?h） ，降低了 20.4% ：

2）乙酸鈉用量由 29 157.69t 減少到 17808.70t減少了 38.9% ：

3）進(jìn)水TN由36166.37t降低到 32163.25t ，降低了 11.1% 。

因此，即使處理水量增加，5座污水處理廠的碳排放量仍降低。

2019年和2021年的噸水碳排放量接近，但2023年噸水碳排放比2019年下降了 27.7% ，比2021年下降了 26.1% ，且低于執(zhí)行同等出水標(biāo)準(zhǔn)（ COD?30mg/L 、TN?10mg/L 、 NH₄⁺-N?1.5mg/L 、 TP?0.3mg/L ）的北方某同類型污水處理廠，該廠噸水碳排放 0.423kg^[17] 。

3.2碳排放結(jié)構(gòu)

5座污水處理廠的碳排放主要來源見圖2。

圖22019、2021和2023年的碳排放結(jié)構(gòu)

1）凈購入電力是第一大碳排放來源，2019、2021、2023年分別占總排放量的 59.29% ， .59.25% 和 61.67% 。

2）N₂O 是第二大碳排放來源，2019、2021、2023年分別占總排放量的 25.71%.22.90% 和 27.12% 。

3）乙酸鈉是排第三位的碳排放來源，2019、2021、2023年分別占總排放量的 11.13%.14.68% 和 8.06% 。

4） CH₄ 的碳排放2019、2021、2023年分別占總排放量的 3.86% ） 3.15% 和 3.13% ，雖占比相對較低，但不可忽視[18]。

5）汽油和柴油占比極低，可忽略不計(jì)。

從變化趨勢看，凈購入電力占比上升，因此降低電耗是降碳的首要措施； N₂O 的占比也升高，說明生化工藝仍需要改進(jìn)，降低 N₂O 的排放量;乙酸鈉使用量下降，占比就隨之下降。

4未來的降碳措施

為進(jìn)一步降低碳排放，打造綠色低碳的城鎮(zhèn)污水處理廠，根據(jù)5座污水處理廠的碳排放量與排放結(jié)構(gòu)，提出降碳措施。見圖3。

圖3未來的降碳措施

5結(jié)論

1）雖然污水處理量逐年增加，但碳排放量在2021年已經(jīng)趨于穩(wěn)定，2023年的碳排放比2021年還降低了 24.1% 。2023年噸水碳排放為 0.34kg ，比2019年下降了 27.7% ，比2021年下降了 26.1% ，且低于同類型的污水處理廠。凈購入電力 ?N₂0 及乙酸鈉是最主要的碳排放來源;其中，凈購入電力占比超過 60% ， N₂O 占比逐漸升高，而乙酸鈉占比則下降， CH₄ 占比低但不可忽視，汽油、柴油可忽略不計(jì)。

2）建議采取提高能源利用率、優(yōu)化污水處理工藝、加強(qiáng)資源回收與循環(huán)利用等降碳措施，進(jìn)一步打造綠色低碳的污水處理廠，助力污水處理行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。

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