CN114037583A - 一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，涉及尾水湿地碳排放计算技术领域，解决了现有技术中无法确定污水处理厂尾水湿地的碳排放水平的技术问题。该计算方法包括如下步骤：明确尾水湿地的进出水标准以及尾水湿地的类型；基于进出水标准和尾水湿地的类型，并根据碳排放的不同来源，确定污水处理厂尾水湿地碳排放的计算边界；其中，碳排放的计算边界包括碳源碳排放和碳汇碳吸收；利用碳排放计算模型分别计算碳源碳排放和碳汇碳吸收，以得到尾水湿地的碳排放。本发明的计算方法能够精确计算污水处理厂尾水湿地的碳排放，分析其碳排放水平，对后续实施相应的减排节能措施，以及对污水处理厂尾水湿地的碳排放能够进行有效管理。
Description
技术领域
本发明涉及尾水湿地碳排放计算技术领域，尤其是涉及一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法。
背景技术
随着污水处理厂的提标改造逐渐提上日程，人工湿地工艺在尾水的深度处理中越来越得到了广泛的应用。尾水湿地作为污水处理过程的有机组成部分，在减排过程中发挥着重要的作用。然而本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：目前对于其在碳排放和碳汇作用方面存在一定的争议，且没有一种能够精确计算污水处理厂尾水湿地碳排放的方法及系统，无法准确的确定污水处理厂尾水湿地的碳排放水平。
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，以解决现有技术中存在的无法确定污水处理厂尾水湿地的碳排放水平的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，包括如下步骤：
明确尾水湿地的进出水标准以及尾水湿地的类型；
基于所述进出水标准和所述尾水湿地的类型，并根据碳排放的不同来源，确定污水处理厂尾水湿地碳排放的计算边界；其中，所述碳排放的计算边界包括碳源碳排放和碳汇碳吸收；
利用碳排放计算模型分别计算所述碳源碳排放和碳汇碳吸收，以得到尾水湿地的碳排放。
根据一种优选实施方式，所述尾水湿地的进出水标准包括尾水湿地的进水标准和湿地的出水标准，其中所述尾水湿地的进水标准为污水处理厂的出水标准；所述尾水湿地的类型包括潜流湿地或者表面流湿地或者由两者组合形成的湿地。
根据一种优选实施方式，所述碳源碳排放包括直接碳排放和间接碳排放，其中，所述直接碳排放包括污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量和去除TN产生的N2O排放量；所述间接碳排放包括电力能源消耗产生的碳排放量。
根据一种优选实施方式，所述碳排放的计算模型包括碳源碳排放的计算公式：
其中，EWetland为污水处理厂尾水湿地碳排放量值，
为污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排放量值，
为污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值，
为污水处理厂尾水湿地电力能源消耗产生的间接碳排放量值。
根据一种优选实施方式，所述污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量的计算公式为：
其中，
为污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量，Cin-j为入湿地段的进水BOD浓度；Cout-j为出湿地段的出水BOD浓度；Vj为通过湿地段的污水厂尾水的水量；EFj为CH4排放因子；j为不同湿地类型段。
所述CH4排放因子EFj的计算公式为：
EFj＝BO·MCFj，
其中，BO为最大CH4产生量值，MCFj为甲烷修正系数，j为不同湿地类型段。
根据一种优选实施方式，其中，所述污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排放量值的计算公式为：
其中，
为污水厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排量值，
为污水厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量，
是CH4全球增温潜势值，
取值为21。
根据一种优选实施方式，所述污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量的计算公式为：
其中，
为污水厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量；Cin-j为入湿地段的进水TN浓度；Cout-j为出湿地段的出水TN浓度；Vj为通过湿地段的污水厂尾水的水量；EFj为N2O排放因子，44/28为将N2O-N转换为N2O的转换因子，j为不同湿地类型段。
根据一种优选实施方式，所述污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值的计算公式为：
其中，
为尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值，
为尾水湿地去除TN产生的N2O排放量，
为N2O全球增温潜势值，
取值为310。
根据一种优选实施方式，所述污水处理厂尾水湿地电力能源消耗产生的间接碳排放量值的计算公式为：
其中，
为尾水湿地污水处理设备运行年耗电力产生的CO2排放当量，EH为尾水湿地污水处理运行设备运行年耗电量，
为电力CO2排放因子，
为全球增温潜势值，
取值为1。
根据一种优选实施方式，所述碳排放的计算模型还包括碳汇碳吸收的计算公式：
CSWetland＝C×A，
其中，CSWetland为尾水湿地碳汇碳吸收，C为尾水湿地碳吸收系数，A为尾水湿地面积。
基于上述技术方案，本发明的一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法至少具有如下技术效果：
本发明的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法基于尾水湿地进出水标准和尾水湿地的类型，并根据碳排放的不同来源，确定污水处理厂尾水湿地碳排放的计算边界；然后利用碳排放计算模型分别计算碳源碳排放和碳汇碳吸收，以得到尾水湿地的碳排放，从而能够精确计算污水处理厂尾水湿地的碳排放，分析其碳排放水平，本发明的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法弥补了尾水湿地碳排放计算的空白；综合考虑了尾水湿地作为碳源碳排放和碳汇的作用；通过精确计算并评价了尾水湿地的碳排放水平，对后续实施相应的减排节能措施，以及对污水处理厂尾水湿地的碳排放能够进行有效管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的污水处理厂尾水湿地碳排放的计算方法的流程图；
图2是本发明的污水处理厂尾水湿地碳排放计算边界的方法流程图；
图3是本发明的一种优选实施方式的污水处理厂尾水湿地的工艺类型。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，包括如下步骤：
S1：明确尾水湿地的进出水标准以及尾水湿地的类型；
S2：基于进出水标准和尾水湿地的类型，并根据碳排放的不同来源，确定污水处理厂尾水湿地碳排放的计算边界；其中，碳排放的计算边界包括碳源碳排放和碳汇碳吸收；
S3：利用碳排放计算模型分别计算碳源碳排放和碳汇碳吸收，以得到尾水湿地的碳排放。
优选的，尾水湿地的进出水标准包括尾水湿地的进水标准和湿地的出水标准。其中尾水湿地的进水标准为污水处理厂的出水标准。优选的，污水处理厂出水标准以国标一级A和国标一级B为主。湿地出水标准以地表水V类、准IV和准III类为主。优选的，尾水湿地的类型包括潜流湿地或者表面流湿地或者由两者组合形成的湿地，其中潜流湿地包括水平潜流和垂直潜流。如图3所示，图3示出了一种优选实施方式的污水处理厂尾水湿地的工艺类型，该类型为水平潜流湿地+表面流湿地，污水处理厂出水经过尾水湿地由一级A标准提升至准IV，之后入河，因该尾水湿地工艺为串联，所以污水处理厂尾水经过尾水湿地中水平潜流湿地段的出水为表面流湿地的进水。
进一步优选的，如图2所示，碳源碳排放包括直接碳排放和间接碳排放，通过明确温室气体排放的途径，将活动按照直接排放与间接排放进行分类，以确定碳排放的边界。优选的，直接碳排放包括污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量和去除TN产生的N2O排放量。优选的，间接碳排放包括电力能源消耗产生的碳排放量。优选的，电力能源消耗包括应用提升泵等的电力消耗。
根据上述思路对理论边界进行简化后，如图2所示，污水处理厂尾水湿地碳排放计算边界包括：
(1)碳源碳排放：直接碳排放和间接碳排放；直接碳排放包括污水厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量，去除TN产生的N2O排放量；间接碳排放包括提升泵等能源消耗产生的间接碳排放。
(2)碳汇碳吸收：尾水湿地植被的碳移除。
进一步优选的，碳排放的计算模型包括碳源碳排放的计算公式：
其中，EWetland为污水处理厂尾水湿地碳排放量值，kg CO2/yr，
为污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排放量值，kg CO2/yr，
为污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值，kg CO2/yr，
为污水处理厂尾水湿地能源消耗产生的间接碳排放量值，kg CO2/yr。
污水湿地作为污水处理厂的深度处理部分发挥着有机物进一步去除的作用。因有机物去除产生CH4气体排放，因此，污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量的计算公式为：
其中，
是污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量，kg CH4/yr；Cin-j是入湿地段的进水BOD浓度，mg/L；Cout-j是出湿地段的出水BOD浓度，mg/L；Vj是通过湿地段的污水处理厂尾水的水量，m3/d；EFj是CH4排放因子，kg CH4/kg BOD；j为不同湿地类型段。
优选的，上述CH4排放因子EFj的计算公式为：
EFj＝BO·MCFj，
其中，EFj是指CH4排放因子，kg CH4/kg BOD；BO为最大CH4产生量值，kg CH4/kgBOD；MCFj为甲烷修正系数，j是指代不同湿地类型段。根据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》，在处理生活污水时BO默认值可取值0.6kg CH4/kg BOD；MCFj甲烷修正系数同湿地类型相关，具体取值可参照下表1，表1为不同类型人工湿地甲烷排放系数取值建议表。
表1不同类型人工湿地的甲烷排放系数取值建议表
| 湿地类型 | MCF建议值 | MCF取值范围 |
| 表面流湿地 | 0.4 | 0.08-0.7 |
| 水平潜流湿地 | 0.1 | 0.07-0.13 |
| 垂直潜流湿地 | 0.01 | 0.004-0.016 |
优选的，污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排放量指的计算公式为：
其中，
为污水厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排放量值，
为污水厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量，
是CH4全球增温潜势值，
取值为21。
尾水湿地在污水处理厂尾水深度处理过程中，通过硝化反应和反硝化反应直接排放N2O，因此，污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量计算公式为：
其中，
为污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量，kg N2O/yr；Cin-j为入湿地段的进水TN浓度，mg/L；Cout-j为出湿地段的出水TN浓度，mg/L；Vj为通过湿地段的污水厂尾水的水量，m3/d；EFj为N2O排放因子，根据《对2006年IPCC国家温室气体清单指南的2013增补：湿地》，如表2所示，不同类型湿地处理生活污水产生的N2O排放因子的默认推荐值为表面流湿地0.0013kg N2O-N/kg N、水平潜流湿地0.0079kg N2O-N/kg N、垂直潜流湿地0.00023kg N2O-N/kg N；44/28为将N2O-N转换为N2O的转换因子，j是指代不同湿地类型段。
表2不同类型人工湿地的N2O排放系数取值建议表
| 湿地类型 | EF<sub>j</sub>建议值(kg N<sub>2</sub>O-N/kg N) |
| 表面流湿地 | 0.0013 |
| 水平潜流湿地 | 0.0079 |
| 垂直潜流湿地 | 0.00023 |
优选的，污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值的计算公式为：
其中，
为尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值，kg CO2/yr，
为尾水湿地去除TN产生的N2O排放量，kg CO2/yr；
为N2O全球增温潜势值，
取值为310。
进一步优选的，尾水湿地通常在处理污水处理厂出水中，会涉及应用提升泵等产生电力消耗的碳排放量。因尾水湿地处理污水产生的电耗通常会有实际值，建议应用相关运行设备运行年耗电量。因此尾水湿地提升泵等消耗电力产生的间接碳排放量值的计算公式为：
其中，
为尾水湿地污水处理设备运行年耗电力产生的CO2排放当量，kgCO2/yr，EH为尾水湿地污水处理运行设备运行年耗电量，MWh/yr；
为电力CO2排放因子，kg CO2/MWh，
为全球增温潜势值，
取值为1。
进一步优选的，碳排放的计算模型还包括碳汇碳吸收的计算公式：
CSWetland＝C×A，
其中，CSWetland为尾水湿地碳汇碳吸收，kg CO2/yr；C为尾水湿地碳吸收系数，kg/m2·yr；A为尾水湿地面积，m2。
生态系统中自然植被通过光合作用将空气中的CO2转化成生物质固定下来，部分埋藏在地下或以有机质的形式赋存在土壤中。尾水湿地作为具有一定生态服务功能的土地利用类型，植被是固定CO2的主要因子，尾水湿地碳吸收系数主要根据其所在区域、气候条件、种植植物等进行选择；可在有条件的情况下进行测量，或者选取常用值进行判定，优选的，在本实施例中选取经验值为0.4kg/m2·yr。
优选的，尾水湿地碳汇碳吸收面积一般可通过湿地实际测量面积进行计算，如若缺少相关实测数据，也可通过湿地流量、进出水浓度及污染物削减负荷进行估算。优选的，尾水湿地碳汇碳吸收面积计算公式为：
其中，A为尾水湿地面积，NA为污染物削减负荷(以BOD或者TN计)g/(m2·d)。
综上，本发明的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法基于尾水湿地的进出水标准以及尾水湿地的工艺类型，根据碳排放的不同来源，确定污水厂尾水湿地碳排放的计算边界；然后利用碳排放计算模型计算碳排放和碳汇吸收，得到尾水湿地的碳排放。该方法能够精确计算污水厂尾水湿地碳排放，分析出尾水湿地碳排放水平，为实施相应的减排节能措施提供依据，以更好地对污水厂尾水湿地的碳排放进行有效管理。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
明确尾水湿地的进出水标准以及尾水湿地的类型；
基于所述进出水标准和所述尾水湿地的类型，并根据碳排放的不同来源，确定污水处理厂尾水湿地碳排放的计算边界；其中，所述碳排放的计算边界包括碳源碳排放和碳汇碳吸收；
利用碳排放计算模型分别计算所述碳源碳排放和碳汇碳吸收，以得到尾水湿地的碳排放。
2.根据权利要求1所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述尾水湿地的进出水标准包括尾水湿地的进水标准和湿地的出水标准，其中所述尾水湿地的进水标准为污水处理厂的出水标准；所述尾水湿地的类型包括潜流湿地或者表面流湿地或者由两者组合形成的湿地。
3.根据权利要求1所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述碳源碳排放包括直接碳排放和间接碳排放，其中，所述直接碳排放包括污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量和去除TN产生的N2O排放量；所述间接碳排放包括电力能源消耗产生的碳排放量。
4.根据权利要求3所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述碳排放的计算模型包括碳源碳排放的计算公式：
其中，EWetland为污水处理厂尾水湿地碳排放量值，
为污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排放量值，
为污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值，
为污水处理厂尾水湿地电力能源消耗产生的间接碳排放量值。
5.根据权利要求4所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量的计算公式为：
其中，
为污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量，Cin-j为入湿地段的进水BOD浓度；Cout-j为出湿地段的出水BOD浓度；Vj为通过湿地段的污水厂尾水的水量；EFj为CH4排放因子；j为不同湿地类型段。
所述CH4排放因子EFj的计算公式为：
EFj＝BO·MCFj，
其中，BO为最大CH4产生量值，MCFj为甲烷修正系数，j为不同湿地类型段。
6.根据权利要求5所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，其中，所述污水处理厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排放量值的计算公式为：
其中，
为污水厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量换算的碳排量值，
为污水厂尾水湿地去除BOD产生的CH4排放量，
是CH4全球增温潜势值，
取值为21。
7.根据权利要求4所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量的计算公式为：
其中，
为污水厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量；Cin-j为入湿地段的进水TN浓度；Cout-j为出湿地段的出水TN浓度；Vj为通过湿地段的污水厂尾水的水量；EFj为N2O排放因子，44/28为将N2O-N转换为N2O的转换因子，j为不同湿地类型段。
8.根据权利要求7所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述污水处理厂尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值的计算公式为：
其中，
为尾水湿地去除TN产生的N2O排放量换算的碳排放量值，
为尾水湿地去除TN产生的N2O排放量，
为N2O全球增温潜势值，
取值为310。
9.根据权利要求4所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述污水处理厂尾水湿地电力能源消耗产生的间接碳排放量值的计算公式为：
其中，
为尾水湿地污水处理设备运行年耗电力产生的CO2排放当量，EH为尾水湿地污水处理运行设备运行年耗电量，
为电力CO2排放因子，
为全球增温潜势值，
取值为1。
10.根据权利要求1所述的污水处理厂尾水湿地碳排放计算方法，其特征在于，所述碳排放的计算模型还包括碳汇碳吸收的计算公式：
CSWetland＝C×A，
其中，CSWetland为尾水湿地碳汇碳吸收，C为尾水湿地碳吸收系数，A为尾水湿地面积。
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