CN115879813A - 一种污水处理项目碳排放监测及核算系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，本系统包括监测模块、核算模块以及对比分析模块，监测模块主要包括有组织排放管道、生化池无组织排放面源、厌氧池无组织排放面源、缺氧池无组织排放面源、二沉池无组织排放面源、沉砂池无组织排放面源、贮泥池无组织排放面源、污泥浓缩池无组织排放面源的监测；核算模块包括CH₄排放量核算和N₂O排放量核算；对比分析模块将监测模块和核算模块得到的温室气体排放总量进行对比，分析两者的总排放量的差异，并通过差异分析对监测模块和核算模块统计方式中的部分参数进行调整。本发明将监测值和核算值进行对比，从监测和核算两方面同时完善污水处理项目的碳排放量统计数据。

Description

一种污水处理项目碳排放监测及核算系统

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理项目碳排放监测及核算系统。

背景技术

双碳目标时间紧、任务重，各行各业都在抓紧进行系统性的革命，加强对碳排放工作的部署和安排，制定行业的减碳目标和路径。基于此，精准核算企业的碳排放量是企业有针对性的采取减碳措施的重要依据。

目前，污水处理项目的碳排放主要是采用联合国政府气候变化专门委员会(IPCC)和清洁发展机制(CDM)的相关方法学进行计算，方法学中很多相关计算数据采用的是经验参数，由于不同地区、不同环境、不同生活方式等多种因素影响，实际参数与国际经验数据有一定的差距，这就造成了该方法学的计算结果与实际情况有较大的偏差。同时，由于之前对碳监测相关研究较少、监测设备与方法不健全等多种因素，目前污水处理厂尚无明确的碳排放监测方法，因此实际排放量与核算排放量的偏差尚不明确。

摸清企业内碳排放现状是企业积极探索减污降碳路径，研发相关技术的前提，因此，做好污水处理厂碳监测与碳核算数据的统计、对比分析至关重要。

发明内容

本发明提供一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，该系统包括污水处理项目实际碳排放量的监测统计以及根据实际污水处理项目中的数据进行碳排放量核算，并将监测值和核算值进行对比，从监测和核算两方面同时完善污水处理项目的碳排放量统计数据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，包括监测模块、核算模块以及对比分析模块，其中：

监测模块主要包括有组织排放管道监测、生化池无组织排放面源监测、厌氧池无组织排放面源监测、缺氧池无组织排放面源监测、二沉池无组织排放面源监测、沉砂池无组织排放面源监测、贮泥池无组织排放面源监测、污泥浓缩池无组织排放面源监测；

有组织排放管道监测采用在线监测法进行；

生化池无组织排放面源监测采用气袋法进行；

厌氧池无组织排放面源监测、缺氧池无组织排放面源监测、二沉池无组织排放面源监测、沉砂池无组织排放面源监测、贮泥池无组织排放面源监测、污泥浓缩池无组织排放面源监测采用静态浮箱法进行；

核算模块包括CH₄排放量核算和N₂O排放量核算；

CH₄排放量核算需要输入的参数包括污水进水BOD的量、污水出水BOD的量、外加碳源所含BOD的量、随污泥清除BOD的量、最大的CH₄产生能力、甲烷修正因子、甲烷回收量、甲烷的全球升温潜能值；

N₂O排放量核算需要输入的参数包括人口、每人每月消耗蛋白质的量、蛋白质消耗因子、蛋白质中氮含量、来自家用产品的氮、废水中的非消耗蛋白质因子、共同排放到下水道系统的工业和商业废水中的蛋白质因子、排放废水的N₂O排放的排放因子、N₂O的全球升温潜能值；

对比分析模块包括污水处理项目各单元温室气体排放量与种类分析、监测过程各因素对监测结果的影响分析、监测设备的选择对监测结果的影响分析、核算参数的选择对核算结果的影响分析；

对比分析模块将监测模块和核算模块两部分得到的温室气体排放总量进行对比，分析两种统计方式总排放量的差异，并通过差异分析对监测模块和核算模块统计方式中的部分参数进行调整。

作为本发明的进一步优选，在线监测法是通过检测管道中的气体浓度、流速、温度以及压力计算管道的碳排放通量，再与运行时间及管道面积共同计算得出运行周期内的碳排放量，计算公式如下：

式中，Q为管道的碳排放通量，单位是kg/(m²·s)；C为管道的气体浓度单位是kg/m³；

为管道的标准状态温度，单位是K；T¹为管道的实际温度，单位是K；P¹为管道的实际压力，单位是Pa；/>

为管道的标准状态压力，单位是Pa；v为管道的气体流速，单位是m/s；

式中，M为管道的碳排放量，单位是kg；S为管道截面积，单位是m²；t为时间，单位是s。

作为本发明的进一步优选，气袋法为在设定的单位时间、设定的单位面积水面内，排放出的温室气体经采样气袋装置采集至气袋完全充盈状态，根据气袋充盈后的气体体积、达到充盈状态所需的采样时长、测得的温室气体浓度，计算出单位时间单位面积水面的温室气体排放量，计算公式如下：

式中，F_气袋为气袋的排放通量，单位是kg/(m²·s)；

为气袋标准工况下目标气体成分的密度，单位是kg/m³；c目标气体成分的摩尔数百分比，无量纲，ppm；Q为气袋充盈体积，单位是m³；A¹为采样气袋装置底面覆盖的水面面积，单位是m²；t₂-t₁为单位时间，单位是s；/>

为气袋标准状况温度，单位是K；T²为气袋的温度，单位是K；P²为气袋的压力，单位是Pa；P₀ ²为气袋的标准状况压力，单位是Pa。

作为本发明的进一步优选，静态浮箱法是将密封箱体置于非曝气池面，随着气体由池体水面产生，密封箱体内目标气体浓度将不断升高；通过获得各时间点的目标气体浓度，计算得到单位时间目标气体浓度变化率，即气体释放速度；通过换算得到温室气体排放通量，计算公式如下：

式中，F_箱体为排放通量，单位是kg/(m²·s)；ρ₀ ²为密封箱体标准工况下目标气体成分的密度，单位是kg/m³；V为密封箱体体积，单位是m³；A²为密封箱体底面覆盖的水面面积，单位是m²；T₀ ³为密封箱体标准状况温度，单位是K；T³为密封箱体的温度，单位是K；P³为密封箱体的压力，单位是Pa；P₀ ³为密封箱体的标准状况压力，单位是Pa；

为密封箱体内目标气体浓度(摩尔数百分比)随时间的变化率，s^-1；/>

为通过采集若干的随时间变化下的样品及环境背景样品，检测这些样品内的目标气体浓度，通过数据拟合得到气体浓度随时间的变化率。

作为本发明的进一步优选，根据CH₄排放量核算和N₂O排放量核算的各参数，污水处理项目温室气体排放核算公式如下：

式中，BOD_in为污水进水BOD的量；BOD_eff为污水出水BOD的量；BOD_C为外加碳源所含BOD的量；BOD_sl为随污泥清除BOD的量；B₀为最大的CH₄产生能力；MCF_j为甲烷修正因子；R_CH4为甲烷回收量；GWP_CH4为甲烷的全球升温潜能值(tCO₂e/tCH₄)；P_人为人口；N为每人每月消耗蛋白质的量；EF_N为蛋白质消耗因子；F_N为蛋白质中氮含量；E_N为来自家用产品的氮；F_NON-CON为废水中的非消耗蛋白质因子；F_IND-COM为共同排放到下水道系统的工业和商业废水中的蛋白质因子；EF为排放废水的N₂O排放的排放因子；44/28为kg N₂O-N到kg N₂O的转化；GWP_N2O为N₂O的全球升温潜能值(tCO₂e/tN₂O)。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过监测和核算两种方式对污水处理项目的温室气体排放量进行统计，完善了污水处理项目的温室气体排放的统计模式。

2、本发明通过对比监测和核算两种方式的统计数据，对比分析不同因素对统计数据影响，改进了不同部分监测设备结构的结构设计，同时对核算过程的部分参数进行了修正，获得更加符合实际情况的核算模型。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明监测模块结构示意图；

图2是本发明核算模块结构示意图；

图3是本发明对比分析模块结构示意图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

实施例1

本实施例提供一种优选实施方案，一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，如图1至图3所示，本系统运用于污水处理厂，具体地，本系统包括监测模块、核算模块以及对比分析模块，其中：

上述监测模块主要包括有组织排放管道监测、生化池无组织排放面源监测、厌氧池无组织排放面源监测、缺氧池无组织排放面源监测、二沉池无组织排放面源监测、沉砂池无组织排放面源监测、贮泥池无组织排放面源监测、污泥浓缩池无组织排放面源监测。具体地，有组织排放管道监测采用在线监测法进行；生化池无组织排放面源监测采用气袋法进行；厌氧池无组织排放面源监测、缺氧池无组织排放面源监测、二沉池无组织排放面源监测、沉砂池无组织排放面源监测、贮泥池无组织排放面源监测、污泥浓缩池无组织排放面源监测采用静态浮箱法进行。有组织排放管道监测指的是污泥池的除臭管道和污泥处理过程涉及的除臭管道。

进一步地，在线监测法是通过检测管道中的气体浓度、流速、温度以及压力计算管道的碳排放通量，再与运行时间及管道面积共同计算得出运行周期内的碳排放量，计算公式如下：

式中，Q为管道的碳排放通量，单位是kg/(m²·s)；C为管道的气体浓度，单位是kg/m³；

为管道的标准状态温度，单位是K；T¹为管道的实际温度，单位是K；P¹为管道的实际压力，单位是Pa；/>

为管道的标准状态压力，单位是Pa；v为管道的气体流速，单位是m/s；

式中，M为管道的碳排放量，单位是kg；S为管道截面积，单位是m²；t为时间，单位是s。

气袋法为在设定的单位时间、设定的单位面积水面内，排放出的温室气体经采样气袋装置采集至气袋完全充盈状态，根据气袋充盈后的气体体积、达到充盈状态所需的采样时长、测得的温室气体浓度，计算出单位时间单位面积水面的温室气体排放量，计算公式如下：

式中，F_气袋为气袋的排放通量，单位是kg/(m²·s)；

为气袋标准工况下目标气体成分的密度，单位是kg/m³；c目标气体成分的摩尔数百分比，无量纲，ppm；Q为气袋充盈体积，单位是m³；A¹为采样气袋装置底面覆盖的水面面积，单位是m²；t₂-t₁为单位时间，单位是s；/>

为气袋标准状况温度，单位是K；T²为气袋的温度，单位是K；P²为气袋的压力，单位是Pa；/>

为气袋的标准状况压力，单位是Pa。

静态浮箱法是将密封箱体置于非曝气池面，随着气体由池体水面产生，密封箱体内目标气体浓度将不断升高；通过获得各时间点的目标气体浓度，计算得到单位时间目标气体浓度变化率，即气体释放速度；通过换算得到温室气体排放通量，计算公式如下：

式中，F_箱体为排放通量，单位是kg/(m²·s)；ρ₀ ²为密封箱体标准工况下目标气体成分的密度，单位是kg/m³；V为密封箱体体积，单位是m³；A²为密封箱体底面覆盖的水面面积，单位是m²；T₀ ³为密封箱体标准状况温度，单位是K；T³为密封箱体的温度，单位是K；P³为密封箱体的压力，单位是Pa；P₀ ³为密封箱体的标准状况压力，单位是Pa；

为密封箱体内目标气体浓度(摩尔数百分比)随时间的变化率，s^-1；/>

为通过采集若干的随时间变化下的样品及环境背景样品，检测这些样品内的目标气体浓度，通过数据拟合得到气体浓度随时间的变化率。

废水的二氧化碳(CO₂)排放在《IPCC指南》中未予考虑，因为这些排放是生物成因，不应纳入国家排放总量。因此，本实施方案中核算模块主要包括CH₄排放量核算和N₂O排放量核算两部分。

CH₄排放量核算需要输入的参数包括污水进水BOD的量、污水出水BOD的量、外加碳源所含BOD的量、随污泥清除BOD的量、最大的CH₄产生能力、甲烷修正因子、甲烷回收量、甲烷的全球升温潜能值。N₂O排放量核算需要输入的参数包括人口、每人每月消耗蛋白质的量、蛋白质消耗因子、蛋白质中氮含量、来自家用产品的氮、废水中的非消耗蛋白质因子、共同排放到下水道系统的工业和商业废水中的蛋白质因子、排放废水的N₂O排放的排放因子、N₂O的全球升温潜能值。其中，污水进水BOD的量为污水处理厂的总污水进水BOD的量，污水出水BOD的量为污水处理厂的总污水出水BOD的量，外加碳源所含BOD的量为污水处理厂的外加碳源所含BOD的总量，随污泥清除的BOD量为污水处理厂的随污泥清除的BOD总量，人口是指污水处理厂处理的污水来源区域覆盖的总人口，每人每月消耗蛋白质的量是污水处理厂总蛋白质消耗的每人每月的平均值。

进一步地，根据CH₄排放量核算和N₂O排放量核算的各参数，污水处理项目温室气体排放核算公式如下：

式中，BOD_in为污水进水BOD的量；BOD_eff为污水出水BOD的量；BOD_C为外加碳源所含BOD的量；BOD_sl为随污泥清除BOD的量；B₀为最大的CH₄产生能力；MCF_j为甲烷修正因子；R_CH4为甲烷回收量；GWP_CH4为甲烷的全球升温潜能值(tCO₂e/tCH₄)；P_人为总人口；N为每人每月消耗蛋白质的量；EF_N为蛋白质消耗因子；F_N为蛋白质中氮含量；E_N为来自家用产品的氮；F_NON-CON为填加到废水中的非消耗蛋白质因子；F_IND-COM为共同排放到下水道系统的工业和商业废水中的蛋白质因子；EF为排放废水的N₂O排放的排放因子；44/28为kg N₂O-N到kg N₂O的转化；GWP_N2O为N₂O的全球升温潜能值(tCO₂e/tN₂O)。

上述对比分析模块将监测模块和核算模块两部分得到的温室气体排放总量进行对比，分析两种统计方式总排放量的差异，并通过差异分析对监测模块和核算模块统计方式中的部分参数进行调整。具体为，将上述公式(1)-(4)得到的监测模块的温室气体排放总量与公式(5)核算模块得到的温室气体排放总量进行对比。

进一步地，对比分析模块从四个方面进行分析：

(1)、是污水处理项目各单元温室气体排放量与种类分析，即通过对监测模块中各单元排放点位的温室气体进行检测，获得污水厂各处理单元温室气体排放的主要来源与具体种类；

(2)、是监测过程各因素对监测结果的影响分析，即分析不同气体浓度、流速、温度以及压力下温室气体的排放量的差异，进一步减轻或消除不良因素对统计结果造成的偏差；

(3)、是监测设备的选择对监测结果的影响分析，即设备结构的选择、检出限的选择、现场检测时设备的可操作性等对监测结果的影响，由此进一步改进检测设备的结构，提升设备现场可操作性，以提高检测结果的准确性和代表性；

(4)、是核算参数的选择对核算结果的影响分析，即通过对比监测和核算两种不同方式的温室气体排放总量，对部分数据进行补充，以保证其完整性，同时，对部分核算过程中应用的参数进行修正，使其更接近当前的实际情况。

调整分成两部分：一是监测模块：调整监测点位布置，监测点数布置，校正监测仪器检出限，校正监测数据准确性；二是核算部分：通过监测数据，反推核算公式中因子的数值范围，通过监测数据，可以调节针对此项目的核算因子，从而对核算模型进行优化。

本实施方案通过监测和核算两种方式对污水处理项目的温室气体排放量进行统计，完善了污水处理项目的温室气体排放的统计模式。本实施方案通过对比监测和核算两种方式的统计数据，对比分析不同因素对统计数据影响，改进了不同部分监测设备结构的结构设计，同时对核算过程的部分参数进行了修正，获得更加符合实际情况的核算模型。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，其特征在于：包括监测模块、核算模块以及对比分析模块，其中：

监测模块主要包括有组织排放管道监测、生化池无组织排放面源监测、厌氧池无组织排放面源监测、缺氧池无组织排放面源监测、二沉池无组织排放面源监测、沉砂池无组织排放面源监测、贮泥池无组织排放面源监测、污泥浓缩池无组织排放面源监测；

有组织排放管道监测采用在线监测法进行；

生化池无组织排放面源监测采用气袋法进行；

厌氧池无组织排放面源监测、缺氧池无组织排放面源监测、二沉池无组织排放面源监测、沉砂池无组织排放面源监测、贮泥池无组织排放面源监测、污泥浓缩池无组织排放面源监测采用静态浮箱法进行；

核算模块包括CH₄排放量核算和N₂O排放量核算；

CH₄排放量核算需要输入的参数包括污水进水BOD的量、污水出水BOD的量、外加碳源所含BOD的量、随污泥清除BOD的量、最大的CH₄产生能力、甲烷修正因子、甲烷回收量、甲烷的全球升温潜能值；

N₂O排放量核算需要输入的参数包括人口、每人每月消耗蛋白质的量、蛋白质消耗因子、蛋白质中氮含量、来自家用产品的氮、废水中的非消耗蛋白质因子、共同排放到下水道系统的工业和商业废水中的蛋白质因子、排放废水的N₂O排放的排放因子、N₂O的全球升温潜能值；对比分析模块包括污水处理项目各单元温室气体排放量与种类分析、监测过程各因素对监测结果的影响分析、监测设备的选择对监测结果的影响分析、核算参数的选择对核算结果的影响分析；

对比分析模块将监测模块和核算模块两部分得到的温室气体排放总量进行对比，分析两种统计方式总排放量的差异，并通过差异分析对监测模块和核算模块统计方式中的部分参数进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，其特征在于：在线监测法是通过检测管道中的气体浓度、流速、温度以及压力计算管道的碳排放通量，再与运行时间及管道面积共同计算得出运行周期内的碳排放量，计算公式如下：

式中，Q为管道的碳排放通量，单位是kg/(m²·s)；C为管道的气体浓度单位是kg/m³；T₀ ¹为管道的标准状态温度，单位是K；T¹为管道的实际温度，单位是K；P¹为管道的实际压力，单位是Pa；

为管道的标准状态压力，单位是Pa；v为管道的气体流速，单位是m/s；

M＝∫Q·Sdt (2)

式中，M为管道的碳排放量，单位是kg；S为管道截面积，单位是m²；t为时间，单位是s。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，其特征在于：气袋法为在设定的单位时间、设定的单位面积水面内，排放出的温室气体经采样气袋装置采集至气袋完全充盈状态，根据气袋充盈后的气体体积、达到充盈状态所需的采样时长、测得的温室气体浓度，计算出单位时间单位面积水面的温室气体排放量，计算公式如下：

式中，F_气袋为气袋的排放通量，单位是kg/(m²·s)；

为气袋标准工况下目标气体成分的密度，单位是kg/m³；c目标气体成分的摩尔数百分比，无量纲，ppm；Q为气袋充盈体积，单位是m³；A¹为采样气袋装置底面覆盖的水面面积，单位是m²；t₂-t₁为单位时间，单位是s；/>

为气袋标准状况温度，单位是K；T²为气袋的温度，单位是K；P²为气袋的压力，单位是Pa；P₀ ²为气袋的标准状况压力，单位是Pa。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，其特征在于：静态浮箱法是将密封箱体置于非曝气池面，随着气体由池体水面产生，密封箱体内目标气体浓度将不断升高；通过获得各时间点的目标气体浓度，计算得到单位时间目标气体浓度变化率，即气体释放速度；通过换算得到温室气体排放通量，计算公式如下：

式中，F_箱体为排放通量，单位是kg/(m²·s)；ρ₀ ²为密封箱体标准工况下目标气体成分的密度，单位是kg/m³；V为密封箱体体积，单位是m³；A²为密封箱体底面覆盖的水面面积，单位是m²；T₀ ³为密封箱体标准状况温度，单位是K；T³为密封箱体的温度，单位是K；P³为密封箱体的压力，单位是Pa；P₀ ³为密封箱体的标准状况压力，单位是Pa；

为密封箱体内目标气体浓度(摩尔数百分比)随时间的变化率，s^-1；/>

为通过采集若干的随时间变化下的样品及环境背景样品，检测这些样品内的目标气体浓度，通过数据拟合得到气体浓度随时间的变化率。

5.根据权利要求1所述的一种污水处理项目碳排放监测及核算系统，其特征在于：根据CH₄排放量核算和N₂O排放量核算的各参数，污水处理项目温室气体排放核算公式如下：

式中，BOD_in为污水进水BOD的量；BOD_eff为污水出水BOD的量；BOD_C为外加碳源所含BOD的量；BOD_sl为随污泥清除BOD的量；B₀为最大的CH₄产生能力；MCF_j为甲烷修正因子；R_CH4为甲烷回收量；GWP_CH4为甲烷的全球升温潜能值(tCO₂e/tCH₄)；P_人为人口；N为每人每月消耗蛋白质的量；EF_N为蛋白质消耗因子；F_N为蛋白质中氮含量；E_N为来自家用产品的氮；F_NON-CON为废水中的非消耗蛋白质因子；F_IND-COM为共同排放到下水道系统的工业和商业废水中的蛋白质因子；EF为排放废水的N₂O排放的排放因子；44/28为kg N₂O-N到kg N₂O的转化；GWP_N2O为N₂O的全球升温潜能值(tCO₂e/tN₂O)。

Images