小城镇污水处理厂生命周期的碳排放评估
小城镇污水处理厂生命周期的碳排放评估
夏天虹;张清东;董桂君
【摘 要】It has become social consensus that increasing atmospheric greenhouse gas (GHG) concentrations has led to climate change and global warming. Carbon emission from wastewater treatment plants is one of the major sources of emissions, including emissions from sewage treatment plants in small towns. Based on the life cycle assessment (LCA) theory, this paper defined the scope of assessment and established corresponding assessment system. According to the assessment system, evaluated the carbon emissions of a small town sewage treatment plant in Sichuan. Finally, combined with the evaluation result, the potential ways for carbon emission reduction in small town sewage treatment plants were discussed, to provide scientific basis for the carbon reduction in small town sewage treatment plants.%温室气体(GHG) 浓度的上升导致全球气候变暖已成为人类社会共识,污水处理厂碳排放是主要排放源之一,其中,小城镇污水处理厂碳排放量不容忽视.基于生命周期(LCA) 评价理论,界定了小城镇污水处理厂生命周期碳排放的评
估范围,构建了相应的评估体系.根据该体系评估了四川某小城镇污水处理厂的碳排放情况,结合评估结果,探讨了减少小城镇污水处理厂碳排放的途径,为其减排提供参考依据.
【期刊名称】《四川环境》
【年(卷),期】2018(037)003
【总页数】兵马俑的来历6页(P135-140)
【关键词】生命周期评价;小城镇污水处理厂;碳排放
【作 者】夏天虹;张清东;董桂君
【作者单位】绵阳职业技术学院建筑工程系,四川 绵阳 621000;西南科技大学环境与资源学院,四川 绵阳 621000;信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司,四川 绵阳 621000
【正文语种】中 文
【中图分类】X823
1 前 言
全球气候变暖的原因普遍认为是人为活动过程中过度向大气排放CO2、CH4和N2O等温室气体，这促使了包括《京都议定书》在内的温室气体减排国际协议和会议。污水处理厂在运行过程中直接排放CO2、CH4和N2O等温室气体，能源和资源的消耗也间接产生温室气体，因此，污水处理厂被认为是主要的碳排放源之一[1]。
服务技巧
《“十二五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》中要求，到2015年建制镇污水处理率平均达到30%，现已基本完成。《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》提出：到2020年底，实现城镇污水处理设施全覆盖，建制镇达到70%，其中中西部地区力争达到50%。随着小城镇污水处理厂的大量修建，其建造、运行和拆除过程中由于能耗、物耗、运行直接排放和处理固体废弃物等将产生巨大的碳排放量。
与城市污水处理厂相比，小城镇污水处理厂具有以下特点：小城镇面积较小，人口密度低，人口规模小，且工业发展水平不高，污水水量小；居民用水较为集中，早中晚用水量大，其他时间用水量较小，甚至在夜间可能出现断流，因此，污水水量、水质波动大；地形复杂、居民分散和环保意识淡薄等因素使得排水管网系统不健全，这增加了小城镇污水
处理水量和降低了污水有机物浓度；经济欠发达，用于污水处理的资金不足，运行管理技术薄弱，无法保证专业性强的污水处理正常运行。这些特点使得小城镇污水处理难以直接使用大型污水处理厂的处理工艺。因而，针对小城镇污水处理厂的碳排放评估是很有必要的。
本文基于生命周期评价理论，针对小城镇城市污水处理厂建造、运行、拆除过程中可能会产生碳排放的环节进行分析，以期客观了解小城镇污水处理厂的碳排放情况，为小城镇污水处理厂减少碳排放量的途径提供参考依据。
2 小城镇污水处理厂生命周期碳排放评估体系
2.1 评估范围
评估小城镇污水处理厂生命周期的碳排放可将小城镇污水处理厂生命周期的碳排放看成一个系统，评估该系统由于能耗、物耗和处理过程排向环境的总CO2当量。小城镇污水处理厂生命周期是指其从“摇篮”到“坟墓”的全过程，包含原材料开采，土建材料、设备加工制造，土建施工，设备安装，污水处理厂运行维护及拆除等阶段。评估全厂生命周期碳排放可分别评估建造阶段、运行阶段和拆除阶段的碳排放情况，如图1所示。
建造阶段，土建施工和设备安装消耗大量建筑材料，建材在生产过程中因消耗能源和各种物料产生大量碳排放，施工过程和设备、构配件加工制造过程因机械能耗而产生碳排放。运行阶段的碳排放量是由污水、污泥处理过程CO2、CH4和N2O等温室气体直接排放，以及能量和药剂消耗间接排放组成的。需指出的是，该阶段不包含尾水排放或回收，污泥转运及处置所对应的能源消耗与碳排放。拆除阶段的碳排放应扣除部分建材再循环使用对应的碳排放量。
图1 小城镇污水处理厂生命周期碳排放评估系统边界Fig.1 Assessment system boundary of life-cycle carbon emission for sewage treatment plants in small towns
2.2 评价指标
经典爱情句子小城镇污水处理厂的处理规模、处理水质、处理程度和处理工艺不同，建造过程中材料和机械使用量以及能耗差别较大，对运行阶段碳排放量的影响也很大。消除污水处理规模带来的影响，选取处理每立方污水对应的碳排放量为评价指标，这也是我国目前研究城镇污水处理碳排放的主要选取评价指标。但以处理每立方污水对应的碳排放量作为唯一评价标准有一定的局限性，较大差异的水质也会导致处理水量相同的污水具有不同的碳排放量[2]。
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为了消除污水水质和处理程度不同带来的影响，选取去除每千克BOD对应的碳排放量为评价指标。
因此，为了建立横向可比较的评价，使得评价结果具有一致性和可比性，本研究选取两个评价指标：处理每立方污水对应的碳排放量和去除每千克BOD对应的碳排放量。
3 小城镇污水处理厂碳排放评估方法
对于碳排放量，一般以产生的CO2量衡量。除CO2以外的其他温室气体，如CH4、N2O等，根据全球变暖潜能值(GWP)可换算为碳排放当量。CO2的潜势值为1，CH4和N2O的潜势值分别为23和296[3]，小城镇污水处理厂生命周期的碳排放量等于建造、运行和拆除3个阶段的各类温室气体排放量与其GWP相乘所得的总和。
3.1 建造阶段
小城镇污水处理厂在建造过程中会消耗大量各类建材和使用各种机械。但由于使用到的材料繁多，难以逐一评价，本文将所有材料分别按能源消耗、造价大小排序，累计量占总材料80%以上的材料纳入评价范围，其他未直接计算出的碳排放量为可计算部分碳排放量的5
%。建造阶段的碳排放计算公式如下：
Mco2·W=1.05∑Wi×EFco2·Wi
(1)张若昀主演的电视剧
式(1)中：Mco2·W—建造过程中CO2排放量，单位：kg；
Wi—建造过程中施工材料i消耗量，单位：kg；
EFco2·Wi—i材料消耗的CO2排放因子，单位kgCO2/kg。根据已有的研究，建造阶段主要CO2排放因子见表1[4～7]。
表1 建造阶段主要CO2排放因子Tab.1 CO2 emission factors during construction stage (kgCO2/kg)水泥钢 材能 源塑 料水泥大型钢材中小型钢材热轧带钢冷轧带钢汽油柴油PEUPVC0.7162.8002.3202.4302.9402.0312.1710.6034.700注：水泥的CO2排放因子根据建筑用水泥熟料比0.75计。
3.2 运行阶段
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小城镇污水处理厂运行阶段的碳排放包含直接排放和间接排放两部分。污水收集、污水处理和污泥处理过程向环境直接排放CO2、CH4和N2O等温室气体，在联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)推荐方法指南中，直接排放的CO2属于生物成因而不纳入碳排放总量[8]，本文亦不予考虑，因此，直接排放主要来自生物处理过程CH4和N2O的排放；间接排放包含各处理工艺单元中电耗和药耗所产生的碳排放。

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