《污水處理廠碳排放研究》文獻(xiàn)綜述

污水處理廠碳排放研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1國(guó)外研究現(xiàn)狀在國(guó)際上，對(duì)污水處理廠的碳排放溫室氣體量化評(píng)價(jià)的過(guò)程中，主要是通過(guò)碳足跡（CarbonFootprint）加以分析。在碳足跡的核算標(biāo)準(zhǔn)方面，2008年10月由碳信托基金會(huì)（CarbonTrust）和英國(guó)的水務(wù)監(jiān)管局以及Defra（DepartmentforEnvironment,FoodandRuralAffairs，也即環(huán)境、食品及農(nóng)村事務(wù)部）共同組織的英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI），其所編制的《PAS2050：2008》是全球第一個(gè)碳足跡核算體系，該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了ISO14040、ISO14048等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，參考了《IPCC氣候變化與土地特別報(bào)告報(bào)告》（SRCCL）的報(bào)告成果，是當(dāng)前少有的公認(rèn)的、含有公開(kāi)具體核算方法的碳足跡標(biāo)準(zhǔn)之一[[]TaitS,SchellartA,etal.Reducingcarbonemissionsbyintegratingurbanwatersystemsandrenewableenergysourcesatacommunityscale[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2020,123.]。2009年3月，日本發(fā)布了對(duì)所有產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行分類(lèi)的碳足跡產(chǎn)品分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（ThecriteriaondevelopingCFproductcategoryrules），2009年4月20日，日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（JISC）發(fā)布了日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《產(chǎn)品碳足跡評(píng)價(jià)與標(biāo)識(shí)的一般原則》（JISTSQ0010：2009），日本也因此成為了首個(gè)制定碳足跡核算標(biāo)準(zhǔn)的亞洲國(guó)家[[]OshiroK,FujimoriS.Strandedinvestmentassociatedwithrapidenergysystemchangesunderthemid-centurystrategyinJapan[J].SustainabilityScience,2020:1-11.]。2013年4月9日，歐盟頒布了組織環(huán)境足跡（organizationenvironmentalfootprint，OEF）和產(chǎn)品環(huán)境足跡（productenvironmentalfootprint，PEF）方法學(xué)，以生命周期評(píng)價(jià)法為制訂產(chǎn)品環(huán)境政策的核心理論，建立出統(tǒng)一的污水處理廠碳排放標(biāo)準(zhǔn)[[]Balsalobre-LorenteD,SinhaA,DrihaOM,etal.Assessingtheimpactsofageingandnaturalresourceextractiononcarbonemissions:AproposedpolicyframeworkforEuropeaneconomies[J].JournalofCleanerProduction,2021,296（16）:126470.]。除上述發(fā)布的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，越來(lái)越多的國(guó)家也開(kāi)始積極推動(dòng)的碳足跡核算標(biāo)準(zhǔn)的建立和發(fā)展，并頒布了一系列符合本國(guó)國(guó)情的碳足跡核算標(biāo)準(zhǔn)。例如由泰國(guó)溫室氣體管理辦公室（TGO）與國(guó)家技術(shù)委員會(huì)等共同頒布的《產(chǎn)品碳足跡國(guó)家方案》中就應(yīng)用了生命周期法計(jì)算碳足跡，指南中碳足跡核算基本原則和核算框架都源自于ISO14040和ISO14044國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[[]XingL,LiG,PongpiachanS,etal.QuantifyingthecontributionsoflocalemissionsandregionaltransporttoelementalcarboninThailand[J].EnvironmentalPollution,2020,262:114272.]。韓國(guó)環(huán)境工業(yè)技術(shù)研究所發(fā)布了《韓國(guó)產(chǎn)品碳足跡指南》，其中就列式了碳足跡核算方法范圍邊界及核算方法步驟，韓國(guó)的KoreaCarbonFootprintLabel碳足跡標(biāo)簽就基于該指南進(jìn)行評(píng)價(jià)[[]LabzovskiiLD,MakH,KeneaST,etal.WhatcanwelearnabouteffectivenessofcarbonreductionpoliciesfrominterannualvariabilityoffossilfuelCO2emissionsinEastAsia?[J].EnvironmentalScience&Policy,2019,96:132-140.]。此外，1997年的《京都議定書(shū)》（KyotoProtocol）指出，二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2[]TaitS,SchellartA,etal.Reducingcarbonemissionsbyintegratingurbanwatersystemsandrenewableenergysourcesatacommunityscale[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2020,123.[]OshiroK,FujimoriS.Strandedinvestmentassociatedwithrapidenergysystemchangesunderthemid-centurystrategyinJapan[J].SustainabilityScience,2020:1-11.[]Balsalobre-LorenteD,SinhaA,DrihaOM,etal.Assessingtheimpactsofageingandnaturalresourceextractiononcarbonemissions:AproposedpolicyframeworkforEuropeaneconomies[J].JournalofCleanerProduction,2021,296（16）:126470.[]XingL,LiG,PongpiachanS,etal.QuantifyingthecontributionsoflocalemissionsandregionaltransporttoelementalcarboninThailand[J].EnvironmentalPollution,2020,262:114272.[]LabzovskiiLD,MakH,KeneaST,etal.WhatcanwelearnabouteffectivenessofcarbonreductionpoliciesfrominterannualvariabilityoffossilfuelCO2emissionsinEastAsia?[J].EnvironmentalScience&Policy,2019,96:132-140.Grossman與Belete等人（2021）以食品加工企業(yè)污水處理為例，建立了污水處理系統(tǒng)碳排放數(shù)學(xué)模型并且進(jìn)行了量化估算。研究表明，Hybrid工藝中溫室氣體直接排放占到整個(gè)污水處理廠溫室氣體排放的23%-32%，污水處理過(guò)程中加入的藥劑（碳源、pH調(diào)節(jié)酸堿等）帶來(lái)的溫室氣體排放占排放比例的50%-57%，而電力消耗引起的間接排放只占13%[[]GrossmanAD,BeleteYZ,BoussibaS,etal.Advancednear-zerowastetreatmentoffoodprocessingwastewaterwithwater,carbon,andnutrientrecovery[J].ScienceofTheTotalEnvironment,2021,779.]。而歐洲學(xué)者Al-AddousM與SaidanM等人（2019）針對(duì)種植園與水果生產(chǎn)廠在出品與生產(chǎn)包裝過(guò)程中污泥消化的CH4和N2O排放進(jìn)行了研究，得出在污泥厭氧消化過(guò)程中CH4和N2O的釋放因子分別為509mg/m3和7.1mg/m3，并且CH4在冬季釋放量較高[[]Al-AddousM,SaidanMN,BdourM,etal.EvaluationofBiogasProductionfromtheCo-DigestionofMunicipalFoodWasteandWastewaterSludgeatRefugeeCampsUsinganAutomatedMethanePotentialTestSystem[J].Energies,2019,12（1）:32-.]。此外，美國(guó)學(xué)者Elisa（2020）使用碳足跡評(píng)價(jià)的方法對(duì)歐盟的86座污水處理廠的碳排放進(jìn)行核算，得出污水處理廠電耗排放因子為0.33-4.52kWh/m3，并且污水處理廠碳排放受運(yùn)行條件、處理工藝、進(jìn)出水BOD等因素影響[]GrossmanAD,BeleteYZ,BoussibaS,etal.Advancednear-zerowastetreatmentoffoodprocessingwastewaterwithwater,carbon,andnutrientrecovery[J].ScienceofTheTotalEnvironment,2021,779.[]Al-AddousM,SaidanMN,BdourM,etal.EvaluationofBiogasProductionfromtheCo-DigestionofMunicipalFoodWasteandWastewaterSludgeatRefugeeCampsUsinganAutomatedMethanePotentialTestSystem[J].Energies,2019,12（1）:32-.[]ElisaP,AlessandroP,AndreaA,etal.Environmentalandclimatechangeimpactsofeighteenbiomass-basedplantsinthealpineregion:Acomparativeanalysis[J].JournalofCleanerProduction,2020,242（Jan.1）:118449.1-118449.12.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)城市污水處理技術(shù)的發(fā)展比較緩慢，在建國(guó)之初，我國(guó)當(dāng)時(shí)舉全國(guó)之力僅有4個(gè)小型污水處理廠，其主要方法是水體自?xún)?。到?0世紀(jì)60年代，我國(guó)開(kāi)始利用廢水灌溉農(nóng)田。比及20世紀(jì)70年代，我國(guó)主要集中于分散控制工業(yè)污染源[[]路偉果.我國(guó)與歐美國(guó)家碳排放權(quán)會(huì)計(jì)處理的比較與借鑒[J].財(cái)會(huì)通訊,2020,No.837（01）:152-156.]。而傳統(tǒng)的廢水處理方法主要是物化處理方式，包括混凝法和高級(jí)氧化法。其中王雅晴與譚德明、張佳田等人（2020）經(jīng)長(zhǎng)期調(diào)研后指出，混凝法在污水中加入一定容量的化學(xué)試劑，通過(guò)分子間作用凝聚成大顆粒物質(zhì)，進(jìn)而沉降分離。而高級(jí)氧化技術(shù)則是生產(chǎn)高容量的羥基（OH）的氧化反應(yīng)和氧化等反應(yīng)條件下，高溫、高壓和催化劑的氧化降解的有機(jī)物，形成毒性更小或無(wú)毒的小分子[[]王雅晴,譚德明,張佳田,等.我國(guó)城市發(fā)展與能源碳排放關(guān)系的面板數(shù)據(jù)分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2020,v.40（21）:350-360.]。至上世紀(jì)80年代，隨著我國(guó)污水處理技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)時(shí)我國(guó)已廣泛開(kāi)始采用SBR（間歇式活性污泥法）、AO法（缺氧－好氧法）、氧化溝法和AAO（厭氧－缺氧－好氧法）等[[]吳立軍,田啟波.中國(guó)碳排放的時(shí)間趨勢(shì)和地區(qū)差異研究——基于工業(yè)化過(guò)程中碳排放演進(jìn)規(guī)律的視角[J].山西財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,38（01）:25-35.]。比及20世紀(jì)90年代，隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)再度攀升，高分子膜處理技術(shù)開(kāi)始在中國(guó)發(fā)展。到了21世紀(jì)，我國(guó)污水處理工程主要有氧化溝和SBR等技術(shù)，如MSBR（改良間歇順序反應(yīng)器）、DAT-IAL（間歇好氧曝氣系統(tǒng)）和Unitank系統(tǒng)等都是在舊基礎(chǔ)上得到[]路偉果.我國(guó)與歐美國(guó)家碳排放權(quán)會(huì)計(jì)處理的比較與借鑒[J].財(cái)會(huì)通訊,2020,No.837（01）:152-156.[]王雅晴,譚德明,張佳田,等.我國(guó)城市發(fā)展與能源碳排放關(guān)系的面板數(shù)據(jù)分析[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2020,v.40（21）:350-360.[]吳立軍,田啟波.中國(guó)碳排放的時(shí)間趨勢(shì)和地區(qū)差異研究——基于工業(yè)化過(guò)程中碳排放演進(jìn)規(guī)律的視角[J].山西財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,38（01）:25-35.[]高虹,王志.城市污水處理技術(shù)研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2017（04）:104-109.早年間，肖建武與趙珂藝（2019）在基于碳足跡的相關(guān)理論基礎(chǔ)之上，分別核算了污水處理廠在運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)和退役環(huán)節(jié)的碳足跡，分析比對(duì)了污水處理廠多晶光伏與燃煤發(fā)電技術(shù)，建議使用新能源技術(shù)代替燃煤燃燒的“舊式”的傳統(tǒng)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與環(huán)境效益更高[[]肖建武,趙珂藝.長(zhǎng)株潭地區(qū)碳赤字時(shí)空演變及區(qū)際比較——基于碳足跡理論與方法[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）,2019,013（006）:39-45,73.]。而白王軍與祝建中（2020）在關(guān)于污水處理廠的碳排放控制研究方面，參考了生命周期理論，將污水處理廠的整個(gè)生命周期劃分為污水處理廠原材料的生產(chǎn)與采購(gòu)、污水處理廠物的建造、運(yùn)行和拆除與回收四個(gè)階段，并基于此運(yùn)用排放系數(shù)法測(cè)算污水處理廠四個(gè)階段的碳足跡，但該文作者也指出該研究局限在微觀層面的單體污水處理廠物，沒(méi)有拓展到宏觀層面對(duì)國(guó)家的污水處理