Greenhouse gas emission quantification from wastewater treatment plants, using a tracer gas dispersion method

使用示蹤氣體擴散方法量化污水處理廠的溫室氣體排放

來源：Science of the Total Environment, Volumes 605-606, 2017, Pages 258-268

《總體環境科學》第605-606卷，2017年，第258-268頁

 

摘要

摘要闡述了研究在五個斯堪的納維亞污水處理廠進行了植物一體化的甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）排放量化，使用了一種地面遙感方法，該方法結合了從廠區受控釋放示蹤氣體與下風向濃度測量。CH4排放因子在CH4產量的1%至21%之間，而N2O排放因子范圍從低于檢測限到總氮進水量的5.2%。主要CH4排放源是污泥處理和能源生產單元，最低排放因子出現在具有封閉污泥處理和儲存單元的廠區。測量得到的站點特定CH4和N2O排放因子處于文獻值和國際指南中默認因子的上限范圍，表明當前指南中的模型不適合斯堪的納維亞地區的站點特定排放報告。

 

研究目的

研究目的是量化五個斯堪的納維亞污水處理廠的植物一體化CH4和N2O排放，以生成站點特定排放因子，評估現行國際指南（如IPCC指南）中模型的準確性，并為改進溫室氣體排放報告和碳足跡評估提供依據。

 

研究思路

研究思路是應用示蹤氣體擴散方法，在五個具有不同處理技術和規模的污水處理廠進行現場測量。方法包括初始篩選階段（識別主要排放源）和量化階段（通過下風向羽流測量結合示蹤氣體釋放計算排放速率）。使用移動分析平臺（配備高靈敏度氣體分析儀，如Picarro分析儀）實時測量CH4和N2O濃度，并與乙酰烯（C2H2）示蹤氣體對比，以消除大氣擴散影響。測量活動多次進行，以捕捉時間變化，并比較測量排放與IPCC和丹麥指南的估計值。

 

測量的數據及研究意義

1 CH4和N2O排放速率：數據來自文本中報告的測量值（如CH4排放速率介于1.1±0.1至18.1±6.3 kg CH4 h?1）。研究意義是直接量化整個廠區的總排放，避免了點測量可能漏掉的擴散源，為準確排放報告提供基礎。

2 CH4和N2O排放因子（EFs）：數據來自圖3（排放因子比較），顯示CH4 EFs為CH4產量的1.1-21.3%或COD進水量的0.2-3.2%，N2O EFs為總氮進水量的<0.1-5.2%。研究意義是揭示站點特異性，表明指南默認因子可能低估實際排放，支持需要站點特定因子用于環境評估。

 

3 排放源識別：數據來自圖1（篩選示例）和文本描述，顯示主要CH4排放源為污泥處理單元（如厭氧消化），N2O排放來自廢水處理反應器。研究意義是幫助識別關鍵減排區域，優化廠區運行以降低溫室氣體排放。

 

4 測量與指南估計值比較：數據來自圖6（測量與估計排放率比較），顯示IPCC Tier 1高估CH4排放（5-29倍），而丹麥指南低估排放。研究意義是驗證指南模型在國家尺度報告中的局限性，強調現場測量對站點特定報告的必要性。

 

 

結論

1 示蹤氣體擴散方法能有效量化污水處理廠的植物一體化CH4和N2O排放，測量排放因子處于文獻上限，高于指南默認值。

2 CH4排放主要來自污泥處理和能源生產單元，封閉式設計可降低排放；N2O排放因子變化大，凸顯處理過程的敏感性。

3 當前指南模型（如IPCC Tier 1）不適合站點特定排放報告，可能高估或低估排放，強調需要基于測量的站點特定因子。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極（如N2O微傳感器）測量溶解N2O數據的研究意義在于其高精度和實時性，能直接捕捉液相N2O動態變化。在研究中，該電極用于監測廠區下水中的N2O濃度（如文檔提及的溶解N2O測量），提供連續時間序列數據，這些數據與示蹤氣體方法結合，驗證了N2O排放路徑和峰值。例如，測量揭示了N2O在曝氣期間的高排放，幫助識別了反硝化過程的不完全性。實際意義是，這種測量能量化操作條件（如溶解氧）對N2O生成的即時影響，為模型校準提供可靠實驗證據，從而優化處理工藝以減少溫室氣體排放。同時，電極數據與同位素分析互補，增強了排放機制的理解，支持了減排策略的開發。