孙祥超陈 伟贺姝峒张 宁

（1天津荣程联合钢铁集团有限公司 天津 300352 2天津环科环境咨询有限公司 天津 300191 3南开大学 天津 300071 4天津市环境保护科学研究院 天津 300191）

引言

气候变化问题是当前人类发展面临的重要挑战，有效控制温室气体排放、走低碳发展道路是我国经济社会发展的重大战略和生态文明建设的重要途径[1]。当前，大气温室气体浓度已上升至80万年以来的最高水平。其中，大气中甲烷浓度自1750年以来已增长150%，增加幅度远高于其他两种主要温室气体——二氧化碳与氧化亚氮（分别增长40%和20%）[2]，并且其导致全球气候变暖的能力（即气体在大气中吸收热量的能力）约为二氧化碳的25倍。污水处理甲烷排放是全球重要的甲烷排放源，同时具有增长快、减排潜力大的特征。因此，摸清区域污水甲烷排放量是进一步采取有效措施减少部门甲烷排放、避免潜在的气候变化风险、实现低碳发展的重要基础工作。

确定污水中或废水中甲烷排放能力的主要参数是可降解有机物的数量，常见的有生化需氧量（BOD）和化学需氧量（COD）。同样的条件下，COD或BOD浓度较高的废水产生的甲烷通常会多于浓度较低的废水。通常BOD经常用于报告生活污水，而COD主要用于工业废水[3]。由于我国统计资料中一般仅有COD指标，因此需要采用BOD与COD的相关关系估算BOD。在目前国家省级温室气体清单编制工作中，一般采用BOD/COD地区推荐值[4]，但研究发现该推荐值往往与实测值有较大差距，导致污水处理甲烷排放量估算结果不准确。郑思伟等人采用政府间气候变化专门委员会提供的估算方法，分别采用BOD/COD《浙江省市县温室气体清单编制指南》推荐值和实测值估算了2011-2014年杭州市污水处理厂污水处理中的甲烷排放量，分析了其排放状况，对比结果发现采用实测值计算得污水处理厂甲烷排放量约为推荐值计算结果的75%左右，系统处理甲烷排放在总排放量中的占比则稍高于推荐值计算结果[5]。

天津是我国北方最大的沿海开放城市，是环渤海地区的经济中心，在区域经济和全国经济发展中具有重要地位和作用。天津市一直以来积极推进应对气候变化工作，对温室气体排放的统计与核算给予高度重视。“十三五”时期，天津市又提出强化能源、工业、农业、林业、废弃物处理等相关基础数据的统计与调查，健全温室气体排放数据信息系统[6]。在此背景下，本研究基于实测数据估算天津市生活污水BOD/COD特征值，核算近年来天津市生活污水甲烷排放量，以期为准确编制温室气体排放清单、制定污水处理温室气体减排政策提供参考。

1 估算方法与数据

1.1 估算方法

本文采用《省级温室气体清单编制指南》（下称《指南》）中废水处理部分推荐的方法估算天津市2012-2015年生活污水甲烷排放量[4]。

生活污水处理甲烷排放的估算公式为：

式中，ECH4指估算年份生活污水处理甲烷排放总量（tCH4/年）；TOW指估算年份的生活污水中有机物总量（tBOD/年）；EF指排放因子（tCH4/tBOD）；R指估算年份的甲烷回收量（tCH4/年）。其中，排放因子（EF）的估算公式为：

式中，B0指甲烷最大产生能力；MCF指甲烷修正因子。

1.2 活动水平数据与排放因子

生活污水处理甲烷排放估算中主要的活动水平数据是污水中有机物的总量（TOW），BOD作为指标，包括排入到海洋、河流或湖泊等环境中的BOD和在污水处理厂处理系统中去除的BOD两部分。《指南》中提供了各区域平均BOD/COD推荐值，其中华北地区推荐值为0.45。在本文中，排入到环境中的COD排放量来自2013-2016年《天津市统计年鉴》中城镇生活源COD排放量，污水处理厂去除的COD量来自天津市统计资料中代表全市95%污水处理量水平的COD处理量，BOD/COD采用《指南》推荐值与天津市统计资料中代表全市95%污水处理量水平的比值。

甲烷回收量在本文研究时期均取缺省值0。

甲烷最大产生能力，表示污水中有机物可产生最大的甲烷排放量，《指南》推荐生活污水为每千克BOD可产生0.6千克的甲烷。

甲烷修正因子表示不同处理和排放的途径或系统达到的甲烷最大产生能力的程度，也反映了系统的厌氧程度。《指南》推荐的MCF全国平均值为0.165。

2 天津市生活污水甲烷排放与特征值

2.1 天津市污水处理概况

“十二五”时期，天津市新扩建污水处理厂67座，配套管网1303千米，新增污水处理能力79.746万吨/日，全市污水处理总规模达到330.47万吨/日，城镇污水集中处理率提高到91.5%[7]。城镇生活源废水排放量由2012年的63650万吨增长至2015年的73972万吨，增长16.2%（如图1所示）。

图1 城镇生活源废水排放量（万吨）

2015，《天津市水污染防治条例》正式施行，并发布实施了《天津市污染物排放自动监测有效数据适用环境行政处罚规定》等3项配套制度。此外，天津市污水处理厂实行月监测通报制度，建设污染源自动监控系统，全市60家污水处理厂、22家重点企业已实现废水自动在线监控，排水量达到全市排放总量的91%[8]。天津市良好的法律政策环境、监测通报制度为估算天津市生活污水甲烷排放量、研究地区特征值提供了较好的基础数据支撑。

2.2 BOD/COD地方特征值

依据天津市相关统计资料，本文获取了代表天津市95%生活污水处理量水厂的年均BOD/COD值，包括进水口比值、出水口比值，并据此估算出系统处理污水的BOD/COD值，可作为天津市特征值用于甲烷排放量估算。如表1所示，通过监测数据统计，天津市2012-2015年生活污水处理厂进水口BOD/COD范围在0.33-0.38，出水口BOD/COD为0.19-0.21不等。系统处理部分的污水BOD/COD值由生活污水处理厂进水口和出水口BOD/COD值、进水口和出水口COD监测值计算得出，在0.34-0.41范围内。

表1中2012-2015年天津市BOD/COD实测平均值可以作为地区特征值，即天津市污水处理厂进水口、出水口与系统处理中的BOD/COD特征值分别为0.36，0.20和0.38。而《指南》中华北地区推荐值不仅没有对污水处理环节进行区分，而且远高于天津市污水处理各环节的BOD/COD值，对天津市生活污水甲烷排放量的估算结果可能产生较大影响。

表1 2012-2015年天津市BOD/COD特征值与《指南》推荐值

2.3 天津市生活污水甲烷排放量估算结果

2012-2015年天津市生活污水COD系统处理量与入环境排放量分别由天津市统计资料与《天津市统计年鉴》获得，见表2。

表2 2012-2015年天津市生活污水COD处理量与排放量（单位：吨）

基于上述COD活动水平数据、排放因子，并分别采用BOD/COD地方特征值与《指南》推荐值估算天津市2012-2015年生活污水甲烷排放量，结果如表3所示。

表3 2012-2015年天津市生活污水甲烷排放量估算结果比较（单位：吨）

结果表明，天津市2012-2014年污水处理甲烷排放量基本稳定，2015年由于系统处理COD量增多，甲烷排放量有小幅增长。依据各年实测特征值估算结果，四年中由排入环境部分COD导致的甲烷排放量占总排放量的7.51%-10.51%不等，平均占比9.11%。此外，相比于采用天津市BOD/COD特征值估算的生活污水甲烷排放量，采用《指南》华北地区推荐值的估算结果较前者平均高估30.20%。

结语

本文通过天津市2012-2015年污水处理厂BOD/COD实测数据估算得出各年度天津市系统处理与排入环境污水的BOD/COD实测值，并提出将四年平均值作为地区特征值，分别为0.38和0.20；采用《指南》中推荐的华北地区BOD/COD值将导致甲烷排放量被高估30%以上。为进一步减缓天津市及其他地区生活污水甲烷排放，推动区域低碳发展，本文提出以下对策建议：

加强污水处理厂可降解有机物的监测、统计与数据使用工作，形成基于监测数据的各地区BOD/COD推荐值。由于我国大部分省市难以获取BOD统计量，而COD统计量常见于统计年鉴中，BOD/COD比值对生活污水甲烷排放量核算准确性的十分重要。地区BOD/COD比值研究有利于准确掌握城市污水处理厂甲烷排放情况，对研究各地区温室气体排放情况及污水厂甲烷排放控制与回收利用起到重要的支撑作用。

加强排放因子特征值研究，进一步降低污水处理部门温室气体排放核算的不确定性。我国各省市仍缺乏在污水处理部门特定的排放因子，给温室气体排放量的估算带来较大的不确定性。排放因子特征值估算较活动水平数据获取而言数据基础要求更高、估算难度更大，建议有条件的地区加强对污水处理部门特定排放因子的研究，形成地方排放因子特征值。

积极开展污水处理厂甲烷收集利用工作，在有条件的污水处理厂优先开展甲烷收集利用示范试点。根据现有技术，可实现从污水厌氧处理阶段回收沼气，并将其直接或提纯后用于电能、热能及机械能的生产，在完成污水处理、减少了温室气体排放的同时，可以实现能源的回收利用，并产生经济效益。

参考文献

[1]国务院.国务院关于印发“十三五”控制温室气体排放工作方案的通知[EB/OL].(2016-10-27)[2017-12-29].

[2]Intergovernmental Panel on Climate Change.Climate Change 2014:Synthesis Report[R/OL].2015[2017-12-29].

[3]Intergovernmental Panel on Climate Change.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories,Volume 5 Waste,Chapter 6:Wastewater treatment and discharge[R/OL].2006[2017-12-29].

[4]国家发展和改革委员会.省级温室气体清单编制指南 (试行)[EB/OL].2011[2017-12-29].

[5]郑思伟,唐伟,徐海岚,等.BOD/COD选取对污水处理厂甲烷排放量估算的影响——以杭州市为例[J].环境卫生工程,2017,25(3):66-68.

[6]天津市人民政府办公厅.天津市人民政府办公厅关于印发天津市“十三五”控制温室气体排放工作实施方案的通知[EB/OL].2017[2017-12-29].

[7]天津市发展和改革委员会.市发展改革委关于印发天津市“十三五”生态环境保护规划的通知.(2017-05-05)[2017-12-29].[8]天津市环境保护局.2016天津市环境状况公报.(2017-05-27)[2017-12-29].