天津市生活污水甲烷排放量估算研究

气候变化问题是当前人类发展面临的重要挑战,甲烷作为重要的温室气体来源,其引起气候变化的作用不容小觑。污水处理甲烷排放是全球重要的甲烷排放源,并且增长快、减排潜力较大。生活污水中BOD含量是甲烷排放量核算中重要的活动水平数据,而我国又缺乏BOD统计量,需要尽快形成BOD/COD地方特征值以便更加准确地估算生活污水甲烷排放量,并为各省市温室气体清单的编制提供基础数据支持。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特征值,据此估算各年生活污水甲烷排放量。最终,结合估算结果提出污水处理部门温室气体减排对策建议。     

国际温室气体监测情况以及对我国的建议

准确、一致、可比、透明的温室气体排放和吸收数据对于应对气候变化国际履约和国内“双碳”战略具有重要意义,温室气体监测是获取相关数据的重要手段之一。本文系统梳理了国际履约对温室气体监测的要求和国在温室气体监测方面的实践,分析总结出我国温室气体监测需求,并提出制修订行业企业温室气体核算以及监测技术规范,强化煤炭、油气等重点排放源试点监测,探索开展甲烷以及含氟气体等排放监管监测,整合国内大气、温室气体浓度监测网络,开展浓度反演技术和模型的研究和应用等的建议。     

不同污水处理工艺非二氧化碳温室气体的释放

甲烷和氧化亚氮是两种重要的非二氧化碳温室气体.城市污水处理厂是甲烷和氧化亚氮的重要释放源.因此,为探究不同污水处理工艺甲烷和氧化亚氮的释放现状和变化规律,通过浮流式表面集气罩对西安市第三污水处理厂（Orbal氧化沟工艺）和第四污水处理厂（A/A/O工艺）生物处理过程中甲烷和氧化亚氮的排放情况进行测定,比较不同污水处理工艺中非二氧化碳温室气体的释放情况,并以第四污水处理厂为例研究溶解氧、温度对非二氧化碳温室气体释放量的影响.结果表明,西安市第三污水处理厂每m³进水释放甲烷1181 mg（以CH₄计）、氧化亚氮36.20 mg（以N₂O计）,西安市第四污水处理厂每m³进水释放甲烷209 mg（以CH₄计）、氧化亚氮54.64 mg（以N₂O计）.温度、曝气方式、溶解氧浓度、亚硝酸盐氧化速率和最大产甲烷活性是甲烷和氧化亚氮释放量的重要影响因素.     

基于排放因子法的中国主要城市群城镇污水厂温室气体排放特征

温室气体产生是"碳中和"背景下污水处理行业亟待解决的问题之一,准确掌握我国主要城市区域污水处理厂温室气体的产生特征和变化规律是制定减排政策的前提。基于污水处理量的排放因子法,建立了2015-2019年中国五大城市群城镇污水处理厂温室气体二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)的排放清单,分析了温室气体排放的时空分布和影响因素。结果表明:五大城市群城镇污水处理厂温室气体排放量逐年升高,长江三角洲城市群排放量始终最高,2019年达到2042.78 Gg CO₂-eq,汾渭平原城市群排放量最低;珠江三角洲城市群人均温室气体排放量最高,2019年达到20.36 kg/人;相关性分析显示,污水厂温室气体排放量与人口、GDP、污水处理能力和污水处理率呈显著正相关。     

中国城镇污水处理厂温室气体排放时空分布特征

城镇污水处理厂由于运行过程中能够大量产生二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O),而被视为重要的人为温室气体释放源.采用基于污染物削减量的排放因子法建立了2014年中国城镇污水处理厂温室气体(CO_2、CH_4和N_2O)排放清单,并分析温室气体排放的时空分布和影响因素.结果表明,2014年中国城镇污水处理厂温室气体排放总量(以CO_2-eq计)为7 348.60 Gg,CO_2、CH_4和N_2O排放量分别为6 054.57 Gg、27.47 Gg(769.08 Gg,以CO_2-eq计)和1.98 Gg(524.95 Gg,以CO_2-eq计);各省份间排放量差异明显,华东地区排放量较高,西北地区排放量较低,西藏几乎没有排放,2005~2014年这10年间中国通过城镇污水处理厂排放的温室气体总量增长了229.4%,CO_2、CH_4和N_2O的涨幅分别为217.9%、217.9%和520.3%;地区经济的发展水平和污水处理量与当地城镇污水厂温室气体释放量相关性最大,人均蛋白质供应量与城镇污水厂N_2O产生量密切相关.     

大气中甲烷的化学行为

甲烷作为重要的温室气体,其化学行为日益引起人们的关注。稻田排放、牲畜排放和沼泽排放等是大气甲烷重要的源;与OH自由基的反应是其主要的汇。甲烷在大气中的浓度以每年1%的速度增长,其不仅影响气候的变化,而且引起大气中OH,O₃等浓度的变化,是非常重要的化学物种。      

长江三角洲典型城市站点甲烷浓度时间变化特征和影响因素分析

甲烷(CH₄)是一种具有显著全球变暖潜力的温室气体,其变化特征和影响因素十分复杂,尤其是在人为活动频繁和自然资源丰富的地区。苏州作为长三角经济发达典型城市之一,分析其CH₄的变化特征和影响因素具有重要意义。本研究基于2018～2022年苏州甲烷在线观测数据,结合多种统计分析方法(包括机器学习算法、HYSPLIT后向轨迹和潜在贡献因子)分析了苏州的CH₄变化特征、相关性及其主要潜在源区。结果表明,苏州CH₄浓度整体呈秋季高春季低的特征,日变化呈单峰型;气象归一法表明2019年甲烷浓度在近四年中最高,受人为排放原因为主;风速与CH₄的相关性明显高于温度和湿度;苏州来自海面的气团较为洁净,起始于内陆的轨迹CH₄浓度较高,存在上游城市的传输影响;CH₄主要潜在源区分布在安徽省东南部和浙江省西北部一片,潜在源区浓度贡献值呈现以苏州为中心向四周逐渐降低的环状分布特征。     

甲烷排放控制的国际经验及对我国的启示

甲烷为全球第二大温室气体,排放量占全球温室气体排放总量的16%,对温室气体导致的全球变暖贡献率达25%。一半以上的甲烷排放来自人为源。甲烷浓度在近年来持续快速上升,从工业化初期的750ppb左右迅速攀升至2021年年底的1910ppb。甲烷排放控制在国际上已有一些实践和经验,本文对相关国际经验进行分析总结,并从科学设计甲烷减排目标和实施路径、针对重点领域实施差异化排放管控、强化市场经济手段应用、建立健全甲烷排放的监测监管支撑体系等方面提出建议,为我国甲烷排放控制提供参考。     

海南省废弃物处理温室气体排放估算研究

废弃物处理所释放的甲烷、二氧化碳和氧化亚氮是温室气体排放估算的组成部分之一.通过对海南省废弃物处理固体废弃物填埋、焚烧、生活污水以及工业废水过程中温室气体排放的估算,得出废弃物处理温室气体排放清单.2010年海南省城市废弃物处理温室气体排放以CO2当量计算总量为65.79万吨,同时进行了不确定性分析,不确定性约为30％,并提出拟采取的降低不确定性措施,为今后不断完善废弃物处理温室气体排放清单编制提供依据.     

基于IPCC方法的区域牲畜温室气体排放研究——以沈阳市为例

由温室气体的过量排放而引起全球气候异常越来越得到国际社会的认可。甲烷和氧化亚氮是仅次于二氧化碳的重要温室气体,牲畜尤其是反刍动物的肠道发酵和粪便是甲烷和氧化亚氮的重要排放源。我国是畜牧业大国,牲畜的温室气体排放是我国农村地区的主要排放源之一。我国现已提倡发展低碳经济,走节能减排的发展道路。针对我国现状和区域特点编制牲畜温室气体排放清单对于我国实施低碳经济、调整畜牧业产业结构具有重要的参考价值。文章基于IPCC方法针对我国区域现状特点,以选取特征值的方法估算了2005-2009年沈阳市农村地区牲畜因肠道发酵和粪便管理而产生的温室气体并对5年间的温室气体排放情况作了比较分析,结果发现5年间由牲畜产生的温室气体是先升后降总体上升的趋势,2007年的排放量达到最高,为187.14万t;对于牲畜种类排放源的分析中,牛类、羊类、猪是温室气体排放的主要牲畜种类,而马、驴、骡、家禽及兔占据了较少的排放量;对于畜牧业产值的分析中发现,5年间沈阳市的畜牧业增长了79.5%,2007-2009年沈阳市的畜牧业逐渐走上了产业发展与温室气体排放脱钩的发展道路。     

基于Tanks 4.0.9d模型的石化储罐VOCs排放定量方法研究

石化储罐VOCs排放是石化行业重要的VOCs排放源之一.为了掌握石化储罐VOCs的排放情况,研究了基于Tanks4.0.9d模型计算各种类型储罐VOCs排放量的方法,并对卧式固定顶罐、立式固定顶罐、内浮顶罐和外浮顶罐的VOCs排放量进行了实例计算.同时,探讨了在国内使用Tanks 4.0.9d模型时需要考虑的所在地气象数据、储罐密封情况、储存物质的参数选择及参数单位换算问题.Tanks 4.0.9d模型可以作为一种方便且准确性较高的石化储罐VOCs排放定量方法在国内推广使用.     

填埋场好氧修复过程碳排放特征及削减研究

填埋场是温室气体的主要人为排放源之一。由于历史原因我国目前存在着大量到期填埋场及非正规堆场,面临着严峻的存量垃圾问题,亟需进行修复,而好氧修复技术因其能够有效加速垃圾稳定化而得到了广泛应用,但修复过程中其碳排放特征尚且未知。因此,以某大型垃圾填埋场为对象,考察其在不同的修复状态下,填埋场有机质垃圾和二次污染物的变化特征,揭示其在好氧修复下的稳定化进程,并核算该过程中的甲烷(CH₄)减排效果。结果表明:该填埋场在曝气量和注水量分别为322.34 m3/min及25.65 m3/d的操作状态下,通过间歇注气方法(注气3 h,停3 h,每日运行9 h),垃圾中有机质平均含量从47.66%降至17.86%;填埋气CH₄含量从0.02%~46.48%下降至4.23%,满足导气管排放口CH₄浓度<5%的要求;渗滤液中ρ(COD)、ρ(氨氮)及ρ(总氮)分别降低至800.8,680.9,897.8 mg/L;在修复过程中,该填埋场CH₄实际排放量从24.57 t降低至2.47 t,减少了22.10 t CH₄排放,同时由于填埋场稳定化的加速,其CH₄排放潜力减少了1.75 kg/t垃圾。该研究成果中好氧修复可做为填埋场CH₄减排的重要支撑。     

固定顶储罐VOCs排放核算影响因素研究

根据《石化行业VOCs污染源排查工作指南》中固定顶储罐VOCs排放的核算公式,通过控制变量法,系统性地研究了储存温度、环境状况、罐漆颜色、储存物料、储存高度及周转量等因素对储罐排放的影响,在对主要影响因素进行分析的基础上,提出针对性的减排措施。     

煤焦化生产过程甲烷排放初步研究

本研究选取山西省具有代表性的焦化厂,通过在废气排放烟囱上采集燃烧室废气和装煤/出焦废气,初步研究了煤焦化过程甲烷排放特征。结果显示燃烧室废气中CH4占∑(CH4+NMHC)的比例远高于装煤和出焦废气。基于EPA AP-42排放因子的计算方法,煤焦化三个工段的CH4排放因子为228.5±56.1g/t。结合中国机械炼焦炉焦炭产量,2004年中国机械炼焦CH4排放为0.03Tg/a,占中国总CH4排放的0.1%,可能是山西省除煤炭开采外的重要甲烷排放源,该值还需再进一步的工作中完善和验证。     

四川省典型人为污染源VOCs排放清单及其对大气环境的影响

基于四川省环境统计调查数据和相关统计资料,利用排放因子法计算得到2011年四川省典型人为源VOCs的排放量及其地区分布情况,同时还估算了各污染源排放的VOCs的臭氧生成潜势与二次有机气溶胶生成潜势.四川省典型人为污染源VOCs排放总量为482 kt,其中生物质人为燃烧源、溶剂使用源、工业过程源、化石燃料分配源、固定化石燃料燃烧源排放量分别为174、153、121、21和13 kt;溶剂使用源中,建筑墙壁涂料使用、家具、木器装修以及人造板制造为主要排放行业;工业过程源中,19.4%的VOCs排放量来自于制酒行业.四川省各地区排放数据中,成都市排放量最高为112 kt.四川省臭氧生成潜势总量为1 930 kt.二次有机气溶胶生成潜势中,溶剂使用排放源贡献50.5%,生物质人为燃烧源与工业过程源的贡献均为23%左右,化石燃料分配和固定化石燃料燃烧源分别贡献1.0%和1.4%.     

燃料电池汽车燃料储运方案经济性分析

综合案例研究结果，结合氢气、甲醇在不同储运方式时的成本，从固定设计成本、尾气排放、燃料价格、汽车造价4个方面比较了氢气、甲醇、汽油3种燃料电池汽车的经济性。结果表明：（1）直接氢燃料电池是燃料电池汽车的首选动力；（2）天然气重整制氢是目前氢燃料电池汽车获得燃料优先考虑的方式；（3）高压氢气、液氢是当前燃料电池汽车的首选燃料。     

长三角区域人为源活性挥发性有机物高分辨率排放清单

基于长三角区域41个城市本地实测,结合美国EPA的SPECIATE 4.4数据库,建立了长三角区域人为源活性挥发性有机物(VOCs)高分辨率排放清单,分析了区域内VOCs的排放特征和组分构成;计算了VOCs的臭氧生成潜势(OFP)和二次有机气溶胶生成潜势(SOAP).结果表明,2017年,长三角区域人为源VOCs排放总量为4.9×10⁶ t,其中工艺过程源、工业溶剂使用源、移动源、生活源、储运源、农业源和废弃物处理源排放贡献分别为：34.3%、27.1%、19.5%、9.7%、6.1%、2.5%和0.4%.芳香烃和烷烃是VOCs的主要种类,均各占长三角VOCs排放总量的25%.工艺过程源、工业溶剂使用源、移动源和生活源OFP贡献率分别为38.3%、21.5%、16.4%和13.2%,SOAP贡献率分别为26.2%、34.1%、18.1%和17.9%,与VOCs排放量的主要贡献源基本一致.各城市VOCs重点排放行业存在较大差异,重点城市群以石化化工和装备制造为主,区域北部则以木材家具等涂装行业为主.计算表明,丙烯、间/对-二甲苯和乙烯是臭氧主要贡献源;甲苯、1,2,...     

利用逆向轨迹反演模式估算北京地区甲烷源强

利用连续监测的大气甲烷浓度数据和拉格朗日逆向轨迹反演模式估算出北京甲烷源排放强度，并与根据最新调查数据建立的北京地区甲烷源排放清单进行了比较。排放清单结果表明，北京地区甲烷排放总量为296．4Gg/a，其中，最主要的甲烷排放源为城市垃圾和化石燃料，反映了北京作为一特大城市甲烷排放以人为源为主的特点。利用2000年6月至12月连续观测的有湿合层代表性的北京大气甲烷浓度，通过奇异值分解法（Singular Value Decomposition，SVD）反演出模拟区域的甲烷排放源强度和分布。模式计算与排放清单在甲烷源定性分布上对应较好，定量结果也是合理的。但由于可输入的气象数据有限，轨迹在整个模拟区域内覆盖不均匀，反演出的源块位置有偏差，其中偏差最大的为煤矿的甲烷排放。     

The levels, sources and reactivity of volatile organic compounds in a typical urban area of Northeast China

Air concentrations of volatile organic compounds (VOCs) were continually measured at a monitoring site in Shenyang from 20 August to 16 September 2017. The average concentrations of alkanes, alkenes, aromatics and carbonyls were 28.54, 6.30, 5.59 and 9.78 ppbv, respectively. Seven sources were identified by the Positive Matrix Factorization model based on the measurement data of VOCs and CO. Vehicle exhaust contributed the most (36.15%) to the total propene-equivalent concentration of the measured VOCs, followed by combustion emission (16.92%), vegetation emission and secondary formation (14.33%), solvent usage (10.59%), petrochemical industry emission (9.89%), petrol evaporation (6.28%), and liquefied petroleum gas (LPG) usage (5.84%). Vehicle exhaust, solvent usage and combustion emission were found to be the top three VOC sources for O₃ formation potential, accounting for 34.52%, 16.55% and 11.94%, respectively. The diurnal variation of the total VOCs from each source could be well explained by their emission characteristics, e.g., the two peaks of VOC concentrations from LPG usage were in line with the cooking times for breakfast and lunch. Wind rose plots of the VOCs from each source could reveal the possible distribution of the sources around the monitoring site. The O₃ pollution episodes during the measurement period were found to be coincident with the elevation of VOCs, which was mainly due to the air parcel from the southeast direction where petrochemical industry emission was found to be dominant, suggesting that the petrochemical industry emission from the southeast was probably a significant cause of O₃ pollution in Shenyang.     

Biphasic production of hydrogen and methane from waste lactose in cyclic-batch reactors

The biphasic production of the energy gases hydrogen and methane was possible in a fed batch culture resulting in a volumetric mix of approximately 20% H₂ and 80% CH₄ and an energy conversion efficiency of 95%, based on the measured Chemical Oxygen Demand and theoretical calculations assuming that the substrate (a dairy waste permeate) was lactose. Gas production showed a rapid initial phase over 0–20 h in which the composition was up to 50% hydrogen with the balance mainly carbon dioxide. This was accompanied by the accumulation of volatile fatty acids (VFA) in which butyric was predominant. A slower second phase of gas production produced a mixture of methane and carbon dioxide with a reduction in the accumulated acids. The duration of this second phase depended on the initial load applied to the reactor, and in the experiments carried out lasted between 6 and 12 days. Where the applied initial load led to an acid accumulation such that the pH fell below 5.5, the second phase of gas production was inhibited. Where pH control was exerted to prevent the pH dropping below 6.5, ethanol accumulated alongside VFA as a first phase product, with the gas comprised entirely of carbon dioxide. Despite the excellent energy conversion and the production of biogas fuel elements matching those for hythane (a mixture of hydrogen and methane, with improved combustion characteristics), the overall process loading was considered too low for efficient volumetric conversion of the feedstock to energy. The concept could be further developed based on high rate reactor systems with granular or immobilised biomass either as a single tank biphasic system or in a split tank two phase production process.