污水厂内的甲烷是怎样产生的？丨污水处理厂与甲烷气体排放（二）
- 2023/12/27 8:40:06
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- 来源：治污者说 郝晓光
- 关键词:生活污水处理碳排放
污水厂是城市生活污水处理的重要设施，在城市污染防治中发挥着重要作用。然而，污水处理过程中也会产生温室气体排放，其中甲烷是主要的温室气体。
城镇居民日常生活所排放的废弃物中中含有大量有机物，这些有机物大部分进入到家庭的生活污水中，并通过生活污水的排放的方式带离家庭，城镇家庭产生的生活污水通过城镇地下的污水管网汇流到城镇污水处理厂中去。城镇污水处理厂的将这些污染后的水进行生物化学物理等处理后，达到相关的水质标准后再排入到自然水体中，为自然创造一个洁净的水环境。
从城镇污水汇流的途径来看，在城市地下管网就是一个完全的厌氧环境，这个环境中，城镇污水中的有机物在污水管底部的厌氧污泥中的产甲烷菌的作用下分解生成甲烷，这部分甲烷一部分会在各个检查井处溢出进入大气，一部分会随着污水进入到污水厂中，污水厂的对污水进行提升，预处理过程中形成的跌水和扬水的过程中，这部分甲烷会释放到空气中，这是城镇污水所排放的甲烷的一个来源。这部分甲烷气体的监测非常难以实施，受到多种现场因素的影响，地下管网，雨污合流，化粪池的使用等等，因此也没有确切的计算方法来对其进行统计。
作为处理污水过程中，城镇居民家庭所产生的有机污染物质中的碳是被微生物所消耗和转化的，在厌氧条件这些有机物质就会转化为甲烷，这就是城镇污水厂中甲烷的来源。污水厂中甲烷的生成过程可能发生在处理流程中的不同环节。它可以是调节池，水解酸化池、初沉池、可以是污泥储池，也可以是消化池等。污水厂中这些具备污水的厌氧条件的环节或者构筑物，在运行的状态下，都会不同程度在处理过程中释放出甲烷，如果这些构筑物中存在底部有污泥淤积的情况，产生甲烷的几率会更大。
从现有的工艺来说，污水厂中甲烷排放主要来源于以下几个方面：
1、进水调节池，进水井，污水提升泵房等。城镇污水厂采用的合流制体系，污水厂为了应对政府部门要求的不同天气下的污水井水位的控制要求，一般会维持污水厂的恒定水位运行，来保证市政管网内的水位稳定。这样会在进水井，或者污水提升泵房内形成长期稳定的液位，在井内或者污水提升泵房内形成水力死区，生成了厌氧环境，这导致了产甲烷菌的分解有机物的过程。建有调节池的污水厂，调节池是一个天然的厌氧环境，污水管网内的产甲烷菌进入到调节池中，会在这个环境中进行甲烷的生成，因此在污水厂中要对前端预处理构筑物的进水井，污水提升泵房，调节池的甲烷要进行监测，可以通过现场实际收集监测进行预处理段构筑物内甲烷气体的排放情况。
2、厌氧区。污水厂的生物处理采用了脱氮除磷工艺中设置了厌氧，缺氧，好氧阶段，其中厌氧区域是生物除磷反应进行释磷的过程，在这个过程中是严格厌氧的环境，在这个环境中，产甲烷菌也会进行有机物的厌氧分解，生成甲烷气体，溶解在混合液中，并在混合液中进入到好氧区域后被底部曝气产生的气泡搅动并结合到气泡中带入到大气中，形成污水厂的甲烷气体排放来源之一。
3、污泥处理段。污水厂的污泥处理段一般会设置有污泥储池或者污泥浓缩池，这些构筑物将生化段的剩余活性污泥储存或者重力浓缩，这个过程所需要的时间根据脱水机的运行工况要求来确定，但是都会有暂存的一段时间，暂存的这段时间内，产甲烷菌又处于在厌氧环境中，产生甲烷，由于剩余污泥中聚集了大量的生物质的有机物，这里产甲烷菌所产生的甲烷量是最多的。如果污水厂采用了厌氧消化的污泥处理过程，厌氧消化过程会产生大量的甲烷，如果不加以严格收集控制，会产生大量的温室气体。
在《城镇污水厂碳减排评估标准(征求意见稿)》中对污水处理段的甲烷排放的二氧化碳当量按下面的公式计算：
𝐶𝐸𝑤−𝐶𝐻4,𝑚=𝑄𝑖𝑛,𝑚 × (𝐶𝑂𝐷𝑖𝑛,𝑚 − 𝐶𝑂𝐷𝑜𝑢𝑡,𝑚) ×𝐸𝐹𝑤−𝐶𝐻4 × 𝑓𝐶𝐻4 × 10−3 + +𝑀𝑝𝑢𝑚𝑝−𝐶𝐻4,𝑚 × 𝑓𝐶𝐻4
公式中：
𝐶𝐸𝑤−𝐶𝐻4,𝑚：污水厂污水处理段第𝑚天 CH4排放的二氧化碳当量，kg CO2-eq；
𝑄𝑖𝑛,𝑚：污水厂第𝑚天的进水量，m3；
𝐶𝑂𝐷𝑖𝑛,𝑚：污水厂第𝑚天的平均进水 COD 浓度，mg/L；
𝐶𝑂𝐷𝑜𝑢𝑡,𝑚：污水厂第𝑚天的平均出水 COD 浓度，mg/L；
𝐸𝐹𝑤−𝐶𝐻4：污水处理中CH4的排放因子，kg CH4/kg COD；常规推荐值 0.0040~0.0075，当构筑物内存在污泥淤积时取大值；
𝑀𝑝𝑢𝑚𝑝−𝐶𝐻4,𝑚：提升泵和格栅间第𝑚天逸散的 CH4 量，kg；建议实测，没有 、实测条件的按照处理过程的排放量20%计算；
𝑓𝐶𝐻4：CH4 的全球变暖潜能，根据IPCC(政府间气候变化专门委员会：Intergovernmental Panel on Climate Change的缩写。)第五次评估报告确定为28。该数值随IPCC官方数据更新。
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