当前位置: 首页 行业资讯 水业新闻 正文隐形的地下碳源：城市排水管道CH4排放 排水管道CH4排放节制策略 全国排水管道CH4排放量已跨越污水处置进程，成为城市碳排放的主要来历。 来历：给水排水作者：苑心等 城市排水管道内存在复杂的微生物勾当和物理、化学反映，发生了不容轻忽的CH4无组织排放。综述了城市排水管道系统分歧部位的CH4排放研究近况，估算了2016年我国城市排水管网CH4排放量为6.32 MteCO2，为城市 隐形 CH4排放的主要来历；总结了管道内CH4排放的首要驱动身分是污水管道内的水力前提和污水特征；比力了已有排水管道CH4排放计量模子；综述了排水管网CH4排放节制策略，并对将来排水管道无组织CH4排放的研究和减排办法进行了瞻望。 01 研究布景 跟着我国城市化历程加速，污水处置量不竭上升，城市排水系统范围不竭扩年夜。自2008年到2020年，我国城市排水管道长度增加200%，污水处置量增加约100%。污水和固废处置进程会发生年夜量温室气体（Greenhouse gases, GHGs），此部门GHGs排放总量约占社会经济勾当排放总量的2.0~3.0%。比拟年夜量的污水处置厂GHGs排放研究，鲜有报导排水管道GHGs排放程度。但是，排水管道中有机物丰硕、系统封锁性强，污水逗留时候长，一样发生了年夜量CO2、H2S、CH4、N2O等气体，致使了恶臭、侵蚀等风险和爆炸风险，CH4仍是常见的GHGs，对全球温升进献约为0.5℃，约为全球平均温升（1.1℃）的一半。这些气体储蓄积累在查抄井、人孔、管道顶空等处，在必然前提下逸散到年夜气中，构成无组织排放。由此，封锁的排水管道极有多是CH4的主要来历，可能与污水处置厂GHGs排放相当，可能占管道全生命周期碳排放的60%以上。IPCC对排水管道是不是为GHGs排放源的描写履历了 leyu����.txt不是 到 极有可能 的转变（见表1）。但是，地下排水管道工况转变频仍，气体排放监测难度年夜。同时，管道扶植年限长且缺少保护治理，大都存在布局性、功能性缺点，水、气漏损严重。是以，今朝缺少靠得住的监测手段、足足数据和肯定的排放因子定量计较排水管道GHGs排放程度，给排水系统内周全碳排放计量带来了挑战。 本文梳理了城市排水管道系统分歧部位CH4排放的研究，对照计较了我国城市污水处置厂直接碳排放与排水管道碳排放的巨细，明白排水管道的CH4排放是城市水处置系统碳排放核算不成轻忽的部门；进一步综述了排水管道CH4发生的影响身分、计量模子和节制手段，对管道GHGs排放研究提出瞻望，为我国城市排水系统低碳运行供给新思绪和标的目的。 02 排水管道系统CH4排放研究近况 2.1 CH4的生成和排放 排水管道污水中存在年夜量有机物，年夜份子物资被发酵细菌（Fermentative bacteria, FB）水解为单糖等小份子物资，产氢产乙酸菌进一步将小份子物资转化成乙酸、H2和CO2，遍及存在在排水管道系统各部位的产甲烷菌（Methanogenic archaea, MA）别离经由过程乙酸脱羧产CH4和H2还原CO2产CH4。CH4在水中的消融度极小，发生的CH4首要储蓄积累在管道顶空中，在查抄井、排气口等处排放到年夜气，消融在污水中的CH4随污水进入污水处置厂或直接排放进入受纳水体而释放，如图1所示。 2.1.1 化粪池CH4排放 作为低级污水处置举措措施，化粪池安插在排水管道系统始端，能沉降去除部门悬浮物，SS和BOD5去除率均达20%~70%。分歧在发财国度，化粪池在成长中国度有着普遍的利用，据统计，我国城市化粪池数目跨越200万个，在连结城市卫生方面阐扬主要感化，但因为其根基处在厌氧前提，会发生年夜量温室气体CH4，在碳排放方面已遭到人们的存眷。HUYNH等对越南河内10个化粪池进行查询拜访，发现其CH4排放量达11.92 g/(人 d)，且粪便贮存期越长，单元时候排放量越年夜。黄建洪研究计较出昆明市、广州市和兰州市化粪池CH4排放总量别离为109.52、669.51、1145.71 tCH4/年。按照郝晓地等对我国化粪池CH4排放量的估算，其CH4排放与我国污水处置厂直接碳排放相当，约为30 MteCO2。城市化粪池CH4排放常常难以收受接管操纵，不但是一种平安隐患，还加重了温室气体的无组织的直接排放。 2.1.2 重力排水管道CH4排放 城市排水管道年夜部门为重力管道，内部常存在沉积物和生物膜，二者均含年夜量有机质、无机盐和水，是管道内微生物发展赋存的首要部位，此中的微生物勾当主导了管道内CH4的发生。受管道内氧气散布的影响，沉积物和生物膜的深层部位是产CH4的要害位点，SUN等发现生物膜内部700 m处，MA相对品貌到达75%。有研究显示，沉积物与生物膜产甲烷速度相当，别离为2.68~15.01 gCOD/(m2 d)和(13.00 2.50) gCOD/(m2 d)。有研究针对80 km的重力排水管道CH4排放进行测算，夏日、冬季别离排放135、78 kgCH4/d，年平均排放量为38.8 tCH4/年。因为重力管道存在固、液、气三相，管道内情况随水流状况时刻转变，微生物群落布局、品貌处在非稳态，为肯定重力排水管道气体产排的动力学参数带来挑战。 在排水管道系统中除重力管道外，还存在压力管道，因为我国排水系统压力管道占比力小，且已有文献综述了此部门CH4排放，本文不再赘述。 2.1.3 查抄井CH4排放 排水管道发生的CH4随污水的活动进入排水查抄井并储蓄积累在此。排水查抄井遍及城市，是城市排水系统CH4释放到年夜气的主要场合。年夜量研究出在平安斟酌检测了查抄井中CH4浓度，少有研究存眷查抄井对城市年夜气CH4含量上升的进献。FRIES等采取不变同位素 13C和 2H追踪发现，美国辛辛那提市中街道CH4浓度较高的监测点中有72%的位点的CH4的首要排放源为排水系统。现有研究对城市的CH4排放仅存眷了污水处置厂、垃圾填埋场、发电厂、城市交通等 显性 CH4排放，轻忽了城市排水管道。是以对城市排水管道CH4排放环境进行排查，有助在弥补城市温室气体排放清单。 2.2 我国排水管道CH4排放近况 因为排水管道系统的复杂性，难以取得靠得住的CH4监测数据，现有文献年夜多基在特定的计较模子或管道内有机物降解环境进行换算。本文按照IPCC指南和《2017年城镇排水统计年鉴》计较我国2016年我国污水处置厂直接CH4和N2O排放量，别离为2.61和19. 3 MteCO2（各GHGs以CO2当量计，CH4为25倍，N2O为298倍），CH4排放因子参考蔡博峰等研究成果；以JIN等对西安市排水管网CH4排放研究为根本，以生齿当量推算，2016年我国城市排水管网CH4排放量为6.32 MteCO2/年。可见，我国排水管网CH4排放已跨越污水处置厂排放量，约为后者的2.42倍，占全国污水处置厂直接GHGs排放总量的30%。但我国分歧城市排水体系体例、排水管网密度、污废水性质、天气前提等存在较着差别，将显著影响排水管道CH4核算的正确性和靠得住性，我国和我国分歧省市排水管网CH4排放总量与排放特点仍不明白。 与我国分歧行业部分GHGs或CH4排放环境进行对照可知（见图2），城镇排水管道系统发生的GHGs与污水处置厂近似，排放量相对较小，但比拟在污水处置进程，排水管网GHGs排放不容轻忽。跟着城市化历程的加速，排水管道碳排放也将跟着排水管道的扶植范围不竭增添，应当成为将来城市水系统排查碳排放、碳减排的重点。 03 排水管道CH4生成的影响身分 3.1 管道水力前提 管道水力前提由管道内径、管材、坡度、流速等综合决议，水力前提是影响管道内生物膜和沉积物的生成和特征的要害身分，对调控微生物的代谢勾当有侧重要感化，因此显著影响CH4的发生。水力逗留时候（Hydraulic retention time, HRT）越长，管道内的氧气逐步削减，MA的活性越高，管道产CH4能力越强，可见，排水系统范围越年夜、HRT越长时，CH4排放量越高。污水流速对管道内气液互换、水力冲感化有显著影响，在玺等研究了0.2、0.6、1.0 m/s流速下管道CH4的排放环境，当流速小在0.6 m/s时，跟着流速的增添，CH4排放随气液互换的增进而增添，当流速年夜在0.6 m/s时，水力冲洗感化显著，影响了管道中MA的活性，必然水平上按捺CH4的发生，但CH4的产排量仍年夜在0.2 m/s时CH4的产量，但整体来讲，跟着流速的增年夜，CH4排放量增年夜。除此以外，管道概况积与体积的比值（A/V）越年夜时，管道内生物膜可笼盖的面积更多，提高了MA的生物量，增进管道内CH4的生成。 以上研究多以污水持续流为条件，但排水管道内存在污水的断流或湍流等复杂多变的水文前提。是以，探讨分歧水文状况下的管道CH4释放环境有助在进一步领会管道真实的CH4的排放潜力。CHEN等别离探讨了持续流、断流、湍流下管道CH4的产排特点，持续流下，污水有机物供给足够，管道产CH4能力最强；断流时，有机物供给不足，乙酸产CH4路子被按捺。研究还发现，与硫和氮代谢相干酶和微生物的富集水平增添，相干的功能微生物如反硝化细菌、硫酸盐还原菌（Sulfatereducing bacteria, SRB）等与MA产生竞争，进一步按捺产CH4。当管道内处在湍流时，固然消融性CH4敏捷释放，但此时因为管道内沉积物处在悬浮状况，难以构成不变的微生物膜层，使微生物活性年夜年夜下降，同时，湍流还致使了污水复氧，进一步按捺MA的活性。 3.2 污水特征 污水的有机物种类和含量会显著影响管道内微生物进程。SUDARJANTO和ZAN别离研究了啤酒废水和食物废料排入管道后对其产CH4的影响，因为两者均含年夜量可降解有机物，CH4产量别离晋升了30%和60%。CHEN等研究发现糊口污水、雨水径流、雨污夹杂废水在管道中产的CH4能力顺次下降，此中雨水径流中含有石油类衍生物，其生物降解性较低，而雨污夹杂废水的生物降解性居中。温度对管道内CH4的发生具有主要影响，实地监测证实气温较高时，管道内CH4浓度响应较高。温度的提高不但有益在加强MA的活性，还增进了CH4的气液互换，增进CH4的排出。可见，污水性质与情况身分的综合感化增添了管道内微生物进程的复杂性。 04 排水管道CH4排放计量模子 今朝，城市排水管道系统CH4排放还没有构成公认的排放计量模子，但已有部门研究连系影响管道CH4排放的首要身分和生物化学反映进程成立动力学模子或经验公式，为计量排水管道CH4排放供给初步东西。 4.1 动力学模子 动力学模子能描写管道内首要生化进程并经由过程实测动力学参数对管道水质转变进行猜测。GUSISAOLA等成立管道污水水质猜测模子SeweX，触及FB、SRB和MA三年夜类微生物勾当，包罗发酵产酸、产乙酸进程、乙酸型产甲烷进程、氢型产甲烷进程、氢型硫酸盐还原进程、乙酸型硫酸盐还原进程和丙酸型硫酸盐还原进程7个进程。SUN等在SeweX根本上，增添了微生物的发展和衰减进程。赵楠构建了排水管道汇流水质生物转化模子，能阐发CH4在管网中的散布纪律。 动力学模子描写了管道内CH4发生进程，但大都模子未斟酌CH4的气液传质进程；同时已证实CH4的微生物氧化普遍存在，但已有模子均未包罗这一进程。 4.2 经验公式 管道水质转变经验公式一般基在年夜量数据归纳而得，通常是动力学模子的简略单纯表达。FOLEY等、CHAOSAKUL等和WILLIS等别离按照SeweX模子，提出了简略单纯的经验公式。另外，XU等经由过程研究排水管道壁剪应力与微生物量之间的关系，构建了与剪应力相干的重力管道CH4排放经验公式。有研究将污水碳硫比纳入公式中，暗示了SRB与MA碳源竞争对管道产CH4的影响。各公式表达式如表2所示，按照公式可知，CH4的产量与产甲烷菌的活性和数目紧密亲密相干，还与污水构成成份、温度相干。 表2 排水管道CH4排放经验公式 注：CCH4：消融性CH4浓度（kg/m3）；V：管道体积（m3）；A：管道生物膜概况积（m2）；HRT：水力逗留时候（h）；T：温度（℃）；rCH4：CH4产率［kg/（km d）］；N：管网晋升泵运行次数，持续流系统中N=1；PT：泵送时候（min）；D：管段直径（m）;Q：管段流量（m3/s）；S：管段坡度，（m/m）; X：微生物总量（kgVSS）；QCH4：甲烷产量［mg/（L d）］；F：剪应力(Pa)；YCH4/X：甲烷产率系数，（mg/kgVSS）；C/S：碳硫比；COD：管道COD浓度（mg/L）；m：重力流管道布满度；n：排水管道内径；e：常数，2.718；a,b,c：待定系数。 经验公式简单易行，但各公式都缺少普遍的实地验证，且受污水特征、天气前提、管道运行模式等身分的影响，公式的合用性具有区域的特异性。将来，应测验考试扩年夜各经验公式利用规模，连系及时在线监测手艺，对公式进行改良。 05 排水管道CH4排放节制策略 因为CH4的积压易激发爆炸等平安隐患，部门研究展开了排水管道CH4排放节制研究，首要分为化学法和物理法，化学法指投加化学药剂按捺MA活性，如铁盐、游离氨、NaOH、NO2-/NO3-等；物理法首要指物理冲洗、注氧透风等。YAN等经由过程投加高铁酸盐（Fe(Ⅵ)）对MA进行灭活，管道内产CH4相干的功能基因mcrA表达降落86.6%；CAO等探讨了分歧Fe3+投加策略对管道CH4节制结果，高剂量、低频的Fe3+投加实现21%CH4节制率并协同管道H2S节制；ZUO等开辟了基在尿液游离氨管道CH4节制方式，显著削减了管道生物膜内Methanomethylovorans的相对品貌，CH4产量降落了80%；ZHAO等操纵NaOH和NO2-结合投加法，CH4产量削减了91.5%。REN等经由过程低剪切应力（＜0.1 N/m2）的冲刷实现对概况沉积物的冲洗，削减了73%的CH4发生；GAO等开辟上游天然透风法节制管道CH4发生，上游和下流管道CH4别离削减了42.3%和35.7%；GANIGU等直接注入O2按捺CH4的生成，CH4产率降落了70%。 已有研究均能实现必然的CH4节制，但可能存在本钱高、未便在操作、影响排水管道工况和下流污水处置等问题。同时，实行节制办法后，管道内MA在必然时候内从头定殖或恢新生性，需要优化投药或操作策略才能实现持久的CH4排放节制。今朝，我国还没有实行排水管道CH4节制手段，亟需开辟经济有用、情况友爱、操作便捷的策略。基在甲烷氧化菌的生物氧化法减排CH4已普遍利用在水稻田、煤矿场地、垃圾填埋场等场景，兼具经济和情况优势。跟着对甲烷氧化菌研究的深切，CH4的生物氧化法有利用在排水管道的潜力。 06 总结与瞻望 城市排水管道作为污水搜集者、运输者，已作为城市的 血脉 渗透城市的各个角落，CH4是排水管道内生化反映的首要产品。据本文估算，全国排水管道CH4排放量已跨越污水处置进程，成为城市碳排放的主要来历。 将来，仍需针对以下方面深切研究管道内生物反映的前提和机理，弥补管道碳排放程度的数据空白，为城市水系统减排提效奠基杰出的理论根本： （1）测算重力流管道内气相与液相之间CH4传质系数，并成立包括气液传递的管道CH4计量模子以注意地量化管道CH4排放。 （2）成立分歧排水体系体例、分歧管道类型、分歧省市的管道GHGs排放清单和排放因子，探讨排放差别的要害驱动身分。 （3）开辟经济、高效的管道GHGs的调控手段，提高城市排水管网运行和治理程度。 （4）在 双碳 布景下，存眷化粪池的设置与治理，思虑城市污水集中与分离搜集处置的关系，发掘分离式集成、高效污水处置工艺的低碳运行潜力。
发布日期：2024-04-13来历：隐形的地下碳源：城市排水管道CH4排放 排水管道C阅读次数：89焦点提醒：隐形的地下碳源：城市排水管道CH4排放 排水管道CH4排放节制策略 全国排水管道CH4排放量已跨越污水处置进程，成为城市碳排放的主要来历。
隐形的地下碳源：城市排水管道CH4排放
