摘 要

21世纪以来人们对于温室气体排放的研究越来越多，工业废水巨大的产生量，使其在处理过程中产生大量碳排放，所以核算污水处理过程中的能耗与碳排放有着重大的现实意义。本文针对工业废水采用集中化处理方式，结合文献资料，构建污水处理过程中能耗和碳排放模型，基于获取的碳排放系数等参数，以江苏某厂为例，核算出废水处理的能耗与碳排放。结果发现，直接排放是污水处理过程中甲烷与氧化亚氮造成的碳排放，排放量为6238.88kgCO₂，排放系数为0.062kgCO₂/t水，约占总碳排的11.83%；间接排放是污水处理系统运行时电耗与药剂产生的碳排放，排放量30888.39kgCO₂，间接碳排放系数约为0.31kgCO₂/t水约占总碳排放量的58.58%；其他排放，污泥采用焚烧处置焚烧处理下碳排放量为15600kg，其他碳排放系数为0.16kgCO₂/t水，约占总碳排放量的29.59%。估算得出全年排放量约为19245.45tCO₂。对污水处理过程的能耗产生进行分析，提出了碳减排的措施，为污水处理企业碳减排提供思路。

关键词： 工业废水 碳排放 能耗

Energy consumption analysis and carbon emission of Industrial

Wastewater treatment

Abstract

Since the 21st century, there have been more and more studies on greenhouse gas emissions, and the huge production of industrial wastewater makes it produce a large amount of carbon emissions in the process of treatment, so it is of great practical significance to calculate the energy consumption and carbon emissions in the process of sewage treatment. In this paper, according to the centralized treatment of industrial wastewater, combined with the literature, the energy consumption and carbon emission model in the process of sewage treatment are constructed. Based on the obtained carbon emission coefficient and other parameters, a factory in Jiangsu Province is taken as an example and the energy consumption and carbon emission of wastewater treatment are calculated. The results show that the direct discharge is the carbon emission caused by methane and nitrous oxide in the process of sewage treatment, and the emission is 6238.88kgCO₂, The emission coefficient of is 0.062kgCO₂/t water, accounting for 11.83% of the total carbon emission. Indirect discharge is the carbon emission produced by power consumption and reagent in the operation of sewage treatment system. the indirect carbon emission coefficient is about 58.58% of the total carbon emission from 0.31kgCO₂/t water, and the indirect carbon emission coefficient is about 58.58% of the total carbon emission by 30888.39kgCO₂. the indirect discharge coefficient is about 58.58% of the total carbon emission. In other emissions, the carbon emission of sludge is 15600 kg, and the other carbon emission coefficient is 0.16kgCO₂/t water, accounting for 29.59% of the total carbon emission. It is estimated that the annual emissions are about 19245.45tCO₂. The energy consumption of sewage treatment process is analyzed, and the measures of carbon emission reduction are put forward, which provides ideas for sewage treatment enterprises to reduce carbon emission.

Keyword: industrial effluent; carbon emission; energy consumption

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2研究进展 2

1.2.1污水处理碳排放分析方法 2

1.2.2污水处理碳排放核算方式 2

1.3 研究目的 2

1.4 研究内容 3

第二章 工业废水简析 4

2.1工业废水的产生 4

2.2工业废水分类 4

2.3 工业废水的主要污染物与特点 5

2.4工业废水处理工艺流程选择 6

2.5工业废水处置方式 8

2.6本章小结 9

第三章 废水处理系统碳排放分析 10

3.1碳排放边界确定 10

3.2碳排放核算方法 10

3.3直接碳排放分析 10

3.3.1 CH₄、N₂O排放分析 10

3.3.2 CH₄、N₂O排放量核算 12

3.3.3 CH₄、N₂O排放因子确定 12

3.3.4影响CH₄、N₂O排放因素分析 14

3.4间接碳排放核算研究 14

2.4.1电耗造成碳排放分析核算 15

3.4.2药剂造成碳排放分析 16

3.5其他碳排放 16

3.6本章小结 18

第四章 案例分析 19

4.1 样本厂概况 19

4.2 污水处理直接碳排放 20

4.3污水处理间接排放 20

4.4其他排放 21

4.5 污水处理过各单元节能潜力分析 21

4.6 节能减排措施 22

4.7本章小结 22

第五章 结论与展望 23

5.1结论 23

5.2展望 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

研究背景

工业生产所带来的环境问题日益增多，其中水污染问题直接且明显。工业废水成为了水环境的主要污染源，不同行业部门对水环境的影响各有不同。根据中国环境监测总站发布的《2015年中国环境统计年报》^[1]，全国废水排放总量为735.3亿吨，其中工业废水排放量199.5亿吨，位于工业废水排放量前四位的行业分别为化学原料和化学制品制造业，造纸和纸制品业，纺织业和煤炭开采和洗选业，占重点调查统计企业废水排放总量的45.5%。化学需氧量（COD）总排放量为191.5万吨，位于前四位的行业分别为农副食品加工业，化学原料和化学制品制造业，造纸和纸制品业，纺织业，占重点调查统计企业废水排放总量的50.4%；氨氮总排量为15.9万吨，排放量位于前四位的行业依次为化学原料和化学制品制造业、农副食品加工业，石油加工、炼焦和核燃料加工业业，纺织业，占重点调查统计企业废水排放总量的53.6%；石油类污染物排放量为8418.8吨，排放量位于前四位的行业分别为石油加工、炼焦和核燃料加工业，化学原料和化学制品制造业，黑色金属亚联和压延加工业，煤炭开采和洗选业，占重点调查统计企业废水排放总量的56.1%；汞的总排量为0.98吨，镉为15.5吨，铅为77.9吨，砷为111.6吨，总铬为104.4吨，六价铬为23.5吨，铬排放主要集中在皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业。

工业废水排放量的增加，使工业废水处理造成的碳排放量也同时增加。在全球变暖的趋势下，越来越多的专家学者关注对碳排放的研究，对于污水处理碳排放的研究也很多。基于工业废水的产生量与排放量，对于其产生的碳排放应给予更多关注，分析工业废水处理过程中碳排放与能耗，有助于针对其污水处理过程提出效的措施，为碳减排提供科学依据。

1.2研究进展

1.2.1污水处理碳排放分析方法

在目前的研究中通常使用碳足迹评价方法来分析。国内外学者对污水处理过程中碳排放问题的研究主要采用定量分析和定性分析 2 种方法。El- Fadel 等^[2]以黎巴嫩为例估算了全国污水管理甲烷的排放量。Cakir 等^[3] 则根据不同污水处理系统———好氧和厌氧，分析了温室气体的排放情况，得出低浓度的污水采用好氧处理、高浓度的污水采用厌氧处理可以达到减排效果这一结论。Parravicini 等^[4]进一步将不同处理系统下的温室气体排放方式细化为直接排放与间接排放，并对每一部分的碳排放量作了直观数据分析。Mannina 等^[5]从定性分析的角度提出一种用于污水处理厂温室气体排放与能耗评估灵敏度和不确定性的分析方法，最终找出几种显著影响温室气体排放的要素。陈也奔^[6]对污水处理过程中甲烷与二氧化碳的排放进行了定量分析，为随后的定量研究开创了先河。

1.2.2污水处理碳排放核算方式

目前关于碳排放计算，国内通用的方法是参考IPCC2006中推荐使用的指南，对污水处理厂处理污水产生的甲烷、氧化亚氮等气体采用通用的公式和排放系数进行计算^[7]。排放系数因为不同的处理工艺、资源回收利用方式、不同水质情况等条件也有所变化。国外许多研究认为污水处理厂运行时由能耗引起的碳排放在污水处理的整个过程中占到很大的比重。

1.3 研究目的

污水处理厂被视为主要的碳排放产生源之一。应国家对行业部门对于节能减排的要求，对以高能耗与大能耗为前提的高要求出水标准，由此引起的碳排放增加的模式，不利于污水处理行业的可持续发展。因此，分析与探明污水处理过程各个单元碳排放排放规律，通过合理的理论与数据分析，合理估算各单元以及整个过程中的碳排放，合理地提出有效的减排措施，全面分析评估污水处理能耗及碳排放情况，使用有效的管理运营措施，实现碳减排的目标。

1.4研究内容

1. 对污水处理过程中各环节碳排放进行分析与核算，结合文献数据确定碳排放的计算范围、计算方法以及影响因素。
2. 以江苏某污水处理厂为例（采用A2/O工艺）为案例，通过对污水处理过程中各单元所造成的碳排放与能耗进行分析计算，提出各处理单元的节能潜力以及相应的节能方法。

第二章 工业废水简析

2.1工业废水的产生

工业废水指工业生产过程中排出的生产废水、生产废液。工业生产过程产生的废水因行业部门、生产工艺流程、设备技术条件与管理水平等不同，在水质、水量与排放规律的方面有很大的差别，即使生产同一产品的同类工厂所排放的废水，其水质、水量与排放规律也有所不同^[8]。

2.2工业废水分类

1. 按污染物性质分类

根据废水中污染物的主要化学成分及其性质可有多种分类方法。通常分为有机废水、无机废水、重金属废水、放射性废水和热污染废水等，根据废水中主要污染物种类可分为含酚废水、含氟废水、含氰废水、含氮废水、含汞废水、含丙烯腈废水和含铬废水^[9]。根据污染物是否为有机物是否有毒性，可分为无机无毒、无机有毒、有机有毒和有机无毒等。

1. 按生产废水的工业部门分类

按产生废水的工业部门通常分为冶金工业废水、化学工业废水、煤炭工业废水、石油工业废水、纺织工业废水、轻工业废水和食品工业废水等，有时也按产生废水的行业分类，如制浆造纸工业废水、印染工业废水、焦化工业废水、啤酒工业废水、乳品工业废水、制革工业废水等^[10]。

1. 按废水的来源与受污染程度分类

根据工业企业废水的来源进行划分：①工艺废水，生产工艺产生的废水和废液，通常使环境受到较严重的污染，是工业废水的主要污染源；②冷却水，来源于热交换器、真空泵、风机、压缩机等的冷却水，污水处理厂设备一般长时间运行，不间断地运行不仅让设备工作年限降低，还直接污水处理效率，所以冷却水用量大且必要，大多数工业部门都在工厂内使用冷却塔使其降温，将其循环利用。冷却水循环系统定期需要排放一定量的浓缩水，这部分废水含较高的盐分和缓蚀剂、杀菌剂；③洗涤废水，即清洗设备、仪器等时产生的废水；④地表径流（雨水），许多工业企业厂区的地表径流经常受到污染。