【摘要】：如何共同應對全球氣候變化已經成為國際社會的主要議題和挑戰(zhàn)之一。自下而上和自上而下的研究均表明,未來幾十年,減緩全球溫室氣體的排放有著相當大的經濟潛力,這一潛力能夠抵銷預估的全球排放的增長或將排放降至當前水平以下。2005年全球污水處理領域直接排放約6.4億噸二氧化碳當量的溫室氣體。由于人口基數大,以及快速城市化地區(qū)和農村地區(qū)的污水處理設施不完善,中國污水處理領域甲烷溫室氣體排放量居全世界第一,占排放總量的21%。 在城鄉(xiāng)未普及管網的地區(qū),大力發(fā)展低能耗、分散式人工濕地處理污水方法,可以避免集中污水治理模式“大管網高耗能”的弊端。人工濕地在消減環(huán)境污染物的同時,是否也減少污水處理過程的溫室氣體排放?本文針對這一主要問題展開研究。 本文總結當前的研究進展,梳理人工濕地溫室氣體排放相關的機理研究�；谖鬯幚砗蜐竦厣鷳B(tài)復合系統(tǒng)特征,構建碳質量平衡模型和碳排放估算公式。根據人工濕地設計、構造和運行模式,進行邊界條件和參數的設定,估算甲烷排放占總碳負荷比例(潛在排放系數K)在0到0.36之間。結合濕地內部的氧化還原電位(Eh)區(qū)間及其長期水處理效果,可以快速估算人工濕地溫室氣體排放量。 采用2006IPCC溫室氣體清單指南為方法學,結合案例城市常州特征,估算城鄉(xiāng)污水處理過程的溫室氣體排放基準線。采用生命周期分析法(LCA),對比常州市集中污水處理和通江小區(qū)垂直流人工濕地全過程排放。比較結果表明,兩者在污水收集、處理過程、以及污泥處置等全過程排放都有很大不同。集中污水處理廠處理模式的人均碳足跡為116.1 kg二氧化碳當量,其中污泥處理不當造成排放占37%,A20厭氧段甲烷排放占33%,能耗間接排放占28%,N20排放僅占2%。垂直流人工濕地處理系統(tǒng)的全過程人均溫室氣體排放為15.1 kg二氧化碳當量,僅分別相當于城市集中污水處理系統(tǒng)的13%,以及鄉(xiāng)村現狀排放的14.4%。溫室氣體減排效應明顯。研究發(fā)現城市污泥填埋處置不當和鄉(xiāng)村生活污水處理設施的缺失,不僅帶來嚴重環(huán)境污染,而且造成大量溫室氣體排放。即使提高城市集中污水處理率,如果沒有污泥消化處置系統(tǒng),甲烷氣得不到收集利用,污水排放甲烷量仍然得不到減少。 本文對人工濕地工程建設和運行成本進行統(tǒng)計分析。以常州市為例的三種不同情景分析結果表明,大力建設以垂直流人工濕地為代表的低能耗好氧型污水處理設施,到2030年前,鄉(xiāng)村污水處理率達到70%的目標是環(huán)境和經濟可持續(xù)的。實施城市污泥深度處置和鄉(xiāng)村生活污水處理這兩項措施,2030年我國年減排潛力5560萬噸二氧化碳當量,約占當前(2005基準年)全球污水處理領域溫室氣體總排放的8.7%,將是中國對全球氣候變化減緩做出的巨大貢獻。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X703

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本文編號：2602217