城镇污水处理厂碳减排评估标准

《城镇污水处理厂碳减排评估标准》

T/CUWA50055—2023

主编单位： 哈尔滨工业大学 龙江环保集团股份有限公司

主讲人： 王秀蘅

2024年6月

目录

中国城镇供水排水协会 标准宣贯系列

《城镇污水处理厂碳减排评估标准》T/CUWACUWA50055—2023

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一. 城镇污水处理厂碳排放核算与碳减排的需求

1. 此碳非彼碳

• —— 我国污水处理行业碳排放量占全社会总排放量的1-2%？0.3-0.5%？

• —— 碳排放指温室气体排放 ，通过全球变暖潜能值折算的碳排放当量（ CO2 -eq）。

• —— 温室气体种类包括二氧化碳（ CO2 ） 、 甲烷（ CH4 ）和氧化亚氮（ N2O）。

2. 减排需求

•  CO2重点排放行业（电力、钢铁、水泥等）有序降碳

•  污水行业碳排放占比逐年升高（ CO2 ，CH4和N2O） 2060年>10%？

• 国际层面，“全球甲烷承诺” 旨在到2030年将全球CH4排放量至少减少30%

• 中国生态环境部《甲烷排放控制行动方案》设定了“十四五” “十五五”期间的具体减排目标

•  重点行业：能源开采、农业、垃圾和污水处理 ，污水+固废 =11.9%

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二. 编制意义

• 《IPCC国家温室气体清单指南2006》（ 2019年修订版）用以指导各国（地区）编制完整的国家温室 气体清单 ，并对排放量和清除量做出可靠的估计。

 第五卷为废水与废物卷

 我国碳排放核算与报告编制标准制定有序推行。

• 本标准的主要目标——服务于污水处理行业全过程碳减排评估

vs. IPCC区域总量核算与报告（目标：配额、核查与交易 ，全区域不重复计算）

条与块

•   2022年， 中国城镇供水排水协会 《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》

•   2022年， 中国环境保护产业协会 《污水处理厂低碳运行技术规范》

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二. 编制意义

• 本标准参编单位：高校4 +设计院3 +水务环保公司9

•   2022年4月立项， 2023年12月发布

• 标准应用定位： 以完整、准确、可行的核算为基础， 以目前行业分类均值为比较基准 ，进 行城镇污水厂碳减排评估（水厂自身 ，行业横向）， 引导制定减碳运维路径和低碳设计。

• 将待评估的污水厂分为已建成和新建两大类 ，给出了新术语 ，规定了碳排放核算边界和方 法、碳减排评估的流程、数据获取和评估报告编写内容。

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一. 框架与服务目标

强度概念 ，差值、 比值

口 全生命周期

• 两个维度 ，为什么？未来能源清洁化、 电力碳贡献降低、污泥处置和资源再生影响加大。

• 给谁用？ 已建水厂低碳管控（运维阶段） and 新建水厂规划设计全生命周期）

2.1.6 污水厂运维阶段碳减排量 已投运污水厂在评估年度与基准年度的运维阶段碳排放量之差。

2.1.14 污水厂全生命周期碳排放量 新建或改扩建污水厂在建设阶段、拆除阶段、预期寿命周期内 运维阶段的碳排放量与延伸边界碳排放量之和。

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建设 拆除 建设和拆 除阶段 碳排放量	土地或建 材利用 填埋    电 能 运 输 燃 料 排放水体 延伸边界碳排放量 生化反应碳排 放 量 材料 和能 源消 耗碳 排放 量 泵                   污水处理                       污泥处理 电能        燃料        药剂     设备更新     通风除臭          运输 污水厂运维过程碳排放量=污水和污泥生化反应+药剂和能源消耗+大修 替 碳 + 碳 污泥生物质 能源 污泥产物资源 化利用 碳汇 热泵技术 再生水回用   光伏发电 汇 量 污水厂运维过程净碳排放量=污水运维过程-（替碳量+碳汇）
污水厂全生命周期碳排放量=污水厂建设拆除阶段碳排放量+运维过程碳排放量+延伸边界碳排放量

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二. 术语 1. 不同维度下的碳排放量定义

• 污水厂全生命周期碳排放量 =1 +2+3。（时间维度+空间维度 ，最大范围）

• 全生命周期的时间维度：建设阶段+拆除阶段+预期寿命周期n年

• 全生命周期的空间维度：上游+企业+下游 =能源+物料输入（间接排放） ，本地（直接排放）， 副产品处置（处理后水、污泥等）

1. 建设阶段、拆除阶段的碳排放量

2. 预期寿命周期内运维阶段的碳排放量：Σ 510 污水厂运维阶段的年度碳排放量（ 50年的总量）

3. Σ 510 延伸阶段碳排放量：污水排入受纳水体后和发生在厂区外的污泥处理、处置过程中的碳排 放量之和。（对应副产品）

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二. 术语    2. 碳排放的分类

• 污水厂运维阶段的年度碳排放量：某一年度 ，污水厂运维阶段中在厂界内发生的生化反应碳排

放量、能源和药剂消耗产生的碳排放量之和 ，与厂界外应用的替碳量和厂界内的碳汇量之差。 •   净量

•   范围二 vs.范围三

• 替碳量：通过清洁能源替代、资源和能源回收获得的副产品形成的负碳量；替碳的应用范围包 含对污水厂的资源和能源加以利用的厂界外场景。

• 碳汇量：通过厂界内的生态系统吸收固定的CO2量。

• 减碳量：通过加强精细化管理、优化运行和技术改造以减少生化过程的碳排放 ，控制药剂和能 源投入减少的碳排放量 相对值   非分类

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二. 术语

3. 碳减排评估指标

• 碳排放强度：污水厂处理单位污水量对应的碳排放量。

• 污染物削减碳排放强度：污水厂去除单位耗氧污染物量对应的碳排放量。

• 碳减排：通过减碳、替碳和碳汇三个范畴的行动来减少温室气体排放。

• 污水厂运维阶段碳减排量： 已投运污水厂在评估年度与基准年度的运维阶段碳排放量之差。

• 评估年度： 已投运污水厂实行碳减排措施后的第n年。

• 基准年度： 已投运污水厂实行碳减排措施的前一年。

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三. 碳排放量核算方法

• 《IPCC国家温室气体清单指南》提供了通用方法：

活动水平（污染物量、水量、能源消耗、物料消耗）*排放因子

CEw−N2O, m = Qin,m × (TN in, m − TNout, m ) × EFw−N2O × 44/28× fN2O  × 10−3 Х  IPCC 排放因子选择较宽泛（原则：取大不取小）

•   本标准

 提供了污水和污泥处理分阶段、分类别、分来源进行碳排放量的核算公式和参数选取方法。

 对部分排放因子文献汇总整理、分类、本土化和重新计算。

 实际核算中 ，可收集到的原始数据有限 ，根据核算准确度需求和排放贡献度取舍 ，对现有文 献中碳核算的各类公式进行了简化处理 ，使本标准便于工程师在数据有限的情况下应用。

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四. 减排评估怎么做 & 识别减排节点

• A厂pk B厂强度？先天不足（工艺类别、排放标准、本地电力结构）怎么办？修正法可行

•   同行同类比较法

• 对中国《城镇排水统计年鉴》 中3000多个污水厂的数据进行了梳理、数据清洗、缺失数据预 测 ，按照规模和排放标准进行了分类 ，按照本标准的核算方法计算得出行业同类污水处理厂运 维过程和全生命周期的碳排放强度的范围和平均值。

•   以此为对比参考值 ，参编单位运营的26家污水厂进行了详细核算 ，仅有4家高于行业平均值。

• 可识别拟评估的污水厂所处的碳排放水平 ，处于基础减排阶段（低于均值）或深度减排阶段， 进行碳减排节点分析和问题识别 ，制定碳减排方案。

• 以碳减排为抓手 ，促进了污水厂的节能、节药、节材、生化系统调控与微改造、及能源化和资 源化等多项工作的协同。

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一. 碳排放量核算

1. 运维阶段年度排放

空间边界为厂界

排放（减排） 、替碳、碳汇 分类vs.

直接排放， 间接排放

— 当厂内直接燃烧被替代 — 以减排评估为目标 ，非  清单上报

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1. 运维阶段年度排放 ——生化反应

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1. 运维阶段年度排放 ——生化反应        排放因子法：活动水平*排放因子

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1. 运维阶段年度排放  ——生化反应 排放因子法：活动水平*排放因子

进水污染物量？ or 去除量？

污水量和进出水污染物浓度采用在线仪表 连续实测或基于污水厂统计报表获得。

03 主要章节内容

《城镇污水处理厂碳减排评估标准》T/CUWACUWA50055—2023

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1. 运维阶段年度排放

——生化反应

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污水处理厂N2O排放因子

污水处理厂所在的省市不同 ， N2O排放因子也不 相同 ，受地域影响大 ， 除气候外 ，工艺影响大。

北京排放因子平均值最高 ， 13个统计值包含5个 SBR工艺。

Х   IPCC指南中 ， 并未区分不同工艺的 差异性。 统一的排放因子不能区别 工艺类型之间的差异。

Х  基于进水TN的N2O排放因子变化幅 度小于基于TN去除的因子

  具体到某水厂 ，进一步量化N2O的排 放 ，还需开展长期监测 ，结合数学模 型法精确量化

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污水处理厂N2O排放因子——数学模型

•    经过日均和实时数据的校核 ，污水厂数字孪生平台可 以准确模拟生化过程的碳排放量；

•   动态模拟可以反映污水厂进水负荷、季节等条件发生 变化时 ，所产生N2O的动态变化 ，能体现污水处理厂 的真实运作条件 ，案例模型的平均排放因子为0.002

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污水处理厂N2O排放因子——数学模型

•   进水负荷稳定 ，运行良好的污水 处理厂 ， N2O的排放量随着脱氮 效率提升而下降；

•   通过关键工况控制及优化 ， EF值 可达到0.0016-0.0032 ，是推荐  参数的1/10-1/5。

基于动态模拟的N2O排放因子分类平均值的指数拟合模型 （a）EFN2o,TN removal与TN去除率的指数模型；

（b）EFN2o,TN influent与TN去除率的指数模型

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1. 运维阶段年度排放 ——生化反应           

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1. 运维阶段年度排放

——能源消耗

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1. 运维阶段年度排放

——能源消耗

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1. 运维阶段年度排放

——药剂消耗

范围三 ，也可不计入

生产工艺陈旧、 引用混乱、缺少数据； 比对筛选文献、或LCA建模计算补充； 仍有问题 ，请大家随时反馈意见。

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1. 运维阶段年度排放 ——污水与污泥分别计算 ，原理方法相同

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1. 运维阶段年度排放 ——替碳与碳汇

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1. 运维阶段年度排放

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1. 运维阶段年度排放

简易算法：

净购入能源量-出售资源能源-碳汇 自产自用被抵消

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一. 碳排放量核算

2.全生命周期排放

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二. 碳减排评估指标计算

1. 碳排放强度

基于

单位污水处理量

和

单位耗氧污染物量（ C+N）

分别核算

水质影响

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二. 碳减排评估指标计算

2. 碳减排分析指标

•   碳减排量

•   碳排放强度减排值

•   碳减排目标差

•   节点碳排放贡献度

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二. 碳减排评估指标计算

2. 碳减排分析指标

•   碳减排量

•   碳排放强度减排值

•   碳减排目标差

•   节点碳排放贡献度

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二. 碳减排评估指标计算

1. 碳减排分析指标

•   碳减排量

•   碳排放强度减排值

•   碳减排目标差

•   节点碳排放贡献度

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二. 碳减排评估指标计算

2. 碳减排分析指标

•   碳减排量

•   碳排放强度减排值

•   碳减排目标差

•   节点碳排放贡献度

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三. 评估流程与报告

1. 何时？

•   已建污水厂：验收、达标后且连续运行满一年后；

• 新建和改（扩） 建污水厂应在设计阶段进行碳减排评估 ，以优化工艺选择。

2. 怎么做？

•   资料收集与核查

•   碳排放量核算

•   减排评估指标计算

•   撰写评估报告

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3. 已运行的污水厂碳减排评估流程——未实施减排措施

资料收集：1）基础设计资料.2）0+n运行数据.3）碳减排措施

No

（质量控制内部资料）

碳减排评估报告内容

↓

碳排放量与碳减排评估指标核算

No

已实施 碳减排 措施

0+n年度运维碳排放量（含分项数据）  0+n年度碳排放强度（水量+污染物去除）

与行业同类平均水平的碳排放强度差=A

n-0年度强度差=B

运维过程各节点碳排放贡献度=C

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3. 已运行的污水厂碳减排评估流程

——已实施减排措施

↓

碳排放量与碳减排评估指标核算

已实施 碳减排 措施

Yes

0+n年度运维碳排放量（含分项数据）  0+n年度碳排放强度（水量+污染物去除）

与行业同类平均水平的碳排放强度差=A

n-0年度强度差=B

运维过程各节点碳排放贡献度=C

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3.新建和改建污水厂的污水厂碳减排评估流程

资料收集：1）基础设计资料.

2）同地区同工艺相近规模水厂运行数据

↓

根据本厂实际情况 参考A值，确定强度减排基础值 可否采用表 7.5.1 中的碳减排措施？ 评估设计方案、工艺选择和设计参数的合理性 其它参考路径 1.优化污水厂选址，缩短污水进入污水厂前的厌氧时间； 2 排水标准较高的污水厂宜充分落实再生水用途； 3 协同污水污泥处理，如污泥与厨余等共同消化的措施； 4 采用低碳污水处理工艺； 5 进行能源回收， 开发多种替碳路径

碳减排评估 报告内容

↓

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运维 vs. 全生命周期

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展望：关注全系统温室气体排放——不可忽略的CH4排放源

大量由管网系统产生的CH4 （ 0.06–32.1 g/m3 ）进入水厂

北京

91%

•   北京 ，管网系统贡献了污水厂91%的CH4排放 ， 58%为溶解 态 ，其余为气态。

•   贵州 ，管网中生成的大量CH4直接从进水井逸出 ，水厂生化 区实测偏低。

端 ，用于污水提升 ，导致大量的CH4在污水处理厂入口释放。

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不可忽略的CH4排放源

化粪池是城镇污水系统CH4的主要排放来源 ，其全国年度排放总量高达5.51 E+10 kg CO2-eq/a， 高于污水处理厂的排放总量。

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展望——后续工作

•   污泥处理处置的排放因子的优化和细分

•   征集更多的低碳污水厂案例

敬请批评指正！ 欢迎提问交流！

敬请关注：

中国城镇供水排水协会

http:/www.cuwa.org.cn/

北京 海淀区北洼路48号院