综述：量化污水处理厂温室气体排放的关键性综述

这篇综述系统评述了污水处理厂（WWTPs）温室气体（GHG）排放的量化方法，重点探讨了甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）和化石二氧化碳（CO2）的监测技术差异与不确定性，提出基于现场数据的排放因子（EFs）校准和长期多气体测量策略，为碳中和目标下的污水处理设施转型提供科学依据。

　　

引言

污水处理是人为温室气体（GHG）排放的重要来源，主要通过甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）和二氧化碳（CO₂）的释放影响气候变化。尽管IPCC指南提供了排放因子（EF）估算方法，但实际监测数据稀缺且存在显著差异。例如，美国63家污水处理厂的监测显示，71%的CH₄排放因子超过IPCC建议上限。

单元化测量技术

通量箱法通过封闭或开放腔室捕捉气体扩散通量，适用于污水和污泥处理单元的长期观测。例如，夏季高温会促进微生物活性，导致CH₄排放升高，而冬季亚硝酸盐（NO₂^-）积累则增加N₂O释放。但该方法覆盖范围有限，可能低估整体排放。

光学气体成像技术利用红外相机可视化气体泄漏，可识别百米外的异常排放源。瑞典某污水处理厂的监测案例中，该方法测得CH₄和N₂O排放率分别为10.3 kg/h和1.24 kg/h，但需至少1°C的温差才能有效检测。

全厂集成化监测

示踪气体分散法通过释放惰性示踪气体（如乙炔C₂H₂）与目标气体浓度比计算排放量，精度高但耗时。丹麦Aved?re污水处理厂因沼气泄漏导致CH₄排放达92.3 kg/h，占全厂总量的67%。

移动实验室平台结合逆高斯扩散模型，可快速评估大规模设施排放。美国研究显示，该方法测得的CH₄排放率为0.04–269.3 kg/h，但大气变异性可能增加不确定性。

无人机与航空勘测灵活适用于偏远区域，但电池续航限制监测时长。某案例中，无人机测绘显示曝气池是CH₄和CO₂的高排放热点，而N₂O分布略有差异。

化石CO₂的挑战

污水中4–28%的有机碳源自石油产品（如洗涤剂、药品），其降解产生的化石CO₂长期被忽视。例如，美国加州某污水处理厂曝气池的化石CO₂通量达2.7 kg/h，占该单元总CO₂排放的34.2%。通过加速器质谱（AMS）分析¹⁴C同位素可区分生物源与化石源碳，但设备稀缺且预处理标准缺失。

国家尺度排放估算

中国研究显示，技术特异性排放因子（如厌氧消化工艺CH₄排放因子）可减少IPCC指南的偏差。2019年纳入化石CO₂后，全国污水处理GHG排放达5300万吨CO₂当量，较传统估算增加22.8%。

结论与展望

未来需建立标准化监测协议，整合实时GHG数据与工艺参数，推动污水处理厂向气候智慧型基础设施转型。化石碳的精准量化、多气体协同监测及区域化排放因子校准将是关键研究方向。