本发明涉及污水处理行业碳排放核算领域，特别涉及一种封闭式污水处理系统化石源co2排放核算方法。
背景技术：
1、污水处理系统是去除水中污染物、减轻水污染的重要民生工程，但其在污水处理过程中会产生大量的二氧化碳(co2)、甲烷(ch4)和氧化亚氮(n2o)等温室气体，因此是不可忽视的碳排放源。联合国政府间气候变化专门委员会(ipcc)第六次评估报告显示，污水处理行业的碳排放量约占全社会碳排放总量的2％～3％，且呈现逐年增长的趋势。在“双碳”时代背景下，2022年生态环境部印发的《减污降碳协同增效实施方案》明确指出，要开展城镇污水处理和资源化利用碳排放测算，推进污水处理厂减污降碳协同增效的总体框架。以污水处理系统温室气体排放为具体对象的科学研究得到了发展契机。
2、对污水处理过程中污染物降解产生的co2，以往研究通常认为其为生源性碳排放，即这部分co2来源于当代大气，在自然界中不断循环，并且总量保持不变，不应纳入温室气体排放清单进行管理。但近年来有研究表明，随着居民生活用的洗涤剂、药品以及部分工业废水进入城镇污水处理厂，污水处理过程排放的co2有相当一部分被认定为化石源排放，即这些物质的原材料来源于数亿年前被固定、封存在地壳中的石油、天然气等化石碳，忽略这部分化石碳代谢产生的co2排放会造成温室气体排放清单的缺失。国内外学者通过放射性碳测定方法并应用质量守恒法测得实际污水中的化石碳含量不低，化石源co2占污水处理厂直接温室气体排放清单的2～29％不等。ipcc 2019报告中也指出，应当改进与污水处理过程化石碳排放相关的研究方法。
3、污水处理厂作为城市发展配套的重要市政基础设施，是城市发展的重要组成部分，其建设方式也不断与时俱进。大部分地上污水处理厂在处理设施上方采用加盖密封的设计，有效地将易产生臭气的环节封闭并集中处理，大大降低了异味逸散对周边环境的影响。随着城市空间资源的紧张和地下空间技术的发展，地下式污水处理厂以其隐蔽性、环境友好性、气候适应性、智能化程度高等特点，成为解决城市污水处理需求与土地资源矛盾、改善城市生态环境的有效途径。无论是地上加盖收集式还是地下封闭式污水处理厂，现代化的废气管理系统已成为标配。这些系统不仅将各类废气有效捕集，集中净化后再行排放，显著减轻了对大气环境的臭气污染，还为厂区内温室气体排放的精准监测与科学管理提供了便利条件。
4、综上所述，结合封闭式污水处理系统的特征，在温室气体排放核算中纳入化石源co2对于制定准确的指导方针是必要的，对于补充温室气体排放清单中有关污水处理碳排放的界定具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明目的之一在于提供了一种封闭式污水处理系统化石源co2排放核算方法，立足污水处理系统的实际情况，完善碳排放的核算边界，建立全面的封闭式污水处理系统的化石源co2排放核算方法，使得核算范围科学准确，为补充污水处理领域温室气体的排放清单提供内容参考。
2、本发明实施例提供的一种封闭式污水处理系统化石源co2排放核算方法，包括：
3、对系统的全部污水处理单元，将污水处理过污水处理系统进行先期调研，确定研究边界为整个污水处理程分为预处理阶段、生化处理阶段和深度处理阶段；
4、根据每个阶段的实际工况，在尾气总排放口进行温室气体排放的监测和核算；
5、根据每个阶段的实际工况，在尾气总排放口采集气体样品，进行放射性碳同位素的测定，获取样品的化石碳比例；
6、结合所述先前得到的化石碳比例及温室气体排放量，计算化石源co2的排放量及其对直接温室气体排放清单的贡献；
7、所述预处理阶段的构筑物一般包括：提升泵房、粗细格栅、沉砂池，以上污水处理反应单元均处于封闭状态，各反应单元配有尾气收集管路，以收集该环节产生的温室气体，多条支路管道的尾气将汇总至除臭装置，经处理后统一排放至大气中；
8、所述生化处理阶段的构筑物一般包括：生化反应池、二沉池，其中生化反应池处于封闭状态，并配有尾气收集管路，以收集该环节产生的温室气体，尾气将汇总至除臭装置，经处理后统一排放至大气中，二沉池处于开放状态，故此环节的温室气体排放暂不考虑；
9、所述深度处理阶段的构筑物一般包括：滤池、消毒池，以上污水处理单元一般处于开放状态，故此环节的温室气体排放暂不考虑。
10、所述温室气体排放的监测和核算包括以下步骤：
11、在废气集中收集管路的总排放口处开展监测，获取co2、ch4和n2o的质量浓度以及管道的流速和横截面积，同时测得背景大气中co2、ch4和n2o的质量浓度，测试的分辨率为秒。单种温室气体的日排放量计算公式为：
12、
13、其中，esingle gas,pri和esingle gas,bio分别是预处理和生化处理阶段废气排放口处单种温室气体在一定时间内(一般为一天24小时)的排放量，单位为kg；cpipeline,pri和cpipeline,bio分别代表预处理和生化处理阶段废气排放口处co2、ch4或n2o的质量浓度，单位为g/m3；cbackground是厂区背景大气中co2、ch4或n2o的质量浓度，单位为g/m3；vpri和vbio分别是预处理和生化处理阶段废气排放管道中气体的流速，单位为m/s；spri和sbio分别是预处理和生化处理阶段废气排放管道的横截面积，单位为m2；t为监测的时间跨度，一般为一天24小时，86400秒。
14、封闭式污水处理系统的温室气体排放总量为co2的排放量加上ch4的排放量乘以ch4的全球增温潜势数据，再加上n2o的排放量乘以n2o的全球增温潜势数据，其中co2、ch4、n2o的排放量均为预处理和生化处理阶段的co2、ch4、n2o排放量之和。具体计算公式为：
15、
16、其中，eplant为污水处理系统的日温室气体排放总量，单位为kg；为co2的日排放总量，单位为kg；为预处理阶段的co2的日排放总量，为生化处理阶段的co2的日排放总量；为ch4的日排放总量，单位为kg；为预处理阶段的ch4的日排放总量，为生化处理阶段的ch4的日排放总量；为ch4的全球增温潜势数据；为n2o的日排放总量，单位为kg；为预处理阶段的n2o的日排放总量，为生化处理阶段的n2o的日排放总量；为n2o的全球增温潜势数据。
17、所述气体样品采集和化石碳检测方法包括以下步骤：
18、针对配有集气管路的污水处理单元，在集气管路开口处进行气体采集，在采样前需要事先用集气管路中的气体清洗气体采样管，正式采集气体时需要控制真空泵的流速和压力，以减少人为因素造成的误差。
19、使用加速器质谱法测定气体样品中co2的放射性碳含量。放射性碳同位素在加速器质谱仪上的测试结果是通过计算样品中14c/12c的值，并与现代碳中14c/12c比值比较所得。现代碳的标准品定义为1950年生产的天然草酸中95％的14c同位素丰度比(14c/12c)，并预先将其稳定碳同位素δ13c校正到19‰，结果以现代碳比例fm表示：
20、
21、其中s、m和b分别表示样品、现代碳标准品和空白(不含14c的标样)中的14c/12c比率。为了避免实际环境中的14c/12c受同位素分馏的影响，fm值一般统一矫正到假定样品初始δ13c值为-25‰的同一水平。以确保不同样品中的放射性碳同位素丰度具有可比性。
22、由于样品的碳同位素特征由生源碳信号和化石碳信号组成，而化石碳中14c的完全衰变(fmf＝0)导致生源碳与大气中碳同位素特征相似(fmbio＝fmatm)。因此，已知采样时背景大气的现代碳比例(fmatm)，若fms低于fmatm，就可以利用同位素质量平衡计算样品的化石碳贡献(f)。根据相关研究和国际标准astm d6866-18，由于化石燃料燃烧产生的化石碳排放，现代大气中的14c水平不断被稀释。依据近几年的监测数据显示，现代大气14c水平以0.005/年的速率在逐步降低。选用2019年的实测值(fmatm＝1)进行计算。
23、同位素质量平衡及样品的化石碳贡献计算公式为：
24、fms＝fmbio·xbio+fmf·f
25、xbio+f＝1
26、
27、其中，fms为样品的现代碳比例，fmbio为生源碳的现代碳比例，fmf为化石碳的现代碳比例，fmatm为当代大气的现代碳比例，xbio为样品中生源碳百分数，f为样品中化石碳百分数，即样品的化石碳比例。
28、所述化石源co2排放量的计算包括以下步骤：
29、结合废气中co2的排放量和废气中co2的化石碳比例得到废气中化石源co2的排放量。具体计算公式如下：
30、
31、其中，为化石源co2的排放量，单位为kg。
32、在此基础上，计算污水处理的直接温室气体排放量以完善排放清单的内容，包括ch4的co2当量排放量，n2o的co2当量排放量和化石源co2的排放量。计算公式如下：
33、
34、其中，chgdirect为污水处理的直接温室气体排放量，单位为kg。
35、化石源co2排放对直接温室气体排放清单的贡献为化石源co2的排放量占直接温室气体排放总量的比例，计算公式如下：
36、
37、其中，为化石源co2对直接温室气体排放的贡献，单位为％。
38、相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：本发明可为污水处理领域低碳路径制定和优化提供数据支持，并为量化封闭式污水处理系统的化石源co2排放提供方法指导。
39、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
40、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。