污水处理厂与甲烷气体排放(一)

2023年11月7日，国家生态环境部等11部门关于印发《甲烷排放控制行动方案》的通知，通知中明确提出：“甲烷是全球第二大温室气体，具有增温潜势高、寿命短的特点。积极稳妥有序控制甲烷排放，兼具减缓全球温升的气候效益、能源资源化利用的经济效益、协同控制污染物的环境效益和减少生产事故的安全效益”。涉及到污水相关的主要有污泥的无害化处置和污水处理厂的甲烷排放上报要求，在第三节的“重点任务”中对污水处理厂的甲烷排放也提出了明确的政策要求：“2.研究建立甲烷排放核算、报告和核查制度。研究推进建立重点行业企业甲烷排放核算和报告制度，推动煤矿、油气田、养殖场、垃圾填埋场以及污水处理厂等大型排放源定期报告甲烷排放数据。结合国家和省级温室气体清单编制工作，逐步实现甲烷排放常态化核算。”

在明确的政策要求下，污水处理厂又一次被推到政策前沿，但是现在存在的重要的问题是，污水处理厂对甲烷气体的排放还没有明确的概念，甚至完全不清楚甲烷是什么，哪些环节会产生甲烷，在技术完全空白的情况下，突然提出建立甲烷排放核算的制度，让大多数污水厂完全不知道下一步该做什么，采取的最好的应对措施就是鸵鸟政策，埋头在沙子中，不去知道环境的变化。   不管采取怎么样的政策，不论从全球环境变化的风险还是从国家政策的变化，污水处理行业是服务于环境改善的，必须也理所应当为环境做出积极的应对措施，《治污者说》将在近几周时间和污水处理厂的同行们共同探讨污水处理厂与甲烷排放的相关内容，欢迎大家持续关注并参与讨论。   首先认识甲烷，甲烷是有机化合物的一种，分子式是CH₄，是最简单的有机物质。分子结构是四面体，四个键的长度相同，键的角度相同等。标准名称为无色无味体。由于其高度可燃性，通常被用作我们日常生活的燃料（以天然空气、沼泽空气等为主要成分）。

   甲烷是原始大气的主要成分之一。自然界中主要以产甲烷菌为甲烷的生物来源。产甲烷菌是地球上最古老的生命体。产甲烷菌是不需要氧气便能呼吸的微生物，它们能在厌氧环境中分解氢、乙酸和其他简单碳化合物等底物来产生甲烷气体。因此能够产生厌氧环境的地方都是产甲烷菌的家，如泥泞的大沼泽和水稻田、反刍家畜（牛、羊）的瘤胃、沼气池和垃圾填埋场，包括城市的地下污水管网、污水厂的厌氧消化过程中的污泥储池，生物池的厌氧段等。

甲烷是形成地面臭氧的主要因素，大气中甲烷浓度增加还会影响空气质量。甲烷影响对流层大气氧化性能，大气中90%的甲烷被羟基自由基氧化，促发大气臭氧生成。臭氧是一种有害的空气污染物和温室气体，暴露于臭氧超标的环境，可导致每年10万人减寿。大气对流层中的臭氧浓度升高，不仅危害人体健康，影响植物和农作物生长，而且会诱发光化学烟雾。甲烷是一种强大的温室气体。在20年的区间里，臭氧的升温潜能值是二氧化碳的80倍。自工业化前时代以来，甲烷造成了约30%的全球变暖。自20世纪80年代开始记录以来，人为甲烷排放的增长速度超过了任何时候。美国国家海洋和大气管理局的数据统计表明，即使在2020年大流行封锁期，二氧化碳排放量有所下降，但大气中的甲烷却猛增。

自然界中甲烷菌不断地通过自身的生物作用将自然界中的有机物在无氧，厌氧，缺氧的条件下分解成甲烷气体，大气中的甲烷约40%是自然界产生的，60%来自人类活动排放。其中自然湿地底部的淤泥在厌氧状态下释放甲烷，是最大的自然排放源，约占总自然排放源的70%。人为源中，能源排放（包括石油、天然气和煤矿开采）与反刍动物这两大类的甲烷排放量最高，均占总人为源的30%左右。其次是垃圾填埋、水稻田和生物质燃烧，分别占总人为源的16%、8%和9%。排放到大气中的甲烷约90%通过对流层中的羟基化合物以及其他光化学反应消耗，约10%被土壤、海洋和平流层吸收氧化。联合国气候组织将二氧化碳和甲烷都列为了温室气体，但是二氧化碳会在大气中停留数百至数千年。由于二氧化碳的稳定性，即使人类采取了各种严厉的温室气体排放控制措施将二氧化碳的排放量得到迅速且大幅度地削减，也要等到本世纪后期看到二氧化碳消减后对气候产生的影响。但甲烷分解只需要大约十年的时间，从现在开始减少甲烷排放将在短期内产生环境影响，对于全世界实现1.5°C温度上升的控制目标至关重要。如果人类积极的采取措施，预计在十年内，人为造成的甲烷排放量有望减少45%之多。到2045年，减少的甲烷排放可以降低全球升温近0.3°C，从而有助于将全球升温幅度控制在1.5°C以内，并使地球保持在实现《巴黎协定》目标的正常轨道上。同时，减少的这部分甲烷排放量可以减少地面臭氧的形成数量，而这一项臭氧减少数量根据科学家们的推算，每年可以避免26万人过早死亡、减少77.5万次与哮喘相关的疾病的发作、减少了因极端高温而损失的劳动时间能达到730亿小时，也可以减少因强降雨和其他极端恶劣天气带来的2500万吨农作物损失。作为城镇居民来说，日常活动中所产生的有机废弃物，通过底下的排水管网，被污水处理厂所接纳，那么作为城镇有机物排放的最终去向，污水厂的内的甲烷是怎样产生的呢？我们下周将继续围绕污水厂的甲烷排放展开讨论，欢迎大家持续关注并参与讨论。