6月5日,“第二届村镇污水处理实用技术研讨会”于上海世环会中同期召开。上海理工大学教授、博导刘洪波作题为《“零碳”乡村厕所实现路径思考》的演讲。报告分析了当前厕所碳排放的背景,介绍了全生态链的农村化粪池式厕所系统、干式生物厕所、虻虫厕所、无混合真空厕所等生态厕所的特点优势,并对厕所碳排放核算方法研究提出了思考。
以下是报告分析中的乡村厕所实现路劲思考及碳排放的研究核算方式几大类:
(一)厕所碳排放的背景
2020年,联合国大会一般性辩论讲话首次提出碳中和理念。近年来,我国也多次在国际国内重要会议上强调中国的碳达峰和碳中和目标。
国际农业研究磋商组织《气候变化与食物系统》报告表明,全世界食物生产过程所排放温室气体占人类温室气体排放总量1/3,食物被消费后约有20%碳和氮进入粪便,各类厕所温室气体排放主要来源于粪尿中所含的碳和氮。
污水处理厂本身就是昂贵的基础设施,运营、耗电都会造成碳排放。按照我国2021年农村人口5.1亿计算,粪便处理过程中产生的二氧化碳相当于2100万吨,约占我国碳排放总量的0.2%。处理生活污水相关的碳排放占我国碳排放总量的6%左右。当前,污水处理的“碳捕捉”技术主要包括:高负荷活性污泥工艺(HRAS)、化学强化一级处理工艺(CEPT)、厌氧消化-热电联产技术(AD-CHP)、热能回收等。
由于粪渣和粪液具有很大的潜在价值,是放错位置的资源,因此对于农村生活污水处理,十分适用于源分离处理技术,将粪尿中碳和氮资源化利用,使其成肥在农业生产活动中循环利用——碳和氮被锁定在土壤中,亦可由植物吸收,通过光合作用在植物体内固定碳,并释放氧气,至此才能实现各类厕所人类排泄物的最大碳减排。
(二)生态厕所
生态厕所不仅解决了人们内急问题,还贴近全球最新趋势的低碳环保概念,洁净、无异味。当前生态厕所类型主要包括:
1、全生态链的农村化粪池式厕所系统
针对目前农村地区厕所改造中化粪池式厕所存在的突出问题,从生态循环的角度出发,构建全生态链的农村化粪池式厕所系统,建立从收集、储存、处理到农业利用的解决方案,实现化粪池式厕所产物的无害化、零排放和再循环。化粪池式厕所排出物通过检测、收集、运输、储存、处理并转化为肥料后返回农田。在农村区域形成一条循环的闭路生态链条,实现三格化粪池式厕所产物的无害化、零排放和再循环。
2、干式生物厕所
干式生物厕所清洁无需水、无需电、无任何异味,不需要水管网和排污管网,而是通过源分离技术、空气动力学技术、生物技术和微生物技术的联合作用,将人的排泄物转化为有机肥。实现“就地处理、就地转化”的循环利用模式。2022年北京冬奥会高山白雪间的“黑科技”即使是干式生物厕所。
3、虻虫厕所
虻虫厕所是黑水虻生态环保厕所的简称,采用全新环保型生态昆虫厕所理念设计而成。原理:当大小便进入导流槽,黑水虻幼虫即以之为食,在取食过程中,能够分泌一种有机酸抑制环境中的微生物生长。被黑水虻充分取食的新型环保厕所,没有腐败现象。无不良气味,另外病理实验证明,黑水虻消化道能够消减食物中 90%以上的大肠杆菌,极大的保护了生态环境与生物链的健康循环发展。
4、无混合真空厕所
新加坡南洋理工大学的科学家发明了无混合真空厕所,它是采用一种新型的厕所系统,不但能够将厕所废弃物转化为电力和肥料,还比传统冲水厕所节水 90%。原理:设置两个间隔将液体和固体废弃物分离,使其形成一个完整的循环系统。将液态废弃物转化为氮、磷、钾等可供回收的物质,与此同时,固体废物将在生物反应器中发生反应,释放出包含甲烷的沼气,可以被用作燃料或通过发电厂和燃料电池直接转化为电能。
5、日本无水无味的生物厕所
日本的生物厕所没有恶臭味,不污染水源,也不需要用水冲。原理:微生物分解排泄物,在便器下方设置一个装有锯末的处理层,大小便可直接排泄在锯末里面,二者混合,排泄物的水分可被锯末吸收,并利用加热装置让水分蒸发,并杀死大肠菌等有害病菌,固形物也被锯末中添放的微生物细菌分解成无机物,最终的排泄物只是原先分量的 1/10 以下。分解后的无机物成分为氮、磷、钾等等,可作为肥料使用。
(三)厕所碳排放核算方法研究与思考
目前可用于厕所碳排放的核算方法主要有以下三种:
1、国家温室气体清单(IPCC)指南
政府间气候变化专门委员会(IPCC)在2006年提出了国家温室气体清单指南,根据不同层次的数据来源,核算、评估某一个具体过程的碳排放。该方法学体系对全球各国的温室气体清单编制都具有深刻和显著的影响。
2、清洁发展机制方法学(CDM)
清洁发展机制(CDM)是指发达国家可以通过提供资金和技术支持,在发展中国家开展减排项目,获得核证减排签发量后,用以完成协议书中规定的减排目标。CDM方法实际上可以认为是IPCC指南方法的继承与发展。CDM方法中的核心公式是:碳排量=基准排放-项目排放-泄露排放。
3、生命周期评价(LCA)
全生命周期评价(Life Cycle Assessment,简写 LCA)是广泛应用于评价各种技术、系统、服务等对环境、能耗和物耗等的科学方法。过程包括“从摇篮到坟墓”。LCA 是通过分析产品或工艺过程从原料开发、输运、生产设施建设、产品生产与加工、使用过程、再生循环利用以及废弃物处理的全生命周期阶段,所造成的环境影响程度的一种方法。LCA能计算和评价产品或工艺过程在全生命周期中的能效和污染物排放等,并基于这些评价结果评估工艺工程对环境的影响,进而找到减少环境影响的途经或技术举措。
基于ISO评价标准与传统方法论,对LCA用于乡村厕所环境综合影响评价包括5个阶段:
生命周期评价方法不仅可以核算厕所设备制造生产、粪便处理过程的碳排放情况,还能定量评价多种环境影响类别。其中的影响类别不仅包含全球变暖潜势(GWP;与碳排放直接相关的指标),还包含颗粒物排放、对流层臭氧生成、平流层臭氧层破坏和化石燃料耗竭等。
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来源:水工业市场
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