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CN115392757A - 一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法及装置 - Google Patents

一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法及装置 Download PDF

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CN115392757A CN202211069656.XA CN202211069656A CN115392757A CN 115392757 A CN115392757 A CN 115392757A CN 202211069656 A CN202211069656 A CN 202211069656A CN 115392757 A CN115392757 A CN 115392757A
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Abstract

本发明公开了一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法及装置，该方法包括：采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量；基于管网收集碳排放量、污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量；基于污水处理碳排放总量确定排水区碳排放总量；基于排水区碳排放总量确定目标研究区域碳排放总量；基于污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量对城镇污水处理设施碳排放进行评价。本方法实现了对城镇污水处理设施碳排放的量化评价。

Description

一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法及装置
技术领域
本发明涉及碳排放评价技术领域，具体涉及一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法及装置。
背景技术
城镇基础设施是能源密集型和碳排放密集型的项目，污水处理设施是城镇基础设施规划的重要内容，污水处理设施碳排放的量化、监测、收集、评价等技术一直是学界和业界关注的重点，量化碳排放是后续治理的前提，特别是3060双碳目标提出后，污水处理设施碳排放的量化方法受到更多关注，在污水处理设施的建设与运行中也开始更多的考虑碳排放，将污水处理设施不同过程能耗、药耗和温室气体(GHG，Greenhouse Gas)排放等转换为二氧化碳当量进行碳排放量化。
然而，大多数研究或技术都缺乏整体考虑，例如现有技术通过划定边界条件和计算周期，分别计算出在运行时间内污水处理厂碳直接排放量、污水处理厂碳间接排放量、污水处理厂碳其他排放量和污水处理厂碳回收类排放量，然后得到污水处理厂碳排放量化计算结果，主要针对单一污水处理厂的碳排放进行计算；现有技术通过构建污水处理厂碳排放综合评价指标体系，利用获得的碳排放综合评价指数对污水处理厂的碳排放水平进行评价，主要考虑能耗物耗层面、资源回用层面、碳汇层面和碳排放量层面等4个层面的碳源和碳汇计算碳排放；现有技术通过计算能源、污水处理、药品的排放因子和温室气体排放的活动水平及其排放因子计算温室气体排放量，解决现有碳足迹的计量方法不适于污水处理厂的技术问题，核心是确定了不同地区和不同要素的排放因子；现有技术通过考虑污水厂运行阶段的碳排放量和碳减排量计算污水厂运行阶段的净碳排放量，主要集中在城镇污水处理厂的污水处理和污泥处理过程及其后续出厂处置过程，未见考虑前期污水收集的碳排放计算内容。
上述现有技术主要关注污水处理厂、尾水湿地等污水处理设施的碳排放，对管网等污水收集设施的碳排放考虑不足，对污水处理设施收集、处理等全流程的碳排放考虑不足，且现有技术主要集中在污水处理设施碳排放监测和收集技术，在碳排放量化方法评价方面技术较少。
大多数现有技术都缺乏整体考虑，主要关注污水处理厂、尾水湿地等污水处理设施的碳排放，主要存在以下不足：
(一)重点关注污水处理厂等污水处理设施的碳排放，对管网等污水收集设施的碳排放考虑不足；
(二)重点关注污水处理厂运营过程中的碳排放，对污水处理设施建设和运营，以及收集和处理等全生命周期、全流程的碳排放考虑不足；
(三)重点关注污水处理设施碳排放监测和收集技术，对碳排放量化方法评价方面技术考虑不足；
(四)间接碳排放方面重点关注污水处理厂的电能消耗，对其他方面例如油耗方面考虑不足；
(五)重点关注碳排放，即碳源，较少关注污水处理中间过程产生的资源例如沼气发电在碳减排方面的作用，即碳汇；
(六)大多只关注污水处理厂碳排放、区域污水处理厂碳排放等单一层面的碳排放，对从污水处理厂等污水处理设施、污水处理厂和管网等污水收集和处理设施、多个污水处理设施组成的污水处理系统、区域污水处理系统等多层面碳排放的同时量化方法考虑不足。
研究表明，水资源—能源—碳排放之间是密切联系的，供排水系统作为城镇基础设施的重要内容，也是能源密集型和碳排放密集型的项目，涉及很多能源消耗和碳排放，能源方面消耗例如管网中的泵、电机等设备，污水处理厂中的曝气设备，碳排放方面消耗例如上述能源设备的间接碳排放，污水处理各个处理过程中的温室气体排放；因此，在量化污水处理设施碳排放时，必须充分考虑能源消耗才能得到更为全面、准确、可信的结果。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术在量化污水处理设施碳排放时大多数都缺乏整体考虑，在碳排放量化方法评价方面技术较少的缺陷，从而提供一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法及装置。
本发明实施例提供了一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，包括：
采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量；
基于管网收集碳排放量、污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量；
基于污水处理碳排放总量确定排水区碳排放总量；
基于排水区碳排放总量确定目标研究区域碳排放总量；
基于污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量对城镇污水处理设施碳排放进行评价。
本发明提供的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，在传统污水处理厂碳排放的基础上，增加了对管网碳排放的量化评价，实现了对管网等污水收集设施的碳排放量化评价，并基于管网收集碳排放量、污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量，进而计算污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量，实现了从单个污水处理厂等污水处理设施、污水处理厂和管网等污水收集和处理设施、多个污水处理设施组成的污水处理系统，到区域污水处理系统等多层面碳排放的同时量化评价，进而实现了对城镇污水处理设施碳排放的量化评价。
可选地，基于管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量，包括：
基于管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量；
根据管网建设碳排放量与管网运营碳排放量计算管网收集碳排放量；
基于污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量；
根据污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量计算污水处理碳排放量；
基于污水处理厂原始数据确定污泥运输工具燃料消耗碳排放量，将污泥运输工具燃料消耗碳排放量作为污泥处置碳排放量。
可选地，基于管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量，包括：
提取管网原始数据中的管网建设材料消耗量和管网建设材料碳含量，并基于管网建设材料消耗量和管网建设材料碳含量确定管网建设碳排放量；
提取管网原始数据中的管网运行时间和管网电气设备额定功率，并基于管网运行时间与管网电气设备额定功率确定管网运营能源消耗间接排放量；
提取管网原始数据中的管网散逸直接排放量，基于管网运营能源消耗间接排放量和管网散逸直接排放量计算管网运营碳排放量。
可选地，基于污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量，包括：
提取污水处理厂原始数据中的污水处理厂建设材料消耗量和污水处理厂建设材料碳含量，并基于污水处理厂建设材料消耗量和污水处理厂建设材料碳含量确定污水处理厂建设碳排放量；
提取污水处理厂原始数据中的污水处理厂电气设备运行时间、污水处理厂电气设备额定功率与污水处理厂日处理量，并基于污水处理厂电气设备运行时间、污水处理厂电气设备额定功率与污水处理厂日处理量确定污水处理厂运营能源消耗间接排放量；
提取污水处理厂原始数据中的化学药剂碳含量和化学药剂消耗量，基于化学药剂碳含量、化学药剂消耗量与污水处理厂日处理量确定化学药剂消耗间接排放量；
提取污水处理厂原始数据中的沼气燃烧发电碳减排量和污水处理厂散逸直接排放量，基于污水处理厂运营能源消耗间接排放量、化学药剂消耗间接排放量、沼气燃烧发电碳减排量和污水处理厂散逸直接排放量计算污水处理厂运营碳排放量。
可选地，基于污水处理厂原始数据确定污泥运输工具燃料消耗碳排放量，将污泥运输工具燃料消耗碳排放量作为污泥处置碳排放量，包括：
提取污水处理厂原始数据中的运输车辆行驶距离和运输车辆燃油效率，基于运输车辆行驶距离和运输车辆燃油效率确定污泥处置碳排放量。
可选地，基于管网收集碳排放量、污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量，其中，污水处理碳排放总量的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000031
上式中，Gsewage_x表示污水处理碳排放总量，Gpipe_i表示管网收集碳排放量，Gplant_i表示污水处理碳排放量，Gsludge_i表示污泥处置碳排放量。
可选地，在采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量前，还包括：
将目标研究区域进行划分，生成排水区和污水处理设施；其中，排水区包括多个污水处理设施，污水处理设施包括污水处理厂和管网。
在本申请的第二个方面，还提出了一种城镇污水处理设施碳排放量化评价装置，包括：
采集模块，用于采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量；
第一确定模块，用于基于管网收集碳排放量、污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量；
第二确定模块，用于基于污水处理碳排放总量确定排水区碳排放总量；
第三确定模块，用于基于排水区碳排放总量确定目标研究区域碳排放总量；
评价模块，用于基于污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量对城镇污水处理设施碳排放进行评价。
可选地，采集模块，包括：
第一确定子模块，用于基于管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量；
第一计算子模块，用于根据管网建设碳排放量与管网运营碳排放量计算管网收集碳排放量；
第二确定子模块，用于基于污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量；
第二计算子模块，用于根据污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量计算污水处理碳排放量；
第三确定子模块，用于基于污水处理厂原始数据确定污泥运输工具燃料消耗碳排放量，将污泥运输工具燃料消耗碳排放量作为污泥处置碳排放量。
可选地，第一确定子模块，包括：
第一确定单元，用于提取管网原始数据中的管网建设材料消耗量和管网建设材料碳含量，并基于管网建设材料消耗量和管网建设材料碳含量确定管网建设碳排放量；
第二确定单元，用于提取管网原始数据中的管网运行时间和管网电气设备额定功率，并基于管网运行时间与管网电气设备额定功率确定管网运营能源消耗间接排放量；
第三确定单元，用于提取管网原始数据中的管网散逸直接排放量，基于管网运营能源消耗间接排放量和管网散逸直接排放量计算管网运营碳排放量。
可选地，第二确定子模块，包括：
第四确定单元，用于提取污水处理厂原始数据中的污水处理厂建设材料消耗量和污水处理厂建设材料碳含量，并基于污水处理厂建设材料消耗量和污水处理厂建设材料碳含量确定污水处理厂建设碳排放量；
第五确定单元，用于提取污水处理厂原始数据中的污水处理厂电气设备运行时间、污水处理厂电气设备额定功率与污水处理厂日处理量，并基于污水处理厂电气设备运行时间、污水处理厂电气设备额定功率与污水处理厂日处理量确定污水处理厂运营能源消耗间接排放量；
第六确定单元，用于提取污水处理厂原始数据中的化学药剂碳含量和化学药剂消耗量，基于化学药剂碳含量、化学药剂消耗量与污水处理厂日处理量确定化学药剂消耗间接排放量；
第七确定单元，用于提取污水处理厂原始数据中的沼气燃烧发电碳减排量和污水处理厂散逸直接排放量，基于污水处理厂运营能源消耗间接排放量、化学药剂消耗间接排放量、沼气燃烧发电碳减排量和污水处理厂散逸直接排放量计算污水处理厂运营碳排放量。
可选地，第三确定子模块，还用于提取污水处理厂原始数据中的运输车辆行驶距离和运输车辆燃油效率，基于运输车辆行驶距离和运输车辆燃油效率确定污泥处置碳排放量。
可选地，污水处理碳排放总量的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000041
上式中，Gsewage_x表示污水处理碳排放总量，Gpipe_i表示管网收集碳排放量，Gplant_i表示污水处理碳排放量，Gsludge_i表示污泥处置碳排放量。
可选地，还包括：
将目标研究区域进行划分，生成排水区和污水处理设施；其中，排水区包括多个污水处理设施，污水处理设施包括污水处理厂和管网。
在本申请的第三个方面，还提出了一种计算机设备，包括处理器和存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序，所述处理器被配置用于调用所述计算机程序，执行上述第一方面的方法。
在本申请的第四个方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现上述第一方面的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法的流程图；
图2为本发明实施例1中城镇污水处理设施碳排放量化评价模型的示意图；
图3为本发明实施例1中步骤S101的流程图；
图4为本发明实施例1中步骤S1011的流程图；
图5为本发明实施例1中步骤S1013的流程图；
图6为本发明实施例2中一种城镇污水处理设施碳排放量化评价装置的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，如图1所示，包括：
S101、采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于上述管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于上述污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量。
具体的，将目标研究区域进行划分，生成排水区和污水处理设施；其中，上述排水区包括多个污水处理设施，污水处理设施包括污水处理厂和管网。
进一步地，将目标研究区域按照三个级别划分为若干个排水区和若干污水处理系统，进行形成目标研究区域(一级)、排水区(二级)、污水处理系统(三级)等3个级别的碳排放计算步骤，对每个污水处理系统、每个排水区进行单独分析核算，并将结果逐级汇总，最终得到三个级别的碳排放值；其中，目标研究区域，即为待评价或计算的目标城镇区域或部分区域；排水区，为将目标研究区域按照行政区划或污水收集处理关系划分的若干单元，一般城镇是按照行政区划设计建设的污水处理系统，因而可按照行政区划对目标研究区域进行划分形成排水区单元，部分城镇由于污水处理系统相对复杂，未按行政区划设计建设污水处理系统，可通过查阅城镇规划资料确定排水区单元；污水处理设施，为每个排水区内收集、处理污水的系统集成，主要为污水处理厂和管网，污水处理设施可能包括若干个污水处理厂及其收集污水的管网，因而，将每个排水区划分为若干污水处理系统，每个污水处理系统包括污水处理厂和管网等污水处理设施，按照污水处理厂和管网的污水收集关系确定每个排水区对应的污水处理系统单元数量，并收集污水处理系统资料。
进一步地，采集目标研究区域、排水区和污水处理设施的基础资料；其中，目标研究区域的基础资料包括目标研究区域面积、人口、污水处理厂数量、管网长度，以及区域规划等数据；排水区的基础资料包括排水区数量、各排水区面积、各排水区污水处理系统数量及相关数据，以及污水处理厂与管网的关系数据等；污水处理设施的基础资料包括管网原始数据和污水处理厂原始数据等。
进一步地，管网原始数据，按照生命周期可以分为管网建设数据、管网运营数据等；管网建设数据主要为管网长度、孔径、建设材料等相关数据，可通过城镇规划资料获得，或通过污水处理厂和管网设计资料获得，进而根据管网长度、孔径和建设材料类型可计算管网建设的碳排放量，管网建设材料制造过程中的单位能耗、管网建设材料密度和材料中的碳含量，可通过查阅文献获得；管网运营数据主要为管网运行时间、管网电气设备及其能耗、管网运营的散逸碳排放等数据，管网运行时间可通过实时运行记录获得，管网电气设备及其能耗可通过设计资料进行计算获得，根据管网主要电气设备的额定功率、运行时间、管网长度和孔径等，计算获得，管网运营的散逸碳排放可通过监测获得。
进一步地，污水处理厂数据，按照生命周期可以分为污水处理厂建设数据和污水处理厂运营数据等；污水处理厂建设数据主要为污水处理厂建设材料、设计规模、进出水特征等数据；污水处理厂运营数据主要为污水处理厂各种电气设备的电能能耗、运行时间、日处理量、进出水特征、化学药剂消耗量、生化过程的沼气产生量、散逸碳排放量、污泥运输能耗等，污水处理厂主要数据可直接从污水处理厂的运行记录收集获得，污水处理厂的电能能耗可从污水处理厂的运行记录中收集相关数据并计算获得，通过污水处理厂主要电气设备的额定功率、运行时间和污水处理厂处理量等数据可计算得到污水处理厂的电能能耗，为得到相对客观科学的计算结果，设定运行时间和污水处理厂处理量的数据值应取6个月及以上时段的平均值，污水处理厂的进出水特征例如BOD(Biochemical oxygen demand，生化需氧量)等指标，可用于计算温室气体排放；污泥运输能耗主要为运输车辆的燃料能耗，相关燃料使用量如燃油数据可从车辆使用记录或司机处收集获得，根据油电转换系数将燃料消耗量转换等效电能消耗量，将油电转换系数的值定为15.64kWh/L(千瓦时/升)，同理，污水处理厂中其他燃料消耗也可根据油电转换系数转换为电能能耗进行碳排放计算，污水处理厂化学药剂使用量数据可通过污水处理厂的运行记录收集获得，主要为不同化学药就类型及各类化学药剂的使用量数据，不同材料的密度、单位能耗和碳含量如下表1所示。
表1：
Figure BDA0003827428550000061
Figure BDA0003827428550000071
具体的，将城镇污水处理设施碳排放划分为2种类型，包括直接排放和间接排放，可以通过考虑相应过程的能源消耗(kWh/m3，千瓦时/立方米)所对应的温室气体间接排放(kg CO2eq/m3，千克二氧化碳当量/立方米)、相应过程的温室气体直接排放，以及相应的碳减排量进行计算；其中，先计算各项能源消耗，再计算相应的碳排放即，加上各个过程的温室气体排放，折算成碳排放，与相加汇总进行计算；其中，直接排放，是污水处理设施直接产生的温室气体排放，包括污水处理过程中的温室气体排放，以及生化处理过程中产生的沼气燃烧产生的温室气体排放；间接排放，是污水处理设施相关过程的能源消耗所对应的温室气体排放，主要为污水处理设施建设材料、运营所需的化学药剂等能耗的碳排放。
进一步地，温室气体间接排放，主要为不同过程的能源消耗所对应的温室气体排放，能源来源主要包括电能、燃料、建设材料、化学药剂等4种，具体如下表2所示：
表2：
来源 描述 能源消耗 温室气体排放
电能 泵、电机、曝气设备等 E<sub>L</sub> G<sub>L</sub>
燃料 运输污泥的卡车燃料 E<sub>d</sub> G<sub>d</sub>
建设材料 污水处理设施建设材料 E<sub>mt</sub> G<sub>mt</sub>
化学药剂 污水处理设施运营化学药剂 E<sub>ch</sub> G<sub>ch</sub>
进一步地，为准确量化碳排放，设定混凝土结构寿命为50年，钢铁等其他材料寿命为15年。
需要说明的是，上述能源是广义的能源概念，包括各种一次能源、二次能源和各种资源消耗折算的能源，各种资源包括建设阶段的建设材料、运营阶段的药品等，例如污水处理厂建设阶段所需的各种能源、材料，污水处理厂运营阶段所需的能源，例如电能、柴油，以及污水处理厂运营阶段所需的各种药耗资源，例如化学药品。
进一步地，不同过程的温室气体直接排放来源主要包括1种，即污水收集系统和污水处理系统的散逸碳排放；散逸碳排放根据管网有机物的降解率间接估算，具体估算步骤为：首先，选择一条管网，确定管网两端相邻的泵站；然后，监测每个泵站的BOD浓度值，设定需要连续取5个平行样以消除误差；最后，计算两个泵站之间BOD浓度值的差值(取样本平均值)除以管网长度，即为每公里管网的BOD降解率，其中，降解BOD的50％为温室气体排放，即散逸碳排放。
进一步地，不同过程的温室气体碳减排来源主要为污水处理厂运营生化处理产生沼气燃烧发电产生的碳排放，无论这些沼气是否直接用于发电，其中都含有一定的碳，因此作为碳排放项考虑；沼气发电产生的电能可纳入碳减排计算范围内考虑，并作为碳减排项。
S102、基于上述管网收集碳排放量、上述污水处理碳排放量和上述污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量。
其中，上述污水处理碳排放总量的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000081
上式中，Gsewage_x表示(第i个污水处理设施)污水处理碳排放总量，Gpipe_i表示(第i个污水处理设施)管网收集碳排放量，Gplant_i表示(第i个污水处理设施)污水处理碳排放量，Gsludge_i表示(第i个污水处理设施)污泥处置碳排放量，Gpipe_construction_i表示(第i个污水处理设施)管网建设碳排放量，Gpipe_operation_i表示(第i个污水处理设施)管网运营碳排放量，Gplant_construction_i表示(第i个污水处理设施)污水处理厂建设碳排放量，Gplant_operation_i表示(第i个污水处理设施)污水处理厂运营碳排放量，Gsludge_i表示(第i个污水处理设施)污泥处置碳排放量。
S103、基于上述污水处理碳排放总量确定排水区碳排放总量。
其中，是对排水区内的若干个污水处理设置进行碳排放汇总计算，排水区m的碳排放总量Gdrain_m的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000082
S104、基于上述排水区碳排放总量确定目标研究区域碳排放总量。
其中，对目标研究区域内若干个排水区进行碳排放汇总计算，目标研究区域的碳排放总量Gurban的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000083
S105、基于上述污水处理碳排放总量、上述排水区碳排放总量与上述目标研究区域碳排放总量对上述城镇污水处理设施碳排放进行评价。
其中，如图2所示，城镇污水处理设施碳排放进行评价主要基于质量平衡和生命周期理论模型开展碳排放评价，基于污水收集、污水处理和污泥处置全过程的温室气体排放进行碳排放计算，包括污水收集碳排放，污水处理碳排放，污泥处置碳排放，进而计算排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量，将污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量作为上述城镇污水处理设施碳排放的评价结果。
上述一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，本发明提供的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，在传统污水处理厂碳排放的基础上，增加了对管网碳排放的量化评价，实现了对管网等污水收集设施的碳排放量化评价，并基于管网收集碳排放量、污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量，进而计算污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量，实现了从单个污水处理厂等污水处理设施、污水处理厂和管网等污水收集和处理设施、多个污水处理设施组成的污水处理系统，到区域污水处理系统等多层面碳排放的同时量化评价，进而实现了对城镇污水处理设施碳排放的量化评价。
优选地，如图3所示，步骤S101中基于上述管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于上述污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量，包括：
S1011、基于上述管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量。
S1012、根据上述管网建设碳排放量与上述管网运营碳排放量计算上述管网收集碳排放量。
其中，管网收集碳排放量Gpipe的计算公式如下所示：
Gpipe＝Gpipe_construction+Gpipe_operation
上式中，Gpipe_construction表示管网建设碳排放量，Gpipe_operation表示管网运营碳排放量。
S1013、基于上述污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量。
S1014、根据上述污水处理厂建设碳排放量与上述污水处理厂运营碳排放量计算上述污水处理碳排放量。
其中，污水处理碳排放量Gplant的计算公式如下所示：
Gplant＝Gplant_construction+Gplant_operation
上式中，Gplant_construction表示污水处理厂建设碳排放量，Gplant_operation表示污水处理厂运营碳排放量。
S1015、基于上述污水处理厂原始数据确定污泥运输工具燃料消耗碳排放量，将上述污泥运输工具燃料消耗碳排放量作为上述污泥处置碳排放量。
具体的，提取上述污水处理厂原始数据中的运输车辆行驶距离和运输车辆燃油效率，基于上述运输车辆行驶距离和上述运输车辆燃油效率确定上述污泥处置碳排放量。
进一步地，污泥处置碳排放量为污泥运出厂外至污泥处置点之间过程的碳排放量，主要为污泥运输出厂所需运输工具燃料消耗的碳排放Gd_sludge，污泥处置碳排放量Gsludge的计算公式如下所示：
Gsludge＝Gd_sludge
进一步地，污泥运输出厂所需运输工具燃料消耗的碳排放Gd_sludge(单位：kgCO2eq/m3，千克二氧化碳当量/立方米)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000091
上式中，Ed_sludge表示燃料能源消耗，Di表示第i辆车每天行驶的总距离(km/d，千米/天)，Ei表示第i辆车的燃油效率(km/L，千米/升)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d，立方米/天)，2.9表示燃料碳排放的排放因子，即油耗的碳排放因子，单位为kg CO2/L(千克二氧化碳/升)。
上述实施例通过管网收集碳排放量、污水处理碳排放量与污泥处置碳排放量的计算实现了对污水处理设施建设和运营，以及收集和处理等全生命周期、全流程的碳排放量化评价。
优选地，如图4所示，步骤S1011中基于上述管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量，包括：
S10111、提取上述管网原始数据中的管网建设材料消耗量和管网建设材料碳含量，并基于上述管网建设材料消耗量和上述管网建设材料碳含量确定上述管网建设碳排放量。
具体的，管网建设碳排放量Gpipe_construction，主要为管网建设所需材料的间接碳排放Gmt_pipe_construction，管网建设碳排放量Gpipe_construction的计算公式如下所示：
Gpipe_construction＝Gmt_pipe_construction
进一步地，管网建设所需材料的间接碳排放Gmt_pipe_construction的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000092
上式中，EFi_pipe_construction表示第i管网建设材料碳含量(kg/kg)，vi_pipe_construction表示第i种管网建设材料的体积(m3，立方米)，ρi_pipe_construction表示第i种管网建设材料的密度(kg/m3)，Ni_pipe_construction表示第i种管网建设材料的寿命(a，年)，F表示污水处理厂的设计处理能力(m3/a，立方米/年)。
S10112、提取上述管网原始数据中的管网运行时间和管网电气设备额定功率，并基于上述管网运行时间与上述管网电气设备额定功率确定管网运营能源消耗间接排放量。
具体的，管网运营能源消耗间接排放量GL_pipe_operation的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000101
上式中，EL_pipe_operation表示管网电能能源消耗，Epi_pipe_operation表示第i台管网电气设备的单位用电量(kWh/m3)，pi_pipe_operation表示第i台管网电气设备的额定功率(kW)，Ti_pipe_operation表示第i管网运行时间(h/d，小时/天)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d)，0.81表示电能能源消耗的排放因子，单位为kg CO2/kWh，指用电造成的间接碳排放量。
S10113、提取上述管网原始数据中的管网散逸直接排放量，基于上述管网运营能源消耗间接排放量和管网散逸直接排放量计算上述管网运营碳排放量。
具体的，管网运营碳排放量Gpipe_operation的计算公式如下所示：
Gpipe_operation＝GL_pipe_operation+Gfugitive_pipe_operation
上式中，Gfugitive_pipe_operation表示管网散逸直接排放量。
优选地，如图5所示，步骤S1013中基于上述污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量，包括：
S10131、提取上述污水处理厂原始数据中的污水处理厂建设材料消耗量和污水处理厂建设材料碳含量，并基于上述污水处理厂建设材料消耗量和上述污水处理厂建设材料碳含量确定上述污水处理厂建设碳排放量。
具体的，污水处理厂建设碳排放量即污水处理厂建设过程中的碳排放Gplant_construction，主要为污水处理厂建设所需材料的间接碳排放Gmt_plant_construction，其表达式如下：
Gplant_construction＝Gmt_plant_construction
进一步地，污水处理厂建设所需材料的间接碳排放Gmt_plant_construction(kg CO2eq/m3)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000102
上式中，Camount表示污水处理厂建设材料消耗量，EFi_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料碳含量(kg/kg)，vi_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料的体积(m3)，ρi_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料的密度(kg/m3)，Ni_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料的寿命(a)，F表示污水处理厂的设计处理能力(m3/a)。
另外，污水处理厂建设材料能源消耗Emt_plant_construction的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000111
上式中，Emi_plant_construction表示第i种建设材料制造过程中的单位能耗(kWh/kg)。
S10132、提取上述污水处理厂原始数据中的污水处理厂电气设备运行时间、污水处理厂电气设备额定功率与污水处理厂日处理量，并基于上述污水处理厂电气设备运行时间、上述污水处理厂电气设备额定功率与上述污水处理厂日处理量确定污水处理厂运营能源消耗间接排放量。
具体的，污水处理厂运营能源消耗间接排放量GL_plant_operation(kg CO2eq/m3)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000112
上式中，EL_plant_operation表示电能能源消耗，Epi_plant_operation表示第i台污水处理厂电气设备的单位用电量(kWh/m3)，pi表示第i台污水处理厂电气设备的额定功率(kW)，Ti表示第i台污水处理厂电气设备的运行时间(h/d，小时/天)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d)，0.81表示电能能源消耗的排放因子，单位为kg CO2/kWh，指用电造成的间接碳排放量。
S10133、提取上述污水处理厂原始数据中的化学药剂碳含量和化学药剂消耗量，基于上述化学药剂碳含量、上述化学药剂消耗量与上述污水处理厂日处理量确定化学药剂消耗间接排放量。
具体的，化学药剂消耗间接排放量Gch_plant_operation(kg CO2eq/m3)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000113
上式中，Cch表示化学药剂消耗量，wi表示第i种化学药剂的消耗量(kg/d)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d)，EFi_plant_operation表示第i种化学药品的化学药剂碳含量(kg/kg)。
进一步地，化学药剂能源消耗主要为污水处理设施(主要为污水处理厂)运营所需化学药剂的能源消耗，污水处理设施运营所需化学药剂的能源消耗Ech_plant_operation的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000114
上式中，Eci_plant_operation表示第i种化学药剂的单位能耗(kWh/kg)。
S10134、提取上述污水处理厂原始数据中的沼气燃烧发电碳减排量和污水处理厂散逸直接排放量，基于上述污水处理厂运营能源消耗间接排放量、上述化学药剂消耗间接排放量、上述沼气燃烧发电碳减排量和上述污水处理厂散逸直接排放量计算上述污水处理厂运营碳排放量。
其中，污水处理厂运营碳排放量Gplant_operation的计算公式如下所示：
Gplant_operation＝GL_plant_operation+Gch_plant_operation+Gbiogas_plant_operation+Gfugitive_plant_operation
上式中，Gbiogas_plant_operation表示沼气燃烧发电碳减排量，Gfugitive_plant_operation表示污水处理厂散逸直接排放量。
下面通过一个具体的实施例来说明一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法的。
以某城市为例，城镇污水处理设施碳排放量化评价方法主要包括S1计算准备，S2污水收集系统碳排放，S3污水处理系统碳排放，S4污泥处置系统碳排放，S5碳排放汇总核算等步骤。
S1计算准备，包括S101目标研究区域划分和S102基础资料收集等2部分。
S101目标研究区域划分，是为了方便进行碳排放计算，将目标研究区域按照三个级别划分为若干个排水区和若干污水处理系统，进行形成目标研究区域(一级)、排水区(二级)、污水处理系统(三级)等3个级别的碳排放计算步骤，对每个污水处理系统、每个排水区进行单独分析核算，并将结果逐级汇总，最终得到三个级别的碳排放值；将目标研究区域某城市划分为12个排水区，其中，10个排水区的污水处理设施已投入使用，2个排水区的污水处理设施正在建设。
S102基础资料收集，包括A区域资料，B排水区资料、C污水处理系统资料等3部分；该城市共有41个污水处理厂和105个泵站，其中10个已投入使用的排水区中共有37个已建成投入使用的污水处理厂，某城市排水区污水处理设施基本情况如下表3所示。
表3：
Figure BDA0003827428550000121
上表3中，ASP(activated sludge process)表示活性污泥法，EA(extendedaeration)表示延长曝气，MBR(membrane bioreactor)表示膜生物反应器，SBR(sequentialbatch reactor)表示序批式反应器，ISBR(improved sequential batch reactor)表示改进的顺序间歇反应器，FBR(fluidized bed reactor)表示流化床反应器，BIOFOR(attachedgrowth biological filtration)表示附着生长生物过滤，OP(oxidation pond)表示氧化池。
由表3可知，2个正在建设的排水区中有4个正在建设的污水处理厂；污水收集管网共7550公里，包括7200公里地下管网和350公里地上明渠，污水在明渠中主要通过重力作用流向污水处理厂，经污水处理厂达标处理后排入某河流。该城市每天产生的生活污水量约为25.73亿升(25.73×106m3)，污水处理设施的污水处理设计能力约为22.85×106m3，实际污水处理量约为15.20×106m3。该城市污水收集率约30％，污水处理率约59％。
污水处理设施的运营资料包括污水处理厂的基本资料、进出水浓度、管网资料、电能消耗、污泥运输燃料消耗、化学药剂消耗等。
各污水处理厂的主要处理工艺为活性污泥法(ASP，activated sludge process)，以BOD计算，每天平均污染负荷约为270t/d，为了优化该区域污水处理厂的处理能力，各污水处理厂之间可以联合调度进而处理其他区域的污水。
污水收集管网的管径为250mm(毫米)到2500mm的钢筋混凝土管，不同类型管材长度如下表4所示。
表4：
排水区 顶管管径(mm) 顶管长度(km) 支管管径(mm) 支管长度(km)
D1 1400 60.11 750 999
D2 1900 55 900 1675
D3 1200 30 900 1504
D4 1400 8.5 900 870
D5 1000 3 450 542
D6 900 1 450 149
D7 750 10.2 250 302
D8 750 7 250 343
D9 900 5 450 245
D10 900 1 250 399
收集各排水区各污水处理设施的各项电气设备的相关指标数据，包括污水处理厂的数据和管网泵站数据；污水处理厂的电能能耗(EL)，可从污水处理厂的运行记录中收集相关数据并计算获得，通过污水处理厂主要电气设备的额定功率(P)、运行时间(T)和污水处理厂处理量(Q)等数据可计算得到污水处理厂的电能能耗，为得到相对客观科学的计算结果，设定运行时间(T)和污水处理厂处理量(Q)的数据值应取6个月及以上时段的平均值。
污水处理厂化学药剂使用量数据可通过污水处理厂的运行记录收集获得，主要为不同化学药就类型及各类化学药剂的使用量(wi)数据。
不同化学药剂制造过程中的单位能耗(Eci)和化学药剂中的碳含量(EFi)，可通过查阅文献获得，不同材料的密度、单位能耗和碳含量如下表5所示。
表5：
Figure BDA0003827428550000131
Figure BDA0003827428550000141
管网和污水处理厂的进出水BOD指标，用于计算散逸碳排放，每公里管网的BOD降解率为0.38mg/L，明渠的碳排放量是按照地下管网进行估算的，各排水区散逸碳排放数据如下表6所示。
表6：
Figure BDA0003827428550000142
S4污泥处置碳排放，主要为污泥运出厂外至污泥处置点之间过程的碳排放Gsludge，主要为污泥运输出厂所需运输工具燃料消耗的碳排放Gd，收集各排水区各污水处理厂污泥运输的燃料消耗数据，其中，空载车辆的燃油效率取12km/L，满载车辆的燃油效率取4km/L。污泥运输能耗主要为运输车辆的燃料能耗(Ed)，相关燃料使用量如燃油数据可从车辆使用记录或司机处收集获得，根据油电转换系数(CF)将燃料消耗量转换等效电能消耗量，将油电转换系数(CF)的值定为15.64kWh/L，同理，污水处理厂中其他燃料消耗也可根据油电转换系数转换为电能能耗进行碳排放计算；其中，污水处理厂污泥运输燃料消耗数据如下表7所示。
表7：
Figure BDA0003827428550000151
根据上述发明S1—S4步骤，计算各部分的能源消耗和碳排放；经计算，该目标城市污水处理设施的能源消耗总量约为450MWh/d，标准差约为21.17MWh/d，根据生命周期阶段划分，建设阶段的能源消耗占能源消耗总量的30％，运营阶段的能源消耗(电能、柴油和化学药剂)占能源消耗总量的70％，运营阶段的能源消耗中，79％是电能消耗，因此，电能能耗约占能源消耗总量的55％；根据收集处理全过程划分，污水收集能耗占能源消耗总量的45.3％，污水处理占能源消耗总量的54.7％，污水处理的能源消耗中，电能占65.5％，燃料占6.7％，材料占27.8％；其中，某城市污水处理设施能源消耗如下表8所示。
表8：
Figure BDA0003827428550000161
该目标城市污水处理设施的单位净能源消耗(总能源消耗减去沼气发电的能源)约为0.26kWh/m3，标准差为0.101kWh/m3，污水收集能源消耗强度为0.09kWh/m3，标准差为0.05kWh/m3，污水处理能源消耗强度为0.19kWh/m3，标准差为0.092kWh/m3；其中，该目标城市各排水区污水处理设施的单位能源消耗(单位：kWh/m3)如下表9所示。
表9：
Figure BDA0003827428550000162
S5碳排放汇总核算，包括S501污水处理系统碳排放核算、S502排水区碳排放核算和S503目标研究区域碳排放核算。
S501污水处理系统碳排放核算，是针对某个污水处理系统Ssewage，采用上述S2污水收集系统碳排放、S3污水处理系统碳排放和S4污泥处置系统碳排放等不同过程的碳排放计算方法，进行碳排放核算，计算得到污水处理系统x的碳排放总量Gsewage_x。
Figure BDA0003827428550000163
S502排水区碳排放核算，是对排水区内的若干个污水处理系统进行碳排放汇总计算，计算得到排水区m的碳排放总量Gdrain_m。
Figure BDA0003827428550000164
S503目标研究区域碳排放核算，是对目标研究区域内若干个排水区进行碳排放汇总计算，计算得到目标研究区域的碳排放总量Gurban。
Figure BDA0003827428550000171
根据计算结果，污水处理厂的平均碳排放量约为1.046kg CO2-eq/m3。管网中明渠的碳排放量为0.38kg CO2-eq/m3，地下管网的碳排放量为0.56kg CO2-eq/m3。因此，整个污水处理设施的平均碳排放量为1.426kg CO2-eq/m3，该城市不同排水区污水处理设施的碳排放如下表10所示。
表10：
排水区 污水收集过程 污水处理过程 合计 沼气发电的碳减排 净碳排放
D1 0.6996 0.3689 1.0685 0.08 0.9885
D2 0.9070 0.3958 1.3028 0.07 1.2328
D3 0.7030 0.4428 1.1458 0 1.1458
D4 0.7158 0.3120 1.0278 0.09 0.9378
D5 0.6438 0.3185 0.9623 0 0.9623
D6 0.6217 0.3639 0.9856 0 0.9856
D7 0.8003 0.6233 1.4235 0 1.4235
D8 0.5649 0.2881 0.8530 0 0.8530
D9 0.4993 0.3502 0.8496 0 0.8496
D10 0.5778 0.5068 1.0846 0 1.0846
实施例2
本实施例提供一种城镇污水处理设施碳排放量化评价装置，如图6所示，包括：
采集模块61，用于采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于上述管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于上述污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量。
具体的，将目标研究区域进行划分，生成排水区和污水处理设施；其中，上述排水区包括多个污水处理设施，污水处理设施包括污水处理厂和管网。
具体的，将城镇污水处理设施碳排放划分为2种类型，包括直接排放和间接排放，可以通过考虑相应过程的能源消耗(kWh/m3，千瓦时/立方米)所对应的温室气体间接排放(kg CO2eq/m3，千克二氧化碳当量/立方米)、相应过程的温室气体直接排放，以及相应的碳减排量进行计算；其中，先计算各项能源消耗，再计算相应的碳排放即，加上各个过程的温室气体排放，折算成碳排放，与相加汇总进行计算；其中，直接排放，是污水处理设施直接产生的温室气体排放，包括污水处理过程中的温室气体排放，以及生化处理过程中产生的沼气燃烧产生的温室气体排放；间接排放，是污水处理设施相关过程的能源消耗所对应的温室气体排放，主要为污水处理设施建设材料、运营所需的化学药剂等能耗的碳排放。
进一步地，温室气体间接排放，主要为不同过程的能源消耗所对应的温室气体排放，能源来源主要包括电能、燃料、建设材料、化学药剂等4种。
进一步地，不同过程的温室气体直接排放来源主要包括1种，即污水收集系统和污水处理系统的散逸碳排放；散逸碳排放根据管网有机物的降解率间接估算，具体估算步骤为：首先，选择一条管网，确定管网两端相邻的泵站；然后，监测每个泵站的BOD浓度值，设定需要连续取5个平行样以消除误差；最后，计算两个泵站之间BOD浓度值的差值(取样本平均值)除以管网长度，即为每公里管网的BOD降解率，其中，降解BOD的50％为温室气体排放，即散逸碳排放。
进一步地，不同过程的温室气体碳减排来源主要为污水处理厂运营生化处理产生沼气燃烧发电产生的碳排放，无论这些沼气是否直接用于发电，其中都含有一定的碳，因此作为碳排放项考虑；沼气发电产生的电能可纳入碳减排计算范围内考虑，并作为碳减排项。
第一确定模块62，用于基于上述管网收集碳排放量、上述污水处理碳排放量和上述污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量。
其中，上述污水处理碳排放总量的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000181
上式中，Gsewage_x表示(第i个污水处理设施)污水处理碳排放总量，Gpipe_i表示(第i个污水处理设施)管网收集碳排放量，Gplant_i表示(第i个污水处理设施)污水处理碳排放量，Gsludge_i表示(第i个污水处理设施)污泥处置碳排放量，Gpipe_construction_i表示(第i个污水处理设施)管网建设碳排放量，Gpipe_operation_i表示(第i个污水处理设施)管网运营碳排放量，Gplant_construction_i表示(第i个污水处理设施)污水处理厂建设碳排放量，Gplant_operation_i表示(第i个污水处理设施)污水处理厂运营碳排放量，Gsludge_i表示(第i个污水处理设施)污泥处置碳排放量。
第二确定模块63，用于基于上述污水处理碳排放总量确定排水区碳排放总量。
其中，是对排水区内的若干个污水处理设置进行碳排放汇总计算，排水区m的碳排放总量Gdrain_m的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000182
第三确定模块64，用于基于上述排水区碳排放总量确定目标研究区域碳排放总量。
其中，对目标研究区域内若干个排水区进行碳排放汇总计算，目标研究区域的碳排放总量Gurban的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000183
评价模块65，用于基于上述污水处理碳排放总量、上述排水区碳排放总量与上述目标研究区域碳排放总量对上述城镇污水处理设施碳排放进行评价。
其中，城镇污水处理设施碳排放进行评价主要基于质量平衡和生命周期理论模型开展碳排放评价，基于污水收集、污水处理和污泥处置全过程的温室气体排放进行碳排放计算，包括污水收集碳排放，污水处理碳排放，污泥处置碳排放，进而计算排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量，将污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量作为上述城镇污水处理设施碳排放的评价结果。
上述一种城镇污水处理设施碳排放量化评价装置，在传统污水处理厂碳排放的基础上，增加了对管网碳排放的量化评价，实现了对管网等污水收集设施的碳排放量化评价，并基于管网收集碳排放量、污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量，进而计算污水处理碳排放总量、排水区碳排放总量与目标研究区域碳排放总量，实现了从单个污水处理厂等污水处理设施、污水处理厂和管网等污水收集和处理设施、多个污水处理设施组成的污水处理系统，到区域污水处理系统等多层面碳排放的同时量化评价，进而实现了对城镇污水处理设施碳排放的量化评价。
优选地，上述采集模块61，包括：
第一确定子模块611，用于基于上述管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量。
第一计算子模块612，用于根据上述管网建设碳排放量与上述管网运营碳排放量计算上述管网收集碳排放量。
其中，管网收集碳排放量Gpipe的计算公式如下所示：
Gpipe＝Gpipe_construction+Gpipe_operation
上式中，Gpipe_construction表示管网建设碳排放量，Gpipe_operation表示管网运营碳排放量。
第二确定子模块613，用于基于上述污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量。
第二计算子模块614，用于根据上述污水处理厂建设碳排放量与上述污水处理厂运营碳排放量计算上述污水处理碳排放量。
其中，污水处理碳排放量Gplant的计算公式如下所示：
Gplant＝Gplant_construction+Gplant_operation
上式中，Gplant_construction表示污水处理厂建设碳排放量，Gplant_operation表示污水处理厂运营碳排放量。
第三确定子模块615，用于基于上述污水处理厂原始数据确定污泥运输工具燃料消耗碳排放量，将上述污泥运输工具燃料消耗碳排放量作为上述污泥处置碳排放量。
具体的，提取上述污水处理厂原始数据中的运输车辆行驶距离和运输车辆燃油效率，基于上述运输车辆行驶距离和上述运输车辆燃油效率确定上述污泥处置碳排放量。
进一步地，污泥处置碳排放量为污泥运出厂外至污泥处置点之间过程的碳排放量，主要为污泥运输出厂所需运输工具燃料消耗的碳排放Gd_sludge，污泥处置碳排放量Gsludge的计算公式如下所示：
Gsludge＝Gd_sludge
进一步地，污泥运输出厂所需运输工具燃料消耗的碳排放Gd_sludge(单位：kg
CO2eq/m3，千克二氧化碳当量/立方米)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000191
上式中，Ed_sludge表示燃料能源消耗，Di表示第i辆车每天行驶的总距离(km/d，千米/天)，Ei表示第i辆车的燃油效率(km/L，千米/升)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d，立方米/天)，2.9表示燃料碳排放的排放因子，即油耗的碳排放因子，单位为kg CO2/L(千克二氧化碳/升)。
优选地，上述第一确定子模块611，包括：
第一确定单元6111，用于提取上述管网原始数据中的管网建设材料消耗量和管网建设材料碳含量，并基于上述管网建设材料消耗量和上述管网建设材料碳含量确定上述管网建设碳排放量。
具体的，管网建设碳排放量Gpipe_construction，主要为管网建设所需材料的间接碳排放Gmt_pipe_construction，管网建设碳排放量Gpipe_construction的计算公式如下所示：
Gpipe_construction＝Gmt_pipe_construction
进一步地，管网建设所需材料的间接碳排放Gmt_pipe_construction的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000192
上式中，EFi_pipe_construction表示第i管网建设材料碳含量(kg/kg)，vi_pipe_construction表示第i种管网建设材料的体积(m3，立方米)，ρi_pipe_construction表示第i种管网建设材料的密度(kg/m3)，Ni_pipe_construction表示第i种管网建设材料的寿命(a，年)，F表示污水处理厂的设计处理能力(m3/a，立方米/年)。
第二确定单元6112，用于提取上述管网原始数据中的管网运行时间和管网电气设备额定功率，并基于上述管网运行时间与上述管网电气设备额定功率确定管网运营能源消耗间接排放量。
具体的，管网运营能源消耗间接排放量GL_pipe_operation的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000201
上式中，EL_pipe_operation表示管网电能能源消耗，Epi_pipe_operation表示第i台管网电气设备的单位用电量(kWh/m3)，pi_pipe_operation表示第i台管网电气设备的额定功率(kW)，Ti_pipe_operation表示第i管网运行时间(h/d，小时/天)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d)，0.81表示电能能源消耗的排放因子，单位为kg CO2/kWh，指用电造成的间接碳排放量。
第三确定单元6113，用于提取上述管网原始数据中的管网散逸直接排放量，基于上述管网运营能源消耗间接排放量和管网散逸直接排放量计算上述管网运营碳排放量。
具体的，管网运营碳排放量Gpipe_operation的计算公式如下所示：
Gpipe_operation＝GL_pipe_operation+Gfugitive_pipe_operation
上式中，Gfugitive_pipe_operation表示管网散逸直接排放量。
优选地，上述第二确定子模块613，包括：
第四确定单元6131，用于提取上述污水处理厂原始数据中的污水处理厂建设材料消耗量和污水处理厂建设材料碳含量，并基于上述污水处理厂建设材料消耗量和上述污水处理厂建设材料碳含量确定上述污水处理厂建设碳排放量。
具体的，污水处理厂建设碳排放量即污水处理厂建设过程中的碳排放Gplant_construction，主要为污水处理厂建设所需材料的间接碳排放Gmt_plant_construction，其表达式如下：
Gplant_construction＝Gmt_plant_construction
进一步地，污水处理厂建设所需材料的间接碳排放Gmt_plant_construction(kg CO2eq/m3)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000202
上式中，Camount表示污水处理厂建设材料消耗量，EFi_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料碳含量(kg/kg)，vi_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料的体积(m3)，ρi_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料的密度(kg/m3)，Ni_plant_construction表示第i种污水处理厂建设材料的寿命(a)，F表示污水处理厂的设计处理能力(m3/a)。
另外，污水处理厂建设材料能源消耗Emt_plant_construction的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000211
上式中，Emi_plant_construction表示第i种建设材料制造过程中的单位能耗(kWh/kg)。
第五确定单元6132，用于提取上述污水处理厂原始数据中的污水处理厂电气设备运行时间、污水处理厂电气设备额定功率与污水处理厂日处理量，并基于上述污水处理厂电气设备运行时间、上述污水处理厂电气设备额定功率与上述污水处理厂日处理量确定污水处理厂运营能源消耗间接排放量。
具体的，污水处理厂运营能源消耗间接排放量GL_plant_operation(kg CO2eq/m3)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000212
上式中，EL_plant_operation表示电能能源消耗，Epi_plant_operation表示第i台污水处理厂电气设备的单位用电量(kWh/m3)，pi表示第i台污水处理厂电气设备的额定功率(kW)，Ti表示第i台污水处理厂电气设备的运行时间(h/d，小时/天)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d)，0.81表示电能能源消耗的排放因子，单位为kg CO2/kWh，指用电造成的间接碳排放量。
第六确定单元6133，用于提取上述污水处理厂原始数据中的化学药剂碳含量和化学药剂消耗量，基于上述化学药剂碳含量、上述化学药剂消耗量与上述污水处理厂日处理量确定化学药剂消耗间接排放量。
具体的，化学药剂消耗间接排放量Gch_plant_operation(kg CO2eq/m3)的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000213
上式中，Cch表示化学药剂消耗量，wi表示第i种化学药剂的消耗量(kg/d)，Q表示污水处理厂日处理量(m3/d)，EFi_plant_operation表示第i种化学药品的化学药剂碳含量(kg/kg)。
进一步地，化学药剂能源消耗主要为污水处理设施(主要为污水处理厂)运营所需化学药剂的能源消耗，污水处理设施运营所需化学药剂的能源消耗Ech_plant_operation的计算公式如下所示：
Figure BDA0003827428550000214
上式中，Eci_plant_operation表示第i种化学药剂的单位能耗(kWh/kg)。
第七确定单元6134，用于提取上述污水处理厂原始数据中的沼气燃烧发电碳减排量和污水处理厂散逸直接排放量，基于上述污水处理厂运营能源消耗间接排放量、上述化学药剂消耗间接排放量、上述沼气燃烧发电碳减排量和上述污水处理厂散逸直接排放量计算上述污水处理厂运营碳排放量。
其中，污水处理厂运营碳排放量Gplant_operation的计算公式如下所示：
Gplant_operation＝GL_plant_operation+Gch_plant_operation+Gbiogas_plant_operation+Gfugitive_plant_operation
上式中，Gbiogas_plant_operation表示沼气燃烧发电碳减排量，Gfugitive_plant_operation表示污水处理厂散逸直接排放量。
实施例3
本实施例提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，处理器用于读取存储器中存储的指令，以执行上述任意方法实施例中的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
实施例4
本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，其特征在于，包括：
采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于所述管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于所述污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量；
基于所述管网收集碳排放量、所述污水处理碳排放量和所述污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量；
基于所述污水处理碳排放总量确定排水区碳排放总量；
基于所述排水区碳排放总量确定目标研究区域碳排放总量；
基于所述污水处理碳排放总量、所述排水区碳排放总量与所述目标研究区域碳排放总量对所述城镇污水处理设施碳排放进行评价。
2.根据权利要求1所述的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，其特征在于，所述基于所述管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于所述污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量，包括：
基于所述管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量；
根据所述管网建设碳排放量与所述管网运营碳排放量计算所述管网收集碳排放量；
基于所述污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量；
根据所述污水处理厂建设碳排放量与所述污水处理厂运营碳排放量计算所述污水处理碳排放量；
基于所述污水处理厂原始数据确定污泥运输工具燃料消耗碳排放量，将所述污泥运输工具燃料消耗碳排放量作为所述污泥处置碳排放量。
3.根据权利要求2所述的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，其特征在于，所述基于所述管网原始数据确定管网建设碳排放量与管网运营碳排放量，包括：
提取所述管网原始数据中的管网建设材料消耗量和管网建设材料碳含量，并基于所述管网建设材料消耗量和所述管网建设材料碳含量确定所述管网建设碳排放量；
提取所述管网原始数据中的管网运行时间和管网电气设备额定功率，并基于所述管网运行时间与所述管网电气设备额定功率确定管网运营能源消耗间接排放量；
提取所述管网原始数据中的管网散逸直接排放量，基于所述管网运营能源消耗间接排放量和管网散逸直接排放量计算所述管网运营碳排放量。
4.根据权利要求2所述的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，其特征在于，所述基于所述污水处理厂原始数据确定污水处理厂建设碳排放量与污水处理厂运营碳排放量，包括：
提取所述污水处理厂原始数据中的污水处理厂建设材料消耗量和污水处理厂建设材料碳含量，并基于所述污水处理厂建设材料消耗量和所述污水处理厂建设材料碳含量确定所述污水处理厂建设碳排放量；
提取所述污水处理厂原始数据中的污水处理厂电气设备运行时间、污水处理厂电气设备额定功率与污水处理厂日处理量，并基于所述污水处理厂电气设备运行时间、所述污水处理厂电气设备额定功率与所述污水处理厂日处理量确定污水处理厂运营能源消耗间接排放量；
提取所述污水处理厂原始数据中的化学药剂碳含量和化学药剂消耗量，基于所述化学药剂碳含量、所述化学药剂消耗量与所述污水处理厂日处理量确定化学药剂消耗间接排放量；
提取所述污水处理厂原始数据中的沼气燃烧发电碳减排量和污水处理厂散逸直接排放量，基于所述污水处理厂运营能源消耗间接排放量、所述化学药剂消耗间接排放量、所述沼气燃烧发电碳减排量和所述污水处理厂散逸直接排放量计算所述污水处理厂运营碳排放量。
5.根据权利要求2所述的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，其特征在于，所述基于所述污水处理厂原始数据确定污泥运输工具燃料消耗碳排放量，将所述污泥运输工具燃料消耗碳排放量作为所述污泥处置碳排放量，包括：
提取所述污水处理厂原始数据中的运输车辆行驶距离和运输车辆燃油效率，基于所述运输车辆行驶距离和所述运输车辆燃油效率确定所述污泥处置碳排放量。
6.根据权利要求1所述的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，其特征在于，所述基于所述管网收集碳排放量、所述污水处理碳排放量和所述污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量，其中，所述污水处理碳排放总量的计算公式如下所示：
Figure FDA0003827428540000021
上式中，Gsewage_x表示污水处理碳排放总量，Gpipe_i表示管网收集碳排放量，Gplant_i表示污水处理碳排放量，Gsludge_i表示污泥处置碳排放量。
7.根据权利要求1所述的一种城镇污水处理设施碳排放量化评价方法，其特征在于，在采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于所述管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于所述污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量前，还包括：
将目标研究区域进行划分，生成排水区和污水处理设施；其中，所述排水区包括多个污水处理设施，污水处理设施包括污水处理厂和管网。
8.一种城镇污水处理设施碳排放量化评价装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集管网原始数据和污水处理厂原始数据，基于所述管网原始数据确定管网收集碳排放量，并基于所述污水处理厂原始数据确定污水处理碳排放量和污泥处置碳排放量；
第一确定模块，用于基于所述管网收集碳排放量、所述污水处理碳排放量和所述污泥处置碳排放量确定污水处理碳排放总量；
第二确定模块，用于基于所述污水处理碳排放总量确定排水区碳排放总量；
第三确定模块，用于基于所述排水区碳排放总量确定目标研究区域碳排放总量；
评价模块，用于基于所述污水处理碳排放总量、所述排水区碳排放总量与所述目标研究区域碳排放总量对所述城镇污水处理设施碳排放进行评价。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器被配置用于调用所述计算机程序，执行如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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