[ «МОНИТОРИНГ И СОКРАЩЕНИЕ УГЛЕРОДНОГО СЛЕДА РОССИЙСКИХ ВОДОКАНАЛОВ МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО СЛЕДА СООРУЖЕНИЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Бегак М. В., Гусева Т. В., Молчанова Я. П., Аверочкин Е. М., Сагайдук В. Л. Москва ...»
Таблица 8 – Расчет выбросов парниковых газов при сжигании топлива или отходов Сожженное топливо опреде- Средняя низшая теплотвор- Коэффициент выбросов Выбросы парниковых Если на площадке сжигается несколько видов ископаемого топлива или отходов, то величина выбросов парниковых газов рассчитывается в колонке 4 для каждого вида топлива отдельно, а потом полученные величины суммируются.
Величины теплотворных способностей различных видов топлив, а также коэффициенты выбросов CO2 могут быть найдены во многих источниках. В таблице 9 приведены, в частности, данные из материалов Соглашения мэров 44, объединяющих более 4000 городов, и заключенного в интересах устойчивой энергетики. Большинство материалов приведено, в том числе, и на русском языке. Все данные соответствуют материалам МГЭИК 2006 года. В таблице 8 приведены величины коэффициентов теплотворных способностей и коэффициентов выбросов CO2 для наиболее распространенных видов топлив. В последней колонке таблицы 9 представлены величины коэффициентов выбросов CO2, выраженные в т CO2/МВт ч. Напомним, что 1 МВт ч = 3,6 ГДж.
Для остальных видов топлив данные коэффициенты приведены в Пособии по разработке плана действий по устойчивому энергетическому развитию 45.
В зависимости от состава, низшая теплотворная способность природного газа составляет обычно 0,034-0,036 ГДж/м3.
В том случае, если для топлива неизвестно табличное значение средней низшей теплотворной способности, но известен химический состав топлива, величина коэффициента выбросов CO определяется по уравнениям (24a–24b) раздела 2.
Величина средней массовой доли углерода в иловом осадке по данным МГЭИК 2006 46 составляет 40 %–50 %. Но по другим литературным данным 47 эта величина может изменяться от 44 % http://www.soglasheniemerov.eu/about/covenant-of-mayors_ru.html http://www.eumayors.eu/IMG/pdf/guidebook_part2_ru_seapcorrection-rus.pdf 46 Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК, 2006. Том 5. Инсинерация и открытое сжигание отходов. http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/russian/pdf/5_Volume5/V5_5_Ch5_IOB.pdf до 76 % (по сухому веществу). В цитированной выше работе ФГУП «НИИ Атмосфера»41 величина средней массовой доли углерода в иловом осадке (пересчитанная по данным таблицы 9) принята равной 75 %. В работе ФГУП «НИИ Атмосфера» выбросы углекислоты вследствие сжигания осадка включаются в расчет углеродного следа, что является методически неверным.
Таблица 9 – Значения средних низших теплотворных способностей и коэффициентов выбросов CO2 для ряда топлив Твердые коммунальные отходы (не биомасса) Шаг 2.2. Тепло приобретается у отдельного источника В том случае, если потребность в тепле удовлетворяется за счет приобретения у отдельного источника (например, котельной или ТЭЦ), расчет выбросов парниковых газов должен включать потери при транспортировке тепла.
В том случае, когда тепло поставляется от котельной, расположенной за пределами производственной площадки, расчет выбросов парниковых газов производится по схеме, представленной в таблице 10.
Коэффициенты выбросов CO2 для топлива, используемого в котельной (таблица 10, колонка 2), приведены в таблице 9.
Коэффициент потерь тепла в сети (таблица 10, колонка 4) определяется в долях единицы и представляет собой отношение потерь в тепловой сети к величине потребленного тепла. Он 47 Седова, Е. А. Эколого-энергетические аспекты использования осадка сточных вод / Е. А. Седова // Научный поиск.
Технические науки: материалы третьей науч. конф. аспирантов и докторантов / отв. за вып. С. Д. Ваулин ; Юж.-Урал.
гос. ун-т.- Челябинск : Издательский центр ЮУрГУ, 2011.- Т. 1.- С. 74-78.- Библиогр.: с. 78 (4 назв.) http://dspace.susu.ac.ru/bitstream/handle/0001.74/1199/20.pdf?sequence= 48 «Инвентаризация выбросов парниковых газов на ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», ФГУП «НИИ Атмосфера», Санкт-Петербург, 2007 год зависит от многих факторов, в том числе таких, как региональные особенности климата, расстояние котельной от потребителя, конструктивные особенности трассы теплоснабжения и др.
По данным работы49 тепловые потери в тепловых сетях в России могут достигать 40 %.
Таблица 10 – Расчет выбросов парниковых газов при импорте тепла, произведенного в котельной, расположенной за пределами производственной площадки, при известном КПД котельной и коэффициенте потерь тепла в сети Для наших целей приемлемым приближением при определении коэффициента потерь тепла в на тепловом узле производственной площадки ( ) и температуры теплоносителя на выходе сети является его расчет с использованием измеренной величины температуры теплоносителя из котельной ( ). Коэффициент потерь тепла в сети в этом случае определяется как:
отношением = ° + 273,15.
Напомним, что температура в кельвинах (T) и температура в градусах Цельсия (t°C) связаны соВ этом случае, для расчетов используется таблица 10a.
Таблица 10а – Расчет выбросов парниковых газов при импорте тепла, произведенного в котельной, расположенной за пределами производственной площадки, при известных КПД котельной и температурах теплоносителя на выходе из котельной и на входе на производственную площадку Коэффициент полезного действия котельной (таблицы 10–10a, колонка 3) необходимо запросить у руководства котельной. Подчеркнем, что КПД котельной не следует путать с КПД котла, который может быть очень высоким.
Ориентировочные значения КПД современных котельных приведены в таблице 11 50.
Таблица 11 – Ориентировочные значения КПД современных котельных Е. Г. Гашо, В. С. Пузаков Современные реалии в сфере теплоснабжения [Электронный ресурс] http://solexun.ru/sites/solex-un/files/energo_review/konsolidirovannyy_obzor_--problemy_effektivnogo_teplosnabzheniya--.pdf 50 Информационная система по теплоснабжению [Электронный ресурс] http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id= В том случае, если теплоснабжение осуществляется от ТЭЦ, производящей и тепло, и электроэнергию, расчет выбросов парниковых газов производится по схеме, представленной в таблице 12.
Таблица 12 – Расчет выбросов парниковых газов при импорте тепла, произведенного на ТЭЦ, расположенной за пределами производственной площадки, при известном КПД ТЭЦ по теплу и электроэнергии и коэффициенте потерь тепла в сети Для расчетов по таблице 12 необходимо запросить у менеджмента ТЭЦ величины КПД по тепловой и электрической энергии. Эти цифры должны быть известны. В том случае, если коэффициент потерь тепла в сети неизвестен, расчеты проводятся в таблице 12a, где потери тепла определяются по падению температур теплоносителя.
Таблица 12a – Расчет выбросов парниковых газов при покупке тепла, генерированного ТЭЦ, расположенной за пределами производственной площадки, известном КПД ТЭЦ по теплу и электроэнергии и известных температурах теплоносителя на выходе из ТЭЦ и на входе на производственную площадку ТЭЦ в течение веденное на ТЭЦ в Если для производства тепла используется несколько видов топлива, то расчеты по схемам таблиц 10, 10a и 12, 12a проводятся столько раз, сколько видов топлива используется в течение года. Затем результаты в последних колонках таблиц суммируются.
Шаг 3. Углеродный след, обусловленный использованием автомобильного транспорта Использование автомобильного транспорта на сооружениях очистки сточных вод, главным образом, связано с транспортировкой илового осадка. Наибольший воздействие вклад в парниковый эффект, в данном случае, оказывают выбросы углекислого газа, которые определяются по схеме, представленной в Таблице 13.
Таблица 13 – Расчет выбросов парниковых газов при транспортировке илового осадка однотипным транспортным средством однотипного ки илового осадка требление способность выбросов CO2 транспортировке транспортного одним транспорт- топлива транс- топлива для автомобиль- илового осадка В том случае, если весь иловый осадок транспортируется однотипными транспортными средствами, число поездок (A) определяется делением всей массы осадка, произведенного на площадке и предназначенного к вывозу в течение года на грузоподъемность транспортного средства. В том случае, если используются транспортные средства разной грузоподъемности и работающие на разном топливе, для определения углеродного следа необходимо вести раздельный учет поездок транспортных средств каждого типа. Тогда расчеты по таблице 13 проводятся для каждого транспортного средства и вида топлива, а затем результаты, полученные в столбцах 6, суммируются.
Величина удельного потребления топлива (таблица 13, столбец 3) определяется по паспорту транспортного средства или экспериментально. Последнее является более точным для целей определения углеродного следа.
Значения средней низшей теплотворной способности автомобильного топлива (столбец 4) и коэффициента выбросов СО2 (столбец 5) приведены в таблице 8.
Углеродный след будет определен более точно, если учитываются все автотранспортные перевозки. Сюда могут быть включены автомобильные перевозки используемых на КОС реагентов, перевозки служебным автотранспортом сотрудников предприятия. Для этой цели необходимо вести на предприятии учет потребленного автомобильного топлива отдельно по каждой категории топлива. Схема расчета выглядит следующим образом (см. Таблицу 14).
Таблица 14 – Расчет выбросов парниковых газов от использования автомобильного транспорта на предприятии Расчет по таблице 14 производится для каждого вида топлива, а затем результаты, полученные в столбцах 4, суммируются.
Шаг 4. Углеродный след, обусловленный выбросами метана при очистке сточных вод Выбросы метана при очистке сточных вод происходят на тех участках очистных сооружений, где создаются анаэробные условия. Такими участками могут быть глубокие первичные отстойники и анаэробные зоны в аэротенках.
В аэротенках метан генерируется только в тех случаях, когда очистные сооружения перегружены, либо когда процесс очистки плохо управляется. В подобных условиях может происходить загнивание ила с выделением метана.
Кроме того, в очищенной сточной воде, которая поступает в принимающий водный объект, в остаточных количествах содержатся органические вещества. Эти вещества могут, в зависимости от свойств принимающего водного объекта, подвергаться анаэробному загниванию с выделением метана. Этот компонент углеродного следа будем относить «на счет» КОС в том случае, если сточные воды не были очищены до нормативных значений и сброшены в водные объекты.
Величиной, определяющей выбросы метана в принимаемой методологии МГЭИК, является изменение содержания органических веществ в сточной воде. Иными словами изменение химического потребления кислорода ХПК или биологического потребления кислорода БПК в пределах рассматриваемой зоны водного объекта.
Шаг 4.1. Первичные отстойники Выбросы метана в анаэробной зоне (для наших условий будем полагать, что это первичные отстойники) рассчитываются с использованием уравнения 3 раздела 2.1. Для проведения расчетов следует определить коэффициент конверсии для метана, показывающий часть органического вещества (в долях единицы), которая будет преобразована в метан. Коэффициент зависит, в том числе, от конструкции очистных сооружений. Рекомендации МГЭИК для упрощенного варианта расчетов следующие:
Таблица 15 – Значения коэффициента конверсии метана (упрощенный вариант) Таблица 15a – Расчет выбросов метана при очистке сточных вод в анаэробных условиях (упрощенный вариант) Изменение величины концен- Объем сточных вод прохов анаэробных условиях (т CO2-экв.) трации ХПК в зоне анаэробной дящих через зону анаэробочистки за год ной очистки за год При глубине анаэробно- При глубине анаэробнот/м3) (м3) го отстойника менее 2 м го отстойника более 2 м Более точно величину коэффициента конверсии метана можно определить, учитывая среднюю температуру сточной воды в анаэробной зоне, поскольку активность метаногенных бактерий зависит от температуры и «степень анаэробности», которая зависит от глубины отстойника. Тагде — температурный фактор конверсии метана, а — фактор, зависящий от ким образом, коэффициент конверсии метана можно представит в виде произведения:
глубины отстойника.
Расчет температурного фактора конверсии метана проводится в столбцах (4-5) таблицы 16, используя уравнения (5–6) раздела 2.
ника более 5 м величина принимается равной 0,7, при глубине от 1 до 5 м — = 0,5, при Методология МГЭИК для учета фактора глубины отстойника рекомендует: при глубине отстойглубине менее 1 м — = 0. Однако, учитывая приведенные в разделе 2.3, уточненные эксдля «промежуточной» глубины — = 0,6, а для мелких отстойников — = 0,02.
периментальные значения, мы рекомендуем для глубоких отстойников взять величину Эти величины приведены в столбце 7 таблицы 16.
Максимальный удельный выход метана при распаде органических соединений (по ХПК) в сточной воде — численное значение максимального количества метана, которое будет образовано при заданном уменьшении ХПК. Теоретические выкладки (раздел 2.1.1) и данные экспериментов (раздел 2.3) свидетельствуют о том, что в качестве этого параметра может быть принято соотношение, равное O,25 т CH4/т ХПК (столбец 9, таблица 16).
Теперь расчет выбросов метана можно провести в таблице 16, используя уравнение (3) раздела 2.1.1.
Таблица 16 – Расчет выбросов метана при очистке сточных вод в анаэробных условиях (первичный отстойник) Таблица 16 (продолжение 1) – Расчет выбросов метана при очистке сточных вод в анаэробных условиях (первичный отстойник) Таблица 16 (продолжение 2) – Расчет выбросов метана при очистке сточных вод в анаэробных условиях (первичный отстойник) Месяц Максимальный удельный выход Потенциал глобально- Выбросы метана при очистке сточных Шаг 4.2. Аэробная очистка Выбросы метана в аэробных зонах зависят от стабильности работы очистных сооружений. Если колебания нагрузки на сооружениях происходят ежедневно, то методология МГЭИК рекомендует производить ежедневные измерения величин ХПК на входе и выходе из аэробных зон (уравнение 13). Если очистные сооружения работают стабильно, можно даже ограничиться подекадными измерениями или ежемесячными. Приведем расчетную схему для подекадных измерений.
В качестве параметра, определяющего перегрузку очистных сооружений, используется величина эффективности очистки по ХПК, — соотношение между количествами органического вещества, окисленного в аэробной зоне и поступившего в аэробную зону в течение декады (уравнение 14).
Далее расчет выбросов метана осуществляется по схеме, приведенной в таблице 17.
Таблица 17 – Расчет выбросов метана при очистке сточных вод при очистке сточных вод в аэробных условиях величина ХПК на вхо- величина ХПК на вы- Эффективность очи- Выбор пути дальней- очистке сточных вод в де в аэробную зону ходе из аэробной зоны стки по ХПК шего расчета аэробных условиях Шаг 4.3. Упрощенный вариант расчета выбросов метана при очистке сточных вод на биологических очистных сооружениях В том случае, если данные по изменению ХПК после первичных отстойников отсутствуют, выбросы метана, вызванные процессом очистки сточных вод, можно определить по упрощенной схеме. Расчеты выполняются по схеме таблицы 17a.
Таблица 17a – Расчет выбросов метана при биологической очистке сточных вод (упрощенный вариант) Изменение вели- Объем сточных чины концентра- вод проходящих Нормально ра- Очистные соору- Выбросы метана при * – в методологии МГЭИК-2006 диапазон изменения коэффициента для аэробных очистных сооружений составляет 0–0,1. Однако эксперты МГЭИК считают, что для хорошо работающих очистных сооружений выбросы метана незначительны; коэффициент следует принимать равным нулю. Ориентиром при выборе оценки «хорошо» или «плохо» может служить величина коэффициента окисления, определенная по величинам ХПК на входе и выходе с очистных сооружений (см. Шаг 4.2) Шаг 5. Углеродный след, обусловленный выбросами парниковых газов при утилизации осадка сточных вод Осадок сточных вод может утилизироваться разными способами: размещаться на полигоне, сжигаться, использоваться для производства биогаза в метантенках.
Шаг 5.1. Сжигание илового осадка Для сжигаемого илового осадка расчет выбросов парниковых газов не производится. Полученная от сжигания осадка тепловая или электрическая энергия вычитается их общих энергетических потребностей предприятия КОС.
Шаг 5.2. Размещение осадка на полигоне или иловой площадке Определяющим параметром в данном случае является коэффициент конверсии метана, зависящий от конструкции полигона, на котором размещается осадок. Рекомендации МГЭИК приведены в таблице 18.
Таблица 18 – Значения величины коэффициента конверсии метана в зависимости от условий размещения илового осадка Анаэробные контролируемые полигоны для размещения твердых отходов. В данном 1, случае существенным является контролируемое размещение осадка на полигоне с регулированием вымывания и пожаров. Такой полигон должен обладать одним из следующих признаков: покрытие грунтом или иным инертным материалом, механическое уплотнение, выравнивание отходов.
Полу-анаэробные контролируемые полигоны для размещения твердых отходов. Это 0, также контролируемое размещение осадка на полигоне. Такой полигон должен обладать одним из следующих признаков: покрытие проницаемым материалом, система дренажа фильтрата, регулируемая вместимость, система вентиляции свалочных газов.
Неконтролируемые полигоны для размещения твердых отходов (глубокие и/или с вы- 0, соким уровнем грунтовых вод). Это относится к таким полигонам, которые не отвечают приведенным выше критериям контролируемых полигонов и имеют глубину более 5 м и/или высокий уровень грунтовых вод. Например, это относится к случаям, когда отходами заполняют обводненный карьер, пруд или болото.
Неконтролируемые полигоны для размещения твердых отходов. Это относится ко всем 0, остальным полигонам, которые не отвечают приведенным выше критериям контролируемых полигонов и имеют глубину менее 5 м. К этой категории относятся также иловые площадки с естественным и искусственным основанием.
Неглубокие полигоны для размещения твердых отходов. Это относится ко всем поли- 0, гонам, не попадающим под перечисленные категории.
После выбора величины коэффициента конверсии метана выбросы метана при размещении осадка на полигоне рассчитываются по схеме, приведенной в таблице 19.
Таблица 19 – Расчет выбросов парниковых газов при размещении илового осадка на полигоне му веществу) (т) таблицы 18) В столбец 3 подставляется разлагаемая органическая часть сухого осадка (в долях единицы).
Рекомендованные МГЭИК значения составляют: 0,5 для илового осадка хозяйственно-бытовых сточных вод и 0,257 для промышленных сточных вод. Для конкретных очистных сооружений эти данные могут быть уточнены.
В столбец 4 подставляется доля разлагаемого органического вещества, превращенного в биогаз. Рекомендованное МГЭИК значение составляет 0,5.
В столбец 5 подставляется доля метана в биогазе. Рекомендованное МГЭИК значение составляет 0,5. Фактически, по данным [15], доля метана в биогазе выше и составляет 0,6–0,75.
Шаг 5.3. Обработка илового осадка в новом метантенке Выбросы парниковых газов при обработке илового осадка в метантенке рассчитываются по схеме, приведенной в таблице 19. Речь идет об утечках метана из нового метантенка, для которого можно ввести понятие «нормативной утечки». МГЭИК рекомендует величину равную 0,05 м3 биогаза, уходящего в атмосферу, на 1 м3 произведенного биогаза. Понятно, что у метантенка, долгое время находившегося в эксплуатации, эта величина будет иной и должна определяться экспериментально.
В случае обработки осадка в метантенке и последующего сжигания биогаза для получения тепловой или электрической энергии возможными источниками метана являются утечки последнего из метантенка и трубопроводов и неполное сгорание метана. Последним фактором обычно пренебрегают. Для утечек метана из метантенка применим уравнение (12b):
Таблица 20 – Расчет выбросов ПГ при обработке илового осадка в новом метантенке Количество биогаза, соб- Доля биогаза, который ухо- Массовая доля метана Выбросы ПГ при обработке ранное на выходе из ме- дит в атмосферу из метан- в биогазе (в долях илового осадка в новом метантантенка в год (м3) тенка (в долях единицы) единицы) тенке (т CO2-экв.) Массовая доля метана в биогазе (столбец 3 таблицы 20) принимается по экспериментальным данным. Если такие данные отсутствуют, рекомендуется для осадка общесплавных очистных сооружений принимать данную величину C = 0,6.
Шаг 5.4. Выбросы закиси азота при захоронении сырого осадка в почве или его размещении на полигоне В том случае, если иловый осадок высушивается при контролируемых аэробных условиях, и затем размещается на полигоне или перерабатывается в новом анаэробном метантенке, обезвоживается, известкуется и хранится до окончательного размещения на полигоне, выбросы закиси азота можно не учитывать в силу их незначительности.
В том случае если сырой осадок вносится в почву или размещается на необорудованном полигоне, выбросы закиси азота (N2O) рассчитываются по уравнению (18) в таблице 21.
Таблица 21 – Расчет выбросов закиси азота при внесении илового осадка в почву или размещении на необорудованном полигоне Величина массовой доли азота в иловом осадке (столбец 2) определяется в результате химического анализа осадка. Величина коэффициента конверсии (столбец 3) принята, исходя из величины конверсии по полному азоту, определяемому по Кьельдалю (0,01 т N2O-N/т N) по рекомендации МГЭИК (см. раздел 2.1.2), умноженному на 44/28 —величину, обратную массовой доле азота в N20.
Шаг 6. Углеродный след, обусловленный выбросами закиси азота в процессе очистки сточных вод В методологии МГЭИК компонента углеродного следа, связанная с выбросами закиси азота при очистке сточных вод, не определяется. Для расчета этого компонента воспользуемся уравтальных данных, приведенных в разделе 2.3, равным 2/ = 0,013 кг N2 O N/N.
нением (32) раздела 2.2, а коэффициент конверсии N2O определим, исходя из эксперименРасчеты производятся по схеме, представленной в таблице 22.
Таблица 22 – Расчет выбросов закиси азота в процессе очистки сточных вод Коэффициент конверсии N2O, нормированный на величину удаленного азота (г N, поступившего в атмосферу, на г удаленного N) по результатам раздела 2.3 принят равным 0,013 г N/г N.
Потенциал глобального потепления для N2O принят равным 298.
Шаг 7. Углеродный след, обусловленный выбросами метана при попадании в водный объект недостаточно очищенных сточных вод В том случае, если очистные сооружения сбрасывают в принимающий водный объект недостаточно очищенные по ХПК сточные воды, выбросы метана вследствие попадания в водный объект очищенной сточной воды с остаточным содержанием органических веществ быть отнесены к углеродному следу предприятия КОС. Расчет выбросов метана в данном случае производится с помощью уравнений (15-17) и сводится к схеме таблицы 23, практически идентичной таблице 16.
при глубине водного объекта более 5 м величина принимается равной 0,7, при глубине от Методология МГЭИК для учета фактора глубины принимающего водного объекта рекомендует:
до 5 м — = 0,5, при глубине менее 1 м — = 0. Однако, учитывая приведенные в разделе тов взять величину = 0,9, для «промежуточной» глубины — = 0,6, а для мелких водных 2.3, уточненные экспериментальные значения, мы рекомендуем для глубоких водных объекобъектов — = 0,02.
Таблица 23 – Расчет выбросов метана при попадании в водный объект недостаточно очищенных сточных вод Таблица 23 (продолжение 1) – Расчет выбросов метана при попадании в водный объект недостаточно очищенных сточных вод По окончании пошагового расчета компонентов углеродного следа они суммируются с учетом того, какие способы очистки сточных вод и утилизации илового осадка применяются на конкретном предприятии КОС.
Шаг 8. Углеродный след, обусловленный использованием реагентов и расходных материалов при очистке сточных вод Процесс очистки сточных вод, как правило, сопровождается использованием различного рода химических реагентов и расходных материалов. Среди них наиболее часто используются следующие: метанол, известь, песок, полимеры, сульфаты железа и алюминия.
Каждое из этих веществ было произведено с определенными энергетическими затратами и, затем, транспортировано от места производства на предприятие КОС.
Как уже указывалось выше, возможны два подхода к учету данной компоненты углеродного следа. Подход первый заключается в полной оценке углеродного следа продукта, включая углеродный след производства и углеродный след транспортировки и включения суммарного следа в углеродный след предприятия КОС. При втором подходе «в зачет» предприятия КОС идет только углеродный след транспортировки продукта. При этом предполагается, что углеродный след производства химических реагентов уже был включен в общий углеродный след региона, где продукт был произведен.
Мы рекомендуем использовать второй подход, и выбирать поставщиков реагентов и расходных материалов не только ориентируясь на предлагаемую цену, но и на расстояние и способ транспортировки. Для выбора и оценки углеродного следа транспортного средства можно воспользоваться одним из калькуляторов углеродного следа. В частности, хороший калькулятор с многоязычным (включая русский) интерфейсом расположен по адресу http://calculator.carbonfootprint.com/calculator.aspx Но при проведении сравнений различных предприятий КОС по величине углеродного следа следует знать, какие компоненты УС включены в расчет. В том случае, если УС производства реагентов учитываются при проведении бенчмаркинга, нужно, по меньшей мере, знать, велика ли это доля в общем углеродном следе. Кроме того, если при выборе реагентов имеются альтернативы, то будет полезным сравнить различные вещества и по величине углеродного следа.
Приведем (по зарубежным данным) величины энергетических затрат и углеродного следа ряда реагентов, использующихся при очистке сточных вод.
Известь. По данным, приведенным в Справочном документе по наилучшим доступным технологиям (НДТ) производства цемента, оксида магния и извести 51, а также в Четвертом отчете по оценке изменения климата 2007 года 52, энергопотребление при производстве извести составляет в Европе от 3,6 до 7,7 ГДж на тонну продукции, а в Канаде — 7,2 ГДж/т. При этом, связанные с энергетикой выбросы парниковых газов составляют от 0,2 до 0,4 т CO2-экв./т извести. Выбросы парниковых газов, связанные с химическим процессом производства извести в Европе составляют 0,8 т CO2-экв./т извести. Суммируя эти величины, получаем для Европы величину углеродного следа равной 1,0 – 1,2 т CO2-экв./т извести.
Метанол. По данным Института метанола (США) 53, углеродный след производства метанола на заводах, построенных в начале 2000-х годов, составлял 0,9–1,0 т CO2-экв./т метанола. На современных заводах эту величину удалось сократить до 0,54 т CO2-экв./т метанола.
Сульфат алюминия. По приведенным в статье 54 данным величина углеродного следа сульфата алюминия незначительна и составляет, включая добычу бокситов, 0,12–0,15 т CO2экв./т сульфата алюминия.
Справочный документ по наилучшим доступным технологиям производства цемента, оксида магния и извести.
2009 год (русский перевод) http://14000.ru/brefs/BREF_Cement.pdf 52 Climate Change 2007: Working Group III: Mitigation of Climate Change. 7.4.5.2 Lime [Электронный ресурс] http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg3/en/ch7s7-4-5-2.html 53 Improving Methanol Production Efficiency and Reducing Carbon Dioxide Emissions [Электронный ресурс] http://www.methanol.org/Methanol-Basics/Resources/Improving-Methanol-Production-Efficiency.aspx 54Coats, Erik R. Watkins, David L., Kranenburg, Dan. A Comparative Environmental Life-Cycle Analysis for Removing Phosphorus from Wastewater: Biological versus Physical/Chemical Processes // Water Environment Research, 2011. Vol. 83. # 8.
P. 750-760. http://www.webs1.uidaho.edu/ecoats/Coats-WER-2011b.pdf 4. Мониторинг параметров, необходимых для расчета углеродного следа очистных сооружений Для ежегодного определения величины углеродного следа необходимо в течение года собирать информацию о тех аспектах деятельности предприятия, которые влияют на величину углеродного следа. В этом разделе идентифицируются параметры, необходимые для расчета углеродного следа КОС и указывается частота их определения.
4.1 Энергетика 4.1.1. Потребление приобретаемой предприятием электроэнергии (МВт час/год). Эта величина измеряется непрерывно и может быть определена суммированием показаний счетчиков электрической энергии по предприятию или показанием единственного счетчика на входе, если таковой существует. Используется в расчетной таблице 6.
4.1.2. Потребление ископаемого топлива или отходов для получения тепловой или электрической энергии на производственной площадке (тонны или м3). Учитывается по накладным или иным документам учета потребления топлива или отходов для каждого вида топлива или отходов отдельно. В качестве отходов может рассматриваться, в частности, и иловый осадок, если технология предусматривает его сжигание. Используется в расчетной таблице 8.
4.1.3. Потребление предприятием тепла, приобретенного у котельной, расположенной за пределами производственной площадки (ГДж/год). Предполагается, что данная котельная является «внешней», т.е. не входящей в состав предприятия КОС в качестве структурной единицы. В противном случае, см. 4.1.2. Используется в таблицах 10, 10a.
Определяется по счетчику полученной тепловой энергии за год. Для расчета также используется среднее значение КПД котельной (запрашивается и менеджмента котельной) и коэффициент потери тепла в распределительной сети от котельной до промышленной площадки. Если последняя величина менеджменту котельной неизвестна, то необходимо запросить величину среднегодовой (либо осредненной в течение отопительного сезона) температуры теплоносителя в кельвинах. Температура теплоносителя на входе на производственную площадку (K) должна измеряться непрерывно, а затем усредняться за год, иди за продолжительность отопительного сезона.
4.1.4. Потребление предприятием тепла, приобретенного у ТЭЦ, расположенной за пределами производственной площадки (ГДж/год). Используется в таблицах 12, 12a.
Определяется по счетчику полученной тепловой энергии за год. Для расчета также используется среднее значение КПД ТЭЦ по теплу и электроэнергии (запрашивается и менеджмента ТЭЦ) и коэффициент потери тепла в распределительной сети от ТЭЦ до производственной площадки. Если последняя величина менеджменту ТЭЦ неизвестна, то необходимо запросить величину среднегодовой (либо осредненной в течение отопительного сезона) температуры теплоносителя в кельвинах. Температура теплоносителя на входе на производственную площадку (K) должна измеряться непрерывно, а затем усредняться за год, иди за продолжительность отопительного сезона.
4.2 Транспорт 4.2.1 Мониторингу подлежит количество различных видов топлива, израсходованного для производственных целей (т или м3 в год). В случае предприятий КОС транспорт, главным образом, используется для транспортировки илового осадка. Но для корректного учета углеродного следа должны быть учтены все транспортные услуги: перевозка различных расходных материалов, включая реагенты для очистки сточных вод, вывоз отходов, служебные пассажирские перевозки. Расчеты производятся в таблице 14.
В том случае, если учет использованного топлива, по каким-то причинам, произвести сложно, часть углеродного следа, связанную с транспортировкой илового осадка, следует рассчитывать по таблице 13. В этом случае мониторингу подлежат масса вывезенного за год осадка (т/год) и грузоподъемность и тип транспортных средств, использованных для данной цели.
4.3 Процесс очистки сточных вод 4.3.1. Выбросы метана в процессе очистки сточных вод. Считаем, что условия для образования метана могут сложиться в первичном отстойнике. Мониторингу подлежат величины ХПК (т/м3) на границах зон и на «входе» очистных сооружений и «выходе» из первичных отстойников и «выходе» из очистных сооружений в целом. Оптимальными являются подекадные измерения, которые затем могут быть усреднены за месяц и за год. Также мониторингу подлежат расход сточных вод (м3) и температура сточных вод (К) в первичном отстойнике и аэротенке.
В том случае, если очистные сооружения работают устойчиво, в расчет включаются величины, осредненные за месяц (таблицы 17 с продолжением). Для неустойчиво работающих сооружений при ежедневно изменяющейся нагрузке в расчетах используются подекадные значения параметров (таблицы 17 с продолжением). В том случае, если расчет производится по упрощенной схеме, достаточно иметь значения параметров осредненные за год (таблицы 18a и 17a).
4.3.2. Выбросы закиси азота в процессе очистки сточных вод. Мониторингу подлежат величины концентраций общего азота (по Кьельдалю) (т/м3) на «входе» и «выходе» очистных сооружений в целом. Оптимальными являются подекадные измерения, которые затем могут быть осреднены за месяц. Также мониторингу подлежат расход сточных вод (м3) в месяц.
4.4 Утилизация илового осадка 4.4.1. Для определения выбросов метана и закиси азота при различных способах утилизации осадка мониторингу подлежат:
общее количество илового осадка, полученного как отход на очистных сооружениях (по сухому веществу) (т/год);
количество илового осадка размещенного на полигоне или внесенного в почву (т/год);
количество илового осадка, подвергнутого обработке в метантенках (т/год);
количество илового осадка, подвергнутого сжиганию (т/год);
количество илового осадка, утилизированного иным образом.
Кроме того, необходимо иметь аналитические данные (средние за год):
доля разлагаемой органической части сухого осадка;
доля разлагаемого органического вещества, превращенного в биогаз;
доля метана в биогазе;
массовая доля азота в иловом осадке (т N/т осадка).
При обработке осадка в метантенке мониторингу подлежат:
Количество биогаза, собранное на выходе из метантенка в год (м3), Доля биогаза, который уходит в атмосферу из метантенка.
В том случае, если какие-то из перечисленных величин не измеряются, можно воспользоваться значениями параметров, приведенными в разделе «Шаг 5».
5. Заключение. Рекомендации.
Разработанная методика определения углеродного следа очистных сооружений соответствует новым рекомендациям МГЭИК, содержит существенные уточнения в части определения специфических для предприятий КОС выбросов метана и закиси азота в процессе очистки сточных вод и утилизации илового осадка.
Методика доведена до расчетных таблиц и сопровождается кратким разделом по мониторингу, где содержится информация о необходимом наборе регистрируемых параметров, необходимых для расчета углеродного следа.
Поскольку в значительной степени величина углеродного следа сооружений очистки сточных вод определяется энергетическими затратами, обычные меры энергосбережения будут достаточно эффективны. Однако главное в этом процессе – уменьшение количества обрабатываемой сточной воды. Это необходимо делать путем снижения водопотребления в домохозяйствах и на производстве. Наряду с образовательными и просветительскими мерами хорошо будут действовать и такие меры как нормативное регулирование, касающееся учета потребляемой воды, и повышение тарифов на водопроводную и техническую воду.
Поскольку процесс очистки сточных вод и утилизации осадка очистных сооружений сопровождается выделением метана и закиси азота, можно дать ряд рекомендаций по снижению выбросов этих веществ.
Сжигание илового осадка, несомненно, в плане уменьшения углеродного следа имеет приоритет перед размещением осадка на полигонах. Но более эффективной мерой является сбраживание осадка в метантенках со сбором выделяющегося биогаза, имеющего высокую теплотворную способность (от 21 до 25 МДж/м3). Последующее сжигание этого газа для целей производства тепла и электроэнергии позволит получить некоторое уменьшение величины углеродного следа.
В зонах аэробной очистки метан выделяться не должен. Для этого не следует допускать перегрузки очистных сооружений, образования застойных зон, где может накапливаться и загнивать осадок.
Для предотвращения выделения закиси азота в области аэробной очистки следует контролировать такие параметры как концентрация растворенного в сточной воде кислорода, время гидравлического удержания активного ила, pH, и концентрацию растворенного органического вещества.
В 2012–2013 гг. представленная в настоящем издании методика апробирована при проведении оценки углеродного следа канализационных очистных сооружений ГУП «Водоканал СанктПетербурга». Это предприятие реализует экологическую политику и политику повышения энергоэффективности, применяя на практике меры по сокращению воздействия на окружающую среду и, в том числе, по ограничению выбросов в атмосферу парниковых газов.
«