Treibhausgasemissionen kommunaler Abwasseraufbereitungsanlagen in China von 2006 bis 2019

Scientific Data Band 9, Artikelnummer: 317 (2022) Diesen Artikel zitieren

8577 Zugriffe

12 Zitate

7 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Abwasseraufbereitungsanlagen (WWTPs) verringern die Wasserverschmutzung, verursachen aber auch Ressourcenverbrauch und Umweltauswirkungen, insbesondere Treibhausgasemissionen (THG). Die Reduzierung der Treibhausgasemissionen von Kläranlagen kann zur Erreichung der CO2-Neutralität in China beitragen. Es mangelt jedoch immer noch an hochauflösenden und zeitlich aufbereiteten Treibhausgasemissionsinventaren der Kläranlagen in China. In dieser Studie erstellen wir ein unternehmensweites Emissionsinventar von Kläranlagen für CH4-, N2O- und CO2-Emissionen aus verschiedenen Abwasserbehandlungsprozessen, Energieverbrauch und Abwassereinleitung für den Zeitraum von 2006 bis 2019. Unser Ziel ist es, ein transparentes, überprüfbares zu entwickeln und ein vergleichbares Treibhausgasemissionsinventar von Kläranlagen zur Unterstützung der Treibhausgasminderung von Kläranlagen in China.

Messungen)

Methan-, Lachgas- und Kohlendioxidemissionen aus kommunalen Abwasseraufbereitungsanlagen

Technologietyp(en)

Computermodellierungstechnik

Faktortyp(en)

Masse des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) des Zu- und Abflusses • Masse des gesamten Stickstoffs (TN) des Zu- und Abflusses • entfernter CSB • Stromverbrauch • Emissionsfaktoren • Abwasserbehandlungstechnologie

Probenmerkmal – Organismus

Keiner

Probeneigenschaft – Umgebung

Abwasserbehandlungsanlagen • physikalischer Behandlungsprozess • chemischer Behandlungsprozess • physikalisch-chemischer Behandlungsprozess • konventioneller Belebtschlamm • verbesserter Belebtschlammprozess • Biofilmbehandlungsprozess • anaerober biologischer Behandlungsprozess • Stabilisierungsteich, bebaute Feuchtgebiets- und Landbehandlung • Membranbioreaktor

Probenmerkmal – Standort

China

Kommunale Abwasserbehandlungsanlagen sind die wichtigste technische Lösung zur Eindämmung der Wasserverschmutzung. Aber die Abwasserreinigung in Kläranlagen und anderen Aufbereitungsanlagen geht immer mit Kosten des Energieverbrauchs, des Einsatzes von Chemikalien und der Auswirkungen auf die Umwelt einher1,2, wobei die Treibhausgasemissionen am besorgniserregendsten sind3,4. Auch wenn die Treibhausgasemissionen aus Abwasser nur einen geringen Beitrag zu den globalen anthropogenen Treibhausgasemissionen leisten, ist es dennoch wichtig, die Treibhausgasemissionen aus Abwasserbehandlungssystemen zu kartieren und angemessene Ziele für die Minderung der Treibhausgasemissionen festzulegen5,6. Um diese Ziele zu erreichen, ist eine umfassende Treibhausgasinventur Voraussetzung. Es wurden zahlreiche Studien zur Erstellung von Treibhausgasbilanzen für Kläranlagen7,8,9,10,11,12,13 durchgeführt, es bestehen jedoch immer noch Herausforderungen und Probleme.

Aktuelle Treibhausgasbilanzen berücksichtigen häufig keine Unterschiede in den Behandlungsprozessen/-technologien. Bei der Bilanzierung der Treibhausgasemissionen von Kläranlagen auf regionaler Ebene werden hauptsächlich IPCC-Emissionsfaktoren verwendet, wobei die zentralisierten biologischen Behandlungsprozesse nur in aerobe und anaerobe Prozesse kategorisiert werden, die Unterscheidung von Unterkategorien aerober oder anaerober Technologien jedoch vernachlässigt wird7,10,11,12 ,13,14, was zu großen Unsicherheiten hinsichtlich der Treibhausgasemissionsfaktoren führt. Um die Treibhausgasemissionen in Kläranlagen genau zu erfassen, sollten detaillierte Prozesse/Technologien berücksichtigt und analysiert werden.

Häufig werden nur CH4 und/oder N2O berücksichtigt, ausgenommen CO2-Emissionen aus biologischen Behandlungsprozessen, da „diese im Allgemeinen aus modernen (biogenen) organischen Stoffen in menschlichen Ausscheidungen oder Lebensmittelabfällen stammen und nicht in die nationalen Gesamtemissionen einbezogen werden sollten“ (IPCC 2019). , Band 5, Kapitel 6, Seite 7)'15. Intensive Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass eine erhebliche Menge an fossilem CO2 direkt aus Kläranlagen emittiert wird, und wenn man davon ausgeht, dass alle direkten CO2-Emissionen biogen sind, werden die Treibhausgasemissionen möglicherweise unterschätzt16,17,18,19,20.

Im behandelten Abwasser selbst gelöste Treibhausgase können möglicherweise freigesetzt werden. Darüber hinaus befinden sich viele Wasserstraßen in einem eutrophen oder nährstoffreichen Zustand, was dazu führen kann, dass eingeleitetes Abwasser die Treibhausgasemissionen weiter erhöht15. Treibhausgasemissionen aus aufnehmenden Gewässern werden jedoch selten berücksichtigt, da Daten zur Wasserqualität des aufnehmenden Gewässers und zu den nachgelagerten Einleitungswegen fehlen. Obwohl einige Studien Emissionen außerhalb des Standorts aus dem behandelten Abwasser berücksichtigten, wurde nur ein Einleitungsweg angenommen, der in Flüsse, Seen oder Ozeane gelangt7,8,9. Die Berücksichtigung der Emissionen aus verschiedenen Einleitungspfaden (z. B. direkte Einleitung in Flüsse, Seen, Stauseen, Meere, Böden und mit Abwasser bewässertes Ackerland) ist für die Identifizierung der wichtigsten Emissionsquellen, der Treibhausgaszusammensetzung und ihres Beitrags zum gesamten Abwasserbehandlungssystem von entscheidender Bedeutung.

Bestehende Studien auf regionaler oder nationaler Ebene zur Bilanzierung von Treibhausgasemissionen von Abwasserbehandlungssystemen sind nicht vergleichbar. Dies ist hauptsächlich auf unterschiedliche Emissionsfaktoren und Datenquellen in verschiedenen Studien zurückzuführen. Beispielsweise verwendeten Zhao et al.10 Aktivitätsdaten auf Unternehmensebene und IPCC-Emissionsfaktoren von 2006, um die CH4-Emissionen zu berechnen, während die Emissionsfaktoren von Yan et al.11 aus dem Durchschnitt von vier Referenzen ohne IPCC-Emissionsfaktoren und Provinzen ermittelt wurden -Aktivitätsdaten aus dem China Environment Yearbook und dem China Statistical Yearbook. Unterschiede in der angewandten Methodik und den Datenquellen tragen zu einem Unterschied von Faktor 38 bei den berechneten CH4-Emissionen für dasselbe Jahr bei.

Um die oben genannten Lücken zu schließen, haben wir ein hochauflösendes (Unternehmensebene) und Zeitreihen-Inventar (von 2006 bis 2019) der Treibhausgasemissionen von Kläranlagen in China erstellt. Zu den Emissionsquellen zählen standortinterne Emissionen aus biologischen Aufbereitungsprozessen sowie externe Emissionen aus dem Energieverbrauch und den Einleitungswegen der Kläranlage. Wir haben zwischen 10 möglichen Pfaden unterschieden: direkte und indirekte (nach der Kanalisation) Einleitung ins Meer; direkte und indirekte Einleitung in Flüsse, Seen, Stauseen usw.; kommunale WWPTs; direkte Einleitung auf mit Abwasser bewässertes Ackerland; Entladung an Land; sonstige Anlagen (dezentrale Abwasserbehandlungsanlagen); zentralisierte industrielle Kläranlagen und andere Einleitungswege. Um den unterschiedlichen Emissionspotenzialen verschiedener Behandlungstechnologien Rechnung zu tragen, haben wir die Emissionen auf der Grundlage von 48 verschiedenen biologischen, physikalischen, chemischen und physikalisch-chemischen Technologien und deren Kombinationen berechnet. Aus der Literatur wurden Treibhausgasemissionsfaktoren verschiedener biologischer Behandlungstechnologien im Einklang mit den Bedingungen Chinas ermittelt. In dieser Untersuchung wurden drei Treibhausgase geschätzt, nämlich CO2, N2O und CH4. Wir haben nicht zwischen fossilen CO2- und biogenen CO2-Emissionen aus der biologischen Behandlung unterschieden, sondern die CO2-Emissionen als die Summe der fossilen CO2- und biogenen CO2-Emissionen betrachtet.

In diesem Dokument berücksichtigen wir Treibhausgasemissionen aus häuslichem Abwasser, das von kommunalen Kläranlagen und anderen Einrichtungen behandelt wird. Die anderen Einrichtungen sammeln und behandeln hauptsächlich Abwasser aus Wohngebieten, touristischen Einrichtungen, Resorts, Pflegeheimen, Flughäfen, Bahnhöfen und anderen öffentlichen Orten. Häusliches Abwasser, das sowohl von kommunalen Kläranlagen als auch von anderen Einrichtungen gesammelt wird, kann unter bestimmten Bedingungen mit Industrieabwasser vermischt werden. In diesem Fall schlägt IPCC 2019 vor, dass das gemischte häusliche und industrielle Abwasser als häusliches Abwasser betrachtet werden kann15.

Die Treibhausgasemissionen einer Kläranlage resultieren aus standortinternen und externen Emissionen. Vor-Ort-Emissionen werden üblicherweise als Emissionen definiert, die durch Abwasser- und Schlammbehandlungsprozesse von Kläranlagen21,22 verursacht werden. In unserer Studie schließt die Systemgrenze aufgrund fehlender Daten Treibhausgasemissionen aus Schlammbehandlungs- und -entsorgungsprozessen in einer Kläranlage aus, obwohl berichtet wird, dass Klärschlammbehandlungs- und -entsorgungsprozesse etwa 40 % der Treibhausgasemissionen in Abwassersystemen ausmachen23. Andererseits werden die aus einer Kläranlage erzeugten CH4-Emissionen in China selten zurückgewonnen oder abgefackelt; wir gehen davon aus, dass die zurückgewonnenen oder abgefackelten CH4-Emissionen Null sind. Daher beziehen sich die Emissionen vor Ort in dieser Untersuchung nur auf Emissionen aus Abwasserbehandlungsverfahren. Bei verschiedenen Abwasserbehandlungstechnologien erzeugen biologische Behandlungstechnologien während der Abwasserbehandlungsprozesse Treibhausgasemissionen vor Ort, physikalische, chemische und physikalisch-chemische Behandlungstechnologien jedoch nicht. Unter standortexternen Emissionen versteht man Emissionen aus Abwasser, Stromverbrauch, Produktion und Transport von Chemikalien. Aufgrund fehlender Daten für jede Kläranlage schließen wir jedoch externe Emissionen aus, die durch die Produktion und den Transport von Chemikalien entstehen und im Vergleich zum Stromverbrauch vernachlässigbar sind13. Bei den CO2-Emissionen aus dem Stromverbrauch handelt es sich um fossiles CO2, da sie aus der Kohleverstromung stammen. CO2-Emissionen, die durch Abwasseraufbereitung vor Ort und Abwasser außerhalb des Standorts entstehen, werden jedoch mit fossilem CO2 und biogenem CO2 vermischt, da Zu- und Abfluss CSB enthalten können sowohl fossiler als auch biogener Kohlenstoff.

Abbildung 1 zeigt ein Flussdiagramm der Erstellung des Treibhausgasemissionsinventars von Abwasseraufbereitungsanlagen auf Unternehmensebene von 2006 bis 2019 in China. Der erste Schritt zur Quantifizierung der Treibhausgasemissionen einer Kläranlage besteht in der Beurteilung der angewandten Behandlungstechnologie. Wenn die Kläranlage einen biologischen Prozess anwendet, werden die Emissionen vor Ort aus dem biologischen Behandlungsprozess berechnet. Ansonsten werden die externen Emissionen aus dem Stromverbrauch und der Einleitungsweg für jede Kläranlage quantifiziert. Die Berechnung der Treibhausgasemissionen aus jeder Emissionsquelle basierte auf der Multiplikation von Emissionsfaktoren und Aktivitätsdaten. Die Aktivitätsdaten für jede Kläranlage wurden aus der China Environmental Statistics Database (CESD)24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37 gesammelt.

Das Flussdiagramm der Erstellung eines unternehmensweiten Treibhausgasemissionsinventars von Abwasseraufbereitungsanlagen von 2006 bis 2019 in China. Nur biologische Behandlungsprozesse emittieren vor Ort Treibhausgasemissionen, physikalische, chemische und physikalisch-chemische Behandlungstechnologien erzeugen jedoch keine Treibhausgasemissionen vor Ort.

Um die Treibhausgasemissionen verschiedener Abwasserbehandlungsprozesse zu untersuchen, müssen wir die Technologiekategorie festlegen, die in jeder Kläranlage eingesetzt wird. In den meisten Fällen verfügt eine Kläranlage über einen primären, sekundären oder tertiären Behandlungsprozess, und für jeden Prozess, insbesondere bei der sekundären Behandlung, können mehr als eine Technologie angewendet werden. Es ist unmöglich, die Treibhausgasemissionen vor Ort für jede Technologie zu quantifizieren, da wir nur Daten zur Konzentration der zu- und abfließenden Schadstoffe für die gesamte Kläranlage und nicht für jede Technologie oder jeden Prozess gesammelt haben. Um die Berechnung der Treibhausgasemissionen vor Ort zu vereinfachen, müssen wir daher zunächst die Hauptkategorie der Behandlungstechnologie einer Kläranlage beurteilen und dann die entsprechenden Emissionsfaktoren von CH4, N2O und CO2 auswählen, um die durch biologische Behandlungsprozesse erzeugten Treibhausgasemissionen zu berechnen . Die Technologieklassifizierung ist in Tabelle 1 dargestellt. Ein Entscheidungsbaum zur Bestimmung der Kategorie der Behandlungstechnologie einer Kläranlage ist in Abb. 2 dargestellt.

Ein Entscheidungsbaum zur Bestimmung der Kategorie der Behandlungstechnologie einer Kläranlage.

Kläranlagen oder andere Aufbereitungsanlagen, die über biologische Aufbereitungsprozesse verfügen, emittieren direkt CH4, N2O und CO2, die nach Gl. berechnet wurden. 1.1, 1.2 bzw. 1.3. Die CH4-, N2O- und CO2-Emissionsfaktoren verschiedener biologischer Behandlungsprozesse, die in dieser Studie verwendet wurden, wurden der Literatur entnommen, und die meisten davon waren Studien zu Treibhausgasemissionsfaktoren bestehender chinesischer Kläranlagen. Andererseits wurden einige Emissionsfaktoren aus dem IPCC-Bericht von 2019, Laborstudien oder anderen Modellen übernommen, da es an Studien zu Emissionsfaktoren von groß angelegten Abwasserbehandlungsprozessen mangelt. Detaillierte CH4-, N2O- und CO2-Emissionsfaktoren aus der Literatur sind in Tabelle S1, Tabelle S2 bzw. Tabelle S3 zusammengefasst. Wir haben die minimalen, maximalen und durchschnittlichen Werte der Emissionsfaktoren für jeden biologischen Behandlungsprozess ermittelt. Die Durchschnittswerte der Emissionsfaktoren wurden in dieser Studie als Standardemissionsfaktoren definiert und sind in Tabelle 2 aufgeführt. Zum Vergleich führen wir in Tabelle 2 auch die IPCC 2019-Emissionsfaktoren biologischer Behandlungsprozesse auf. Bei den Kläranlagen oder anderen Behandlungsanlagen, die die kombinierte verbesserte Belebtschlammbehandlungstechnologie nutzen, sind ihre Emissionsfaktoren Mittelwerte der Emissionsfaktoren spezifischer verbesserter Belebtschlammbehandlungstechnologien (z. B. AO, A2O, OD oder SBR). CH4 und N2O werden anhand der Werte des globalen Erwärmungspotenzials (GWP) für 100 Jahre in CO2-Äquivalente umgerechnet. Das GWP von N2O, CH4 und CO2 beträgt 265, 28 bzw. 138.

Wobei sich \(CH{4}_{bio,i}\), \(N2{O}_{bio,i}\) und \(CO{2}_{bio,i}\) auf CH4 beziehen, N2O- und CO2-Emissionen (g CO2eq/Jahr) aus biologischen Behandlungsprozessen in der i-ten Kläranlage. \(E{F}_{bio,CH4,j}\) (g CH4/kg entfernter CSB oder g CH4/kg CSB), \(E{F}_{bio,N2O,j}\) (g N2O /kg TN Zufluss) und \(E{F}_{bio,CO2,j}\) (g CO2/kg entfernter CSB) sind drei Treibhausgasemissionsfaktoren des Prozesses j in der i-ten Kläranlage. \(A{D}_{bio,CH4,i}\) sind Aktivitätsdaten biologischer CH4-Emissionen. Es gibt zwei Arten von \(A{D}_{bio,CH4,i}\). Wenn die Einheit von \(E{F}_{bio,CH4,j}\) für den Prozess j g CH4/kg entfernter CSB ist, ist \(A{D}_{bio,CH4,i}\) die entfernter CSB pro Jahr (kg entfernter CSB/Jahr) in der i. Kläranlage. Aber \(A{D}_{bio,CH4,i}\) bezieht sich auf die Differenz zwischen der einströmenden CSB-Masse und dem in den Schlamm übertragenen CSB, wenn die Einheit von \(E{F}_{bio,CH4,j}\) beträgt g CH4/kg CSB. Im Abschnitt „Berechnung des in Form von Schlamm entfernten CSB“ haben wir beschrieben, wie der in Form von Schlamm übertragene CSB für jeden Prozess geschätzt wird. \(T{N}_{in,i}\) ist die jährlich zufließende TN-Masse (kg TN-Zufluss/Jahr) in der i-ten Kläranlage, und \(CO{D}_{removed,i}\) ist die jährlich zufließende TN-Masse (kg TN-Zufluss/Jahr) in der i-ten Kläranlage entfernter CSB (kg entfernter CSB/Jahr) in der i-ten Kläranlage.

Um einen Vergleich mit unserer Studie zu ermöglichen, haben wir auch die Methode des IPCC 2019 verwendet, um CH4- und N2O-Emissionen aus biologischen Behandlungsprozessen zu berechnen. Die CH4- und N2O-Emissionsfaktoren für jeden Abwasserbehandlungsprozess stammen aus IPCC 2019 (Tabelle 2).

Dabei beziehen sich \(CH{4}_{IPCC\_bio,i}\) und \(N2{O}_{IPCC\_bio,i}\) auf CH4- und CO2-Emissionen (g CO2eq/Jahr) aus der biologischen Behandlung Prozesse in der i. Kläranlage. \(E{F}_{IPCC\_bio,CH4,j}\) (g CH4/kg CSB) und \(E{F}_{IPCC\_bio,N2O,j}\) (g N2O/kg TN Zufluss) sind IPCC 2019 CH4- und N2O-Emissionsfaktoren des Prozesses j in der i-ten Kläranlage. \(CO{D}_{in,i}\) ist die jährlich zufließende CSB-Masse (kg CSB-Zufluss/Jahr) in der i-ten Kläranlage. \({S}_{CSB,i}\) (kg als Schlamm entfernter CSB/Jahr) ist der in Form von Schlamm in der i-ten Kläranlage entfernte CSB. \({R}_{CH4,i}\) ist die Menge an CH4, die aus der i-ten Kläranlage gewonnen oder abgefackelt wurde. Dieser Wert wurde als Null angesehen, da in China nur sehr wenig CH4 geborgen oder abgefackelt wird. \(T{N}_{in,i}\) ist die jährlich zufließende TN-Masse (kg TN-Zufluss/Jahr) in der i-ten Kläranlage.

wobei \({S}_{CSB,i}\) (g entfernter CSB als Schlamm/Jahr) der in Form von Schlamm in der i-ten Kläranlage entfernte CSB ist, \(CO{D}_{entfernt,i} \) (g CSB/Jahr) ist der der i-ten Kläranlage entnommene CSB. \({Y}_{obs,j}\) (g VSS/ g CSB) ist die beobachtete Schlammausbeute von Prozess j in der i-ten Kläranlage. 1,42 (g CSB/g VSS) ist der Umrechnungsfaktor, der die Biomassekonzentration in Bezug auf CSB39 bestimmt. \(CO{D}_{in}\) und \(CO{D}_{out}\) sind Zulauf- und Ablauf-CSB-Konzentrationen der i-ten Kläranlage. \({V}_{Abwasser}\) ist das Volumen des behandelten Abwassers in der i-ten Kläranlage. Der Koeffizient von \({Y}_{obs,j}\) (g VSS/g CSB) für jeden Prozess stammt von Chen et al.40. Da es sich bei einem Membranbioreaktor (MBR) um eine Kombination aus einem verbesserten Belebtschlammprozess und einem Membranprozess handelt, wurde sein \({Y}_{obs,j}\) anhand des Durchschnittswerts der beobachteten Schlammausbeute eines verbesserten Belebtschlammprozesses geschätzt Prozess und ein Biofilmprozess. Die Koeffizienten \({Y}_{obs,j}\) verschiedener Behandlungsprozesse sind in Tabelle 3 dargestellt.

Das behandelte Abwasser wurde über einen von zehn verschiedenen Wegen eingeleitet. Tabelle 5 zeigt die Emissionsfaktoren von CO2, N2O und CH4 für jeden Ableitungspfad. Die Abwasseremissionsfaktoren von CH4 und N2O wurden aus IPCC 2019 übernommen, während die CO2-Emissionsfaktoren des behandelten Abwassers aus dem Anhang von IPCC 2019 abgeleitet wurden (IPCC 2019, Band 5, Kapitel 6, Seite 59-Seite 60)15. Der detaillierte Ableitungsprozess des CO2-Emissionsfaktors der Abwassereinleitung bezieht sich auf die Zusatzinformation „CO2-Emissionsfaktor der Abwassereinleitung“. Die Emissionen aus den Ableitungspfaden wurden nach Gl. berechnet. 2.1–2.3:

wobei \(CH{4}_{eff,i}\), \(N2{O}_{eff,i}\) und \(CO{2}_{eff,i}\) CH4, N2O sind und CO2-Emissionen (g CO2eq/Jahr) aus dem Einleitungspfad j in der i-ten Kläranlage. \(E{F}_{eff,CH4,j}\) (g CH4/kg CSB-Abwasser), \(E{F}_{eff,N2O,j}\) (g N2O/kg TN-Abwasser) und \(E{F}_{eff,CO2,j}\) (g CO2/kg CSB-Abwasser) sind Abwasseremissionsfaktoren des Abflusspfades j der i-ten Kläranlage. \(CO{D}_{out,i}\) (kg CSB-Abwasser/Jahr) und \(T{N}_{out,i}\) (kg TN-Abwasser/Jahr) sind die jährlich abfließende CSB- und TN-Masse der i. Kläranlage.

Die Berechnung der Treibhausgasemissionen aus dem Stromverbrauch ist in Gl. dargestellt. 3.1. In dieser Studie wurden Basisemissionsfaktoren für regionale Stromnetze in China41,42,43,44 verwendet. Als Emissionsfaktoren für regionale Stromnetze wird nur CO2 berücksichtigt, ohne Berücksichtigung von N2O und CH4 aufgrund ihrer geringen Beiträge. Chinas grundlegende Emissionsfaktoren für regionale Stromnetze sind in Tabelle 4 dargestellt.

Dabei ist \(CO{2}_{ele,i}\) der CO2-Ausstoß aus dem Stromverbrauch (kg CO2/Jahr). \(E{F}_{ele,CO2,j}\) (kg CO2/kWh) bezeichnet den CO2-Emissionsfaktor der Provinz j der untersuchten Kläranlage. \(El{e}_{con,i}\) (kWh/Jahr) bezieht sich auf den Stromverbrauch der i-ten Kläranlage.

Die Unsicherheit der Treibhausgasemissionen wurde hauptsächlich durch Emissionsfaktoren verursacht. Da die Berechnung der Aktivitätsdaten jeder Kläranlage auf jährlich vor Ort überwachten Daten zum Volumen des behandelten Abwassers, der Schadstoffkonzentration im Zu- und Ablauf sowie zum Stromverbrauch basierte, besteht keine Unsicherheit für die Aktivitätsdaten. Wir haben die Unsicherheit der Treibhausgasemissionen analysiert, die durch biologische Behandlungsprozesse und Einleitungswege verursacht wird. Die durch den Stromverbrauch verursachte Unsicherheit wurde nicht berücksichtigt, da die Basisemissionsfaktoren des regionalen Stromnetzes Chinas auf spezifischen Werten und nicht auf Bereichen basieren.

Für die Emissionsfaktoren biologischer Behandlungsprozesse haben wir der Literatur die minimalen, maximalen und durchschnittlichen Emissionsfaktoren jeder Technologie entnommen. Dann haben wir die folgende Gleichung verwendet. 4.1 und 4.2 zur Berechnung der Unsicherheit der Emissionsfaktoren.

Da der CH4-Emissionsfaktor durch die Multiplikation des maximalen Produktionspotenzials (B0) und des Methankorrekturfaktors (MCF) bestimmt wurde, wurde seine Unsicherheit durch Gleichung (1) gemessen. 4.3. Die Unsicherheit von B0 (UB0) beträgt im IPCC 2019 ± 30 %, und die Unsicherheit von MCF (UMCF) wurde durch Gl. 4.1 und 4.2. Die Unsicherheiten der N2O- und CO2-Emissionsfaktoren der Abflusswege wurden nach Gl. berechnet. 4.1 und 4.2.

Wir haben Monte-Carlo-Simulationen angewendet, um die kombinierte Unsicherheit von Emissionsfaktoren und Aktivitätsdaten zu analysieren. Die Emissionsfaktoren von CH4, N2O und CO2 biologischer Behandlungsprozesse und Ableitungswege folgen alle einer Dreiecksverteilung, da in dieser Studie „obere und untere sowie ein bevorzugter Wert angegeben werden (IPCC 2006, Band 1, Kapitel 3, Seite 22)“15. Zufällige Stichproben zu Emissionsfaktoren wurden 100.000 Mal durchgeführt und dann mit den Aktivitätsdaten jedes Treibhausgases in jeder Kläranlage multipliziert, wodurch 100.000 Werte für Treibhausgasemissionen generiert wurden. Schließlich wurden Unsicherheitsbereiche von 95 %-Konfidenzintervallen der Treibhausgasemissionen übernommen.

Andere Ursachen, die zu Unsicherheiten führen können, sind „Messfehler“, „Mangelnde Vollständigkeit“ und „Falsche Berichterstattung oder Fehlklassifizierung“. Im Hinblick auf den Messfehler in einer realen Kläranlage können die gemessenen Schadstoffkonzentrationen im Zu- und Ablauf sowie der Stromverbrauch falsch sein. Diese Unsicherheit lässt sich in dieser Studie jedoch nur schwer quantifizieren und kontrollieren. Hinsichtlich der Unvollständigkeit waren die ursprünglichen Daten für alle Kläranlagen unvollständig. Beispielsweise fehlten Daten zu einigen Indikatoren, z. B. zur Menge des behandelten Abwassers oder zu den CSB-Konzentrationen im Zu- oder Ablauf. Wenn eine Kläranlage nicht über ausreichende Indikatoren verfügt, wurde die Kläranlage entfernt und ihre Emissionen wurden nicht berechnet. Bei Fehlmeldungen oder Fehlklassifizierungen ist die genaue Klassifizierung von Behandlungstechnologien die Grundlage für die Berechnung der Treibhausgasemissionen sekundärer biologischer Behandlungsprozesse. Unsicherheiten, die durch Fehlmeldungen und/oder Fehlklassifizierungen von Behandlungstechnologien verursacht werden, sind jedoch möglich und können nicht einfach behoben werden.

Der Datensatz „Treibhausgasemissionen von Kläranlagen in China von 2006 bis 2019“ wird unter Figshare45 veröffentlicht. Der Datensatz umfasst 400.512 Datensätze. Diese beinhalten:

399.420 THG-Emissionsinventare auf Unternehmensebene (57.060 Unternehmen, d. h. 57.060 Kläranlagen und andere Abwasserbehandlungsanlagen; für jedes Unternehmen gibt es CH4-, N2O- und CO2-Emissionen aus biologischen Behandlungsprozessen, CO2-Emissionen aus dem Stromverbrauch sowie CH4, N2O und CO2 Emissionen aus den Einleitungspfaden);

70 jährliche THG-Emissionsinventare für die biologische Behandlung (von 2006 bis 2019, CH4- und N2O-Emissionen, berechnet nach der IPCC-Methodik 2019, und CH4-, N2O- und CO2-Emissionen, berechnet wie im Abschnitt „Methoden“ beschrieben);

42 jährliche Treibhausgasemissionsinventare (von 2006 bis 2019, CH4- und N2O-Emissionen, berechnet nach der IPCC-Methodik 2019, und CO2-Emissionen, berechnet nach der Methode dieses Papiers);

14 jährliche CO2-Emissionsinventare für Strom (von 2006–2019);

322 jährliche CO2eq-Emissionen verschiedener Technologien aus biologischen Behandlungsprozessen (von 2006–2019, 23 Technologiekategorien);

322 sind jährliche CO2-Emissionen verschiedener Technologien aus dem Stromverbrauch (von 2006–2019, 23 Technologiekategorien);

322 jährliche CO2eq-Emissionen verschiedener Technologien aus Einleitungspfaden (von 2006–2019, 23 Technologiekategorien).

In dieser Studie bildet das THG-Emissionsinventar auf Unternehmensebene eine Grundlage für die verbleibenden Emissionsinventare. Basierend auf dem THG-Emissionsinventar auf Unternehmensebene werden jährliche CH4-, N2O- und CO2-Emissionsinventare von biologischen Behandlungsprozessen, Abwasser- und Stromverbrauch sowie jährliche Gesamt-CO2eq-Emissionen verschiedener Technologien aus biologischen Behandlungsprozessen, Stromverbrauch und Einleitungspfaden dargestellt quantifiziert.

Abbildung 3 zeigt die jährlichen CH4-, N2O- und CO2-Emissionen aus verschiedenen Emissionsquellen und das jährliche gereinigte Abwasser von 2006 bis 2019. Die Kreisdiagramme in Abb. 4 zeigen die Struktur der Aufbereitungstechnologie in Bezug auf die gesamten CO2eq-Emissionen in den Jahren 2006, 2010, 2015 und 2019 . Behandlungstechnologien werden anhand der Klassifizierung in Tabelle 1 nach Hauptkategorien von Prozessen klassifiziert. Da das verbesserte Belebtschlammverfahren die wichtigste Abwasserbehandlungstechnologie in China ist und viele Unterkategorien umfasst, ist die Emissionsstruktur der Unterkategorien (d. h. AO , A2O, OD und SBR) des verbesserten Belebtschlammprozesses werden ebenfalls in Kreisdiagrammen angezeigt.

Chinas Treibhausgasemissionen aus der Abwasserbehandlung (in Millionen Tonnen CO2eq) und behandeltem Abwasser (in Milliarden Kubikmetern) 2006 bis 2019. Ele, Bio und Eff geben Treibhausgasemissionen aus dem Stromverbrauch, biologischen Behandlungsprozessen und der Abwassereinleitung an.

Struktur der Aufbereitungstechnologie in Bezug auf die gesamten CO2eq-Emissionen in den Jahren 2006, 2010, 2015 und 2019 (in Millionen Tonnen CO2eq). Treibhausgasemissionen aus verbesserten Belebtschlammverfahren und konventioneller Belebtschlammherstellung machten in den Jahren 2010, 2015 und 2019 einen großen Anteil (>80 %) aus. Während der Anteil aus biologischen Behandlungsverfahren im Jahr 2006 sehr hoch war (58 %), da für einige Kläranlagen Ihre Unterkategorien biologischer Behandlungsverfahren wurden im ursprünglichen Datensatz nicht angegeben. In diesem Fall wurden ihre Behandlungstechnologien als biologische Behandlung bezeichnet und ihre Treibhausgasemissionen wurden in dieser Studie anhand der Emissionsfaktoren des Prozesses der Belebtschlammbehandlung geschätzt.

Die Unsicherheit der CH4-, N2O- und CO2-Emissionsfaktoren biologischer Behandlungstechnologien ist in Tabelle 6 dargestellt. Zum Vergleich listen wir auch die Unsicherheit der CH4- und N2O-Emissionsfaktoren basierend auf IPCC 2019 auf. Die Analyse von IPCC 2019 zeigt eine höhere Unsicherheit in Bezug auf CH4- und N2O-Emissionsfaktoren der meisten biologischen Behandlungstechnologien aufgrund der weniger detaillierten Klassifizierung der Technologien. Beispielsweise weisen verschiedene Belebtschlammtechnologien im IPCC 2019 die gleichen Emissionsfaktoren und Unsicherheiten auf, da IPCC 2019 alle Belebtschlammprozesse in eine aerobe Prozesskategorie einordnet. Allerdings sind die Prozesse von AO, A2O, SBR und OD recht unterschiedlich, obwohl es sich bei allen um Belebtschlammtechnologien handelt. Da wir Treibhausgasemissionsfaktoren basierend auf verschiedenen Kategorien traditioneller oder verbesserter Belebtschlammprozesse gesammelt haben, sind die Emissionsfaktoren und ihre Unsicherheiten für die Prozesse AO, A2O, SBR und OD unterschiedlich und haben unterschiedliche Bereiche (Tabelle 6). Allerdings werden die Emissionsfaktoren vor Ort für bestimmte Prozesse in der Literatur selten angegeben, und wir können ihre Emissionsfaktoren nicht auf der Grundlage einer detaillierten Prozessklassifizierung ermitteln. Beispielsweise haben wir einen CH4-Emissionsfaktor (200 g CH4/kg CSB) des anaeroben Prozesses aus dem IPCC 2019 auf vier verschiedene anaerobe Prozesse (d. h. anaerobe Hydrolyse, typische anaerobe Reaktoren, anaerobe Biofilter und andere anaerobe biologische Behandlung) angewendet auf das Fehlen ihrer Vor-Ort-Emissionsfaktoren aus Referenzen zurückzuführen. Daher sind die gemeldeten Unsicherheiten (−30 %, 39 %) für die CH4-Emissionsfaktoren der vier anaeroben Prozesse gleich. Insgesamt waren die Unsicherheiten der Treibhausgasemissionsfaktoren verschiedener biologischer Behandlungstechnologien relativ hoch. Einer der Hauptgründe ist, dass die Treibhausgasemissionsfaktoren stark von verschiedenen Betriebsparametern46,47,48,49 (Temperatur, pH-Wert, gelöster Sauerstoff (DO), Schlammverweilzeit (SRT), hydraulische Verweilzeit (HRT), einströmende Chemikalie) beeinflusst werden Sauerstoffbedarf (CSB) zu Gesamtstickstoffverhältnis (C/N), chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) zu Gesamtphosphorverhältnis (C/P) usw.) dieser Kläranlagen.

Die Unsicherheit der CH4-, N2O- und CO2-Emissionsfaktoren von 10 Einleitungswegen ist in Tabelle 7 dargestellt. Da die CH4- und N2O-Emissionsfaktoren für den Einleitungsweg „fließender Abwasserkanal (offen oder geschlossen)“ im IPCC 2019 Null sind, haben wir dies angenommen Unter diesen Fließbedingungen kam es zu keiner CO2-Erzeugung. Wir betrachteten Einleitungswege über kommunale Kläranlagen, zentrale Industriekläranlagen und andere Anlagen (dezentrale Abwasserbehandlungsanlagen) als Einleitungswege von „fließenden Abwasserkanälen“. Daher berichten wir über keine Unsicherheit der CH4-, N2O- und CO2-Emissionsfaktoren beim Eintritt in kommunale Kläranlagen, industrielle Kläranlagen und andere Anlagen. Wir betrachteten den Einleitungsweg der „anderen Einleitungswege“ in dieser Studie als „Einleitung in aquatische Umgebungen (Stufe 1)“ im IPCC 2019 und seine Unsicherheiten hinsichtlich der Emissionsfaktoren CH4 (–100 %, 148 %) und N2O (–90 %). , 1394 %) sind im Vergleich zu anderen Entladungspfaden am größten. Da es nur sehr wenige Studien zum CO2-Emissionsfaktor des behandelten Abwassers gibt, haben wir die CO2-Emissionsfaktoren von Seen, Flüssen und Stauseen aus dem Anhang des IPCC 2019 abgeleitet (IPCC 2019, Band 5, Kapitel 6, Seite 59-Seite 60)15 , und wir gingen davon aus, dass auch die Einleitungswege ins Meer und „andere“ die gleichen CO2-Emissionsfaktoren aufweisen. Daher waren ihre Unsicherheiten hinsichtlich des CO2-Emissionsfaktors alle gleich, mit einer Unsicherheit von (–12 %, 20 %).

Die kombinierte Unsicherheit der Treibhausgasemissionen biologischer Behandlungsprozesse ist in Tabelle 8 und Abb. 5(a–c) dargestellt. Die in Abb. 5 dargestellten Schattenbereiche geben das 95 %-Konfidenzintervall der Treibhausgasemissionen an. Zum Vergleich sind in Abb. 5(a,b) auch die anhand der Emissionsfaktoren des IPCC 2019 berechneten CH4- und N2O-Emissionen dargestellt. Von 2006 bis 2019 betrugen die Unsicherheiten der CH4-, N2O- und CO2-Emissionen in dieser Studie (–57 %, 124 %), (–63 %, 184 %) bzw. (–43 %, 38 %). Die mit der Methodik des IPCC 2019 berechneten Unsicherheiten der CH4- und N2O-Emissionen betrugen jedoch (–91 %, 189 %) und (–99 %, 184 %). Die vom IPCC 2019 berechneten minimalen und maximalen CH4- und N2O-Emissionen lagen alle außerhalb der Schattenbereiche in Abb. 5(a,b), was größere Unsicherheiten als in unserer Studie widerspiegelt.

Trend und Unsicherheit der Treibhausgasemissionen aus Kläranlagen in China von 2006 bis 2019 (in Millionen Tonnen CO2eq). (a) Trend und Unsicherheit der CH4-Emissionen aus der biologischen Behandlung. (b) Trend und Unsicherheit der N2O-Emissionen aus der biologischen Behandlung. (c) Trend und Unsicherheit der CO2-Emissionen aus der biologischen Behandlung. (d) CO2-Emissionen aus dem Stromverbrauch. (e) Trend und Unsicherheit der CH4-Emissionen aus Abwasser. (f) Trend und Unsicherheit der N2O-Emissionen aus Abwässern. (g) Trend und Unsicherheit der CO2-Emissionen aus Abwässern. (h) Trend und Unsicherheit der gesamten CO2eq-Emissionen. Bio: biologisch. Eff: Abwasser. Ele: Elektrizität. Die Schattenbereiche geben das 95 %-Konfidenzintervall der Treibhausgasemissionen an. Die Unsicherheit des Stromverbrauchs wird in (d) nicht dargestellt, da die Unsicherheit der Basisemissionsfaktoren des Stromnetzes nicht verfügbar ist.

Die kombinierte Unsicherheit der Treibhausgasemissionen im Abwasser ist in Tabelle 9 und Abb. 5(e–g) dargestellt. Die Gesamtunsicherheiten bezüglich des N2O-Abflusses waren sehr hoch (–33 %, 1161 %), was hauptsächlich auf die hohe Unsicherheit des N2O-Emissionsfaktors des Abwassers zurückzuführen war (–100 %, 1394 %). Die N2O-Emissionsfaktoren variieren zwischen den Kläranlagen aufgrund unterschiedlicher Prozessdesigns und Betriebsbedingungen erheblich46,47. Die Unsicherheiten hinsichtlich der CH4- und CO2-Emissionen im Abwasser waren mit Werten von (–52 %, 29 %) bzw. (–9 %, 16 %) relativ gering. Die Unsicherheit der gesamten Treibhausgasemissionen von Kläranlagen ist in Abb. 5(h) und Tabelle S4 dargestellt. Die Unsicherheiten der gesamten Treibhausgasemissionen aus Kläranlagen betrugen etwa (–27 %, 97 %).

Es wurde über mehrere Studien zu CH4- oder N2O-Emissionen von Kläranlagen auf nationaler Ebene in China berichtet7,8,9,10,11,12,13. In Tabelle S5 listen wir zum Vergleich die Schätzungen der Abwasser-THG in der Literatur auf. In den meisten Fällen sind die aktuellen Schätzergebnisse nicht vergleichbar. Einer der Hauptgründe hierfür ist die Verwendung unterschiedlicher Systemgrenzen zwischen den Studien. Beispielsweise beziehen sich die CH4-Emissionen (76,2 Mio. t CO2eq) des Abwassers aus Chinas zweitem alle zwei Jahre aktualisierten Bericht über den Klimawandel50 im Jahr 2014 auf Emissionen sowohl von Industrie- als auch von häuslichem Abwasser auf nationaler Ebene, und Aktivitätsdaten wurden dem Environmental Statistics Yearbook entnommen, während Zhao et al.10 berücksichtigte CH4-Emissionen (29,2 Mio. t CO2eq) aus Kläranlagen im Jahr 2019 auf Unternehmensebene in 229 Städten im Jahr 2014 und die Daten stammten aus dem Urban Drainage Statistic Yearbook. Ihre Ergebnisse sind nicht vergleichbar, da die Kläranlagen in der Studie von Zhao et al. aus dem Jahr 2019 hauptsächlich kommunale Kläranlagen auf Präfekturebene, aber keine Kläranlagen auf Kreisebene und industrielle Kläranlagen in China umfassten, und es nicht klar ist, wie viele Kläranlagen/Abwasseraufbereitungsanlagen darin enthalten sind Chinas zweiter alle zwei Jahre erscheinender Aktualisierungsbericht. Daher waren die Aktivitätsdaten und CH4-Emissionen in diesen beiden Studien nicht vergleichbar, obwohl sie alle für ihre Inventarisierungen die IPCC-Methode von 2006 verwendeten. In unserer Arbeit wurden die CH4-Emissionen vor Ort aus 4455 Kläranlagen und 718 anderen Aufbereitungsanlagen im Jahr 2014 auf 2,55 Mio. t CO2eq geschätzt, was etwa einem Zehntel der Ergebnisse von Zhao et al. entspricht. Diese Diskrepanz wurde durch die Verwendung unterschiedlicher Systemgrenzen und die Verwendung unterschiedlicher Emissionsfaktoren verursacht.

In den meisten Studien wurden Emissionsfaktoren des IPCC verwendet, aber selbst die CH4-Emissionsfaktoren des IPCC 2006 und des IPCC 2019 unterscheiden sich erheblich. Der standardmäßige Methan-Korrekturfaktor (MCF) im IPCC 2019 beträgt 0,03, während dieser Wert im IPCC 2006 für überlastete Kläranlagen 0,3 beträgt und bei CH4-Emissionen um eine Größenordnung abweichen kann. Unsere Unsicherheitsanalyse zeigt, dass die vom IPCC 2019 berechneten CH4-Emissionen etwa 20–62 % größer sind als unsere Forschung, und die durch das IPCC 2019 verursachten Unsicherheiten waren viel höher als in dieser Studie. In anderen Fällen wurden Emissionsfaktoren aus der Literatur ohne Unterscheidung verschiedener Technologien zur Schätzung der Treibhausgasemissionen verwendet. Beispielsweise wurde in mehreren Studien der MCF von 0,165 zur Berechnung der durch häusliches Abwasser verursachten CH4-Emissionen verwendet7,8,9,12. Unter Verwendung von MCF 0,165 betrugen die CH4-Emissionen aus häuslichem Abwasser im Jahr 2014 in Du et al.7 etwa 28 Mio. t CO2-Äquivalent.7 Während Yan et al.11 unter Verwendung des Emissionsfaktors von 2,3064 kg CH4 ermittelten, dass die geschätzten CH4-Emissionen im Jahr 2014 0,77 Mio. t CO2-Äquivalent betrugen /t CSB entfernt. Die Diskrepanz der CH4-Schätzungen zwischen Du et al.7 und Yan et al.11 betrug im Jahr 2014 fast das 36-fache. Im Vergleich dazu betragen die geschätzten CH4-Emissionen in unserer Studie 2,6 Mio. t CO2eq. Beim Vergleich von Guo et al.13 mit unserer Studie bestand der Hauptunterschied darin, dass Guo et al. wandte nur einen N2O-Emissionsfaktor (0,035 kg N2O-N/kg TN) auf alle Behandlungstechnologien an und ihre CH4-Emissionsfaktoren basierten auf verschiedenen Provinzen51. Unsere CH4- und N2O-Emissionsfaktoren basierten jedoch auf der spezifischen Technologie jeder Kläranlage. Gesamte CH4- und N2O-Emissionen aus der biologischen Abwasserbehandlung und CO2-Emissionen aus dem Stromverbrauch in Guo et al. im Jahr 2016 waren es 31,4 Mio. t CO2eq, was etwa dem Doppelten unseres Ergebnisses (15,9 Mio. t CO2eq) entspricht.

Der Missbrauch der CH4-Emissionsberechnungsformel im IPCC 2006 oder IPCC 2019 ist ein weiterer Grund, der zur Unvergleichbarkeit der CH4-Emissionen führt. Normalerweise entsprechen CH4-Emissionen einem CH4-Emissionsfaktor multipliziert mit der Differenz zwischen der gesamten einströmenden CSB- (oder BSB-)Masse und dem in Form von Schlamm entfernten CSB (oder BSB). Die Gesamtmasse des zufließenden CSB (oder BSB) abzüglich des in Form von Schlamm entfernten CSB (oder BSB) bedeutet, dass in den Schlamm übertragene organische Komponenten kein direktes CH4 erzeugen, sondern nur die verbleibende organische Substanz im Abwasser das Potenzial hat, CH4 zu emittieren. Daher gibt die Einheit (kg CH4/kg BSB oder kg CH4/kg CSB) des CH4-Emissionsfaktors im IPCC die CH4-Emissionen pro Einheit der verbleibenden organischen Masse im Zufluss an, nachdem der in den Schlamm übertragene COD (oder BSB) berücksichtigt wurde, und nicht die CH4-Emissionen pro Einheit zufließender CSB (oder zufließender BSB) oder pro Einheit entfernter CSB (oder BSB)9. Darüber hinaus wurde davon ausgegangen, dass die in Form von Schlamm entfernte organische Substanz bei allen Behandlungstechnologien Null beträgt7,8,9,10,12. Die Gründe für die falsche Annahme können darin liegen, dass keine Daten zur Schlammbildung vorliegen und die Methode zur Schätzung organischer Bestandteile, die in Form von Schlamm entfernt werden, im IPCC 2006 nicht erwähnt wird, oder dass es an Hintergrundinformationen zur Abwasserbehandlung mangelt. Diese Annahme könnte die CH4-Emissionen überschätzen, da die meisten aeroben biologischen Behandlungstechnologien bei der Abwasserbehandlung Schlamm erzeugen. Allerdings hat das IPCC 2019 die Methode aktualisiert, um CH4-Emissionen auf der Grundlage des IPCC 2006 zu erfassen, und insbesondere Gleichungen und detaillierte Informationen zur Schätzung des in den Schlamm übertragenen COD (oder BSB) bereitgestellt, was als Leitfaden für eine genaue CH4-Bilanzierung dient.

Wir haben in dieser Studie vier Haupteinschränkungen. (1) Eine Kläranlage kann über einen oder mehrere Abwasserbehandlungsströme verfügen und für jeden Behandlungsstrom primäre, sekundäre oder tertiäre Behandlungsprozesse enthalten, während sie für jeden Prozess (normalerweise für einen sekundären Behandlungsprozess) über mehrere Behandlungstechnologien verfügt. Um jedoch die Schätzung der Treibhausgasemissionen biologischer Behandlungstechnologien des Sekundärbehandlungsprozesses einer Kläranlage zu vereinfachen, wurde der Entscheidungsbaum (Abb. 2) angewendet, um die Hauptkategorie der Behandlungstechnologie und die entsprechenden Emissionsfaktoren zu bestimmen, insbesondere wenn eine Kläranlage über mehrere Sekundärbehandlungstechnologien verfügt Behandlungstechnologien. (2) Unsere Emissionsfaktoren verschiedener biologischer Behandlungstechnologien basierten nicht auf der Überwachung der einzelnen Kläranlagen. Aber wir haben Emissionsfaktoren entsprechend den chinesischen Verhältnissen verwendet. Die Emissionsfaktoren wurden aus verschiedenen Referenzen ermittelt, beispielsweise aus der Vor-Ort-Überwachung bestimmter biologischer Technologien oder aus Modellschätzungen in der Literatur, die auf Fallstudien von Kläranlagen in China basierten. Allerdings fehlten für China Emissionsfaktoren einiger biologischer Technologien, wie CH4- und CO2-Emissionsfaktoren anaerober Technologien und bebauter Feuchtgebiete, weshalb wir stattdessen IPCC-Emissionsfaktoren für diese Technologien verwendeten. Da andererseits die Emissionsfaktoren einer bestimmten biologischen Behandlungstechnologie stark von den Betriebsbedingungen beeinflusst werden, können verschiedene Kläranlagen mit derselben biologischen Technologie unterschiedliche Emissionsfaktoren aufweisen. Daher sind die aus Referenzen ermittelten Treibhausgasemissionsfaktoren einer biologischen Technologie nicht repräsentativ für die tatsächlichen Emissionsfaktoren aller Kläranlagen mit derselben Technologie. (3) Treibhausgasemissionen aus industriellen Kläranlagen sind nicht verfügbar und daher nicht in unserer Studie enthalten, obwohl sie wichtige Treibhausgasemissionsquellen von Abwasserbehandlungssystemen sind52,53,54. Beispielsweise haben Xing et al. berichteten, dass die CH4-Emissionen aus der industriellen Abwasserbehandlung vor Ort zwischen 2003 und 2008 in China immer höher waren als die der häuslichen Abwasserbehandlung. Die CH4-Emissionen aus der industriellen und häuslichen Abwasserbehandlung beliefen sich im Jahr 2008 auf 0,95 Mio. t bzw. 0,91 Mio. t Berechnen Sie die fossilen CO2-Emissionen nicht separat, da die in der Literatur verfügbaren CO2-Emissionsfaktoren nur als Gesamt-CO2 und nicht als getrenntes fossiles und biogenes CO2 angegeben werden.

Die Skripte zur Berechnung der Treibhausgasemissionen von Abwasseraufbereitungsanlagen auf Unternehmensebene sind im Zenodo-Repository verfügbar: https://doi.org/10.5281/zenodo.605281555.

Qu, J. et al. Kommunale Abwasserbehandlung in China: Entwicklungsgeschichte und Zukunftsperspektiven. Vorderseite. Umgebung. Wissenschaft. Ing. 13, 88 (2019).

Artikel Google Scholar

Zeng, S., Chen, X., Dong, X. & Liu, Y. Effizienzbewertung städtischer Kläranlagen in China: Berücksichtigung von Treibhausgasemissionen. Ressourcen, Erhaltung und Recycling 120, 157–165 (2017).

Artikel Google Scholar

Wang,

Zhan, X., Hu, Z. & Wu, G. Treibhausgasemissionen und -minderung in kommunalen Kläranlagen. (2018).

Gentil, E., Christensen, TH & Aoustin, E. Treibhausgasbilanzierung und Abfallmanagement. Waste Manag Res 27, 696–706 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Bogner, J. et al. Minderung der globalen Treibhausgasemissionen aus Abfällen: Schlussfolgerungen und Strategien aus dem vierten Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC). Arbeitsgruppe III (Mitigation). Waste Manag Res 26, 11–32 (2008).

Artikel Google Scholar

Du, M. et al. Schätzungen und Vorhersagen der Methanemissionen aus Abwasser in China von 2000 bis 2020. Earth's Future 6, 252–263 (2018).

Peng, S. et al. Inventar der anthropogenen Methanemissionen auf dem chinesischen Festland von 1980 bis 2010. Atmos. Chem. Physik. 16, 14545–14562 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Zhang, B. & Chen, GQ Methanemissionen in China 2007. Renewable and Sustainable Energy Reviews 30, 886–902 (2014).

Artikel Google Scholar

Zhao, X. et al. Chinas städtische Methanemissionen aus kommunalen Kläranlagen. Die Zukunft der Erde 7, 480–490 (2019).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Yan, X. et al. Räumliche und zeitliche Verteilung der Treibhausgasemissionen aus kommunalen Kläranlagen in China von 2005 bis 2014. Earth's Future 7, 340–350 (2019).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Ma, Z.-Y. et al. CH4-Emissionen und Reduktionspotenzial bei der Abwasserbehandlung in China. Fortschritte in der Klimaforschung 6, 216–224 (2015).

Artikel Google Scholar

Guo, S., Huang, H., Dong, X. & Zeng, S. Berechnung der Treibhausgasemissionen der kommunalen Abwasserbehandlung und deren zeitliche und räumliche Entwicklung in China. Wasser- und Abwassertechnik 45, 56–62 (2019).

Google Scholar

Ding, T., Ning, Y. & Zhang, Y. Schätzung der Treibhausgasemissionen in China 1990–2013. Treibhausgase: Wissenschaft und Technologie 7, 1097–1115 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

IPCC. 2019 Anpassung an die IPCC-Richtlinien für nationale Treibhausgasinventare von 2006.

Schneider, AG, Townsend-Small, A. & Rosso, D. Einfluss direkter Treibhausgasemissionen auf den CO2-Fußabdruck von Wasseraufbereitungsprozessen unter Einsatz von Nitrifikation/Denitrifikation. Science of The Total Environment 505, 1166–1173 (2015).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Tseng, LY et al. Identifizierung bevorzugter Pfade von fossilem Kohlenstoff in Anlagen zur Wasserressourcenrückgewinnung mittels Radiokarbonanalyse. Umgebung. Wissenschaft. Technol. 50, 12166–12178 (2016).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Bao, Z., Sun, S. & Sun, D. Merkmale der direkten CO2-Emissionen in vier vollwertigen Kläranlagen. Entsalzung und Wasseraufbereitung 54, 1070–1079 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Law, Y., Jacobsen, GE, Smith, AM, Yuan, Z. & Lant, P. Fossiler organischer Kohlenstoff im Abwasser und sein Verbleib in Kläranlagen. Wasserforschung 47, 5270–5281 (2013).

Artikel CAS Google Scholar

Hao, X., Wang, X., Cao, D. & Wu, Y. Analyse der CO2-Emission von fossilem Kohlenstoff in organischen Stoffen aus Abwasser. China Water & Wastewater 34, 13–17 (2018).

Google Scholar

Bani Shahabadi, M., Yerushalmi, L. & Haghighat, F. Schätzung der Treibhausgaserzeugung in Kläranlagen – Modellentwicklung und -anwendung. Chemosphere 78, 1085–1092 (2010).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Kyung, D., Kim, M., Chang, J. & Lee, W. Schätzung der Treibhausgasemissionen einer Hybridkläranlage. Journal of Cleaner Production 95, 117–123 (2015).

Artikel CAS Google Scholar

Liu, B., Wei, Q., Zhang, B. & Bi, J. Treibhausgasemissionen im Lebenszyklus von Klärschlammbehandlungs- und Entsorgungsoptionen im Wassereinzugsgebiet des Tai-Sees, China. Science of The Total Environment 447, 361–369 (2013).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2006).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2007).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2008).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2009).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2010).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2011).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2012).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2013).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2014).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2015).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2016).

Ministerium für Umweltschutz der Volksrepublik China (MEPPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2017).

Ministerium für Ökologie und Umwelt der Volksrepublik China (MEEPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2018).

Ministerium für Ökologie und Umwelt der Volksrepublik China (MEEPRC). Jährlicher statistischer Bericht über die Umwelt in China. (China Environmental Science Press, 2019).

Anthropogener und natürlicher Strahlungsantrieb. In Climate Change 2013 – The Physical Science Basis: Beitrag der Arbeitsgruppe I zum fünften Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimaänderungen (Hrsg. Zwischenstaatliches Gremium für Klimaänderungen) 659–740, https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324 .018 (Cambridge University Press, 2014).

Henze, M., van Loosdrecht, MCM, Ekama, GA & Brdjanovic, D. Biologische Abwasserbehandlung: Prinzipien, Modellierung und Design, https://doi.org/10.2166/9781780401867 (IWA Publishing, 2008).

Chen, Z., Xu, Z., Liu, Y., Deng, Z. & Liu, A. Berechnungsmethode der Schlammmenge von Kläranlagen basierend auf konventionellen Betriebsdaten. China Water & Wastewater 24, 83–86 (2008).

CAS Google Scholar

Nationale Entwicklungs- und Reformkommission (NDRC). Basisemissionsfaktoren der regionalen Stromnetze Chinas für Emissionsminderungsprojekte von 2006 bis 2016. https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/201812/t20181220_685481.shtml (2018).

Ministerium für Ökologie und Umwelt der Volksrepublik China (MEEPRC). Basisemissionsfaktoren der regionalen Stromnetze Chinas für Emissionsminderungsprojekte im Jahr 2017. https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/201812/P020181220579925103092.pdf (2018).

Ministerium für Ökologie und Umwelt der Volksrepublik China (MEEPRC). Basisemissionsfaktoren der regionalen Stromnetze Chinas für Emissionsminderungsprojekte im Jahr 2018. https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202012/t20201229_815384.shtml (2020).

Ministerium für Ökologie und Umwelt der Volksrepublik China (MEEPRC). Basisemissionsfaktoren der regionalen Stromnetze Chinas für Emissionsminderungsprojekte im Jahr 2019. https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202012/t20201229_815386.shtml (2020).

Wang, D. et al. Treibhausgasemissionen von Kläranlagen in China von 2006 bis 2019. Figshare. https://doi.org/10.6084/m9.figshare.19158206.v1 (2022).

Law, Y., Ye, L., Pan, Y. & Yuan, Z. Lachgasemissionen aus Abwasserbehandlungsprozessen. Phil. Trans. R. Soc. B 367, 1265–1277 (2012).

Artikel CAS Google Scholar

Massara, TM et al. Ein Überblick über Lachgas (N2O)-Emissionen bei der biologischen Nährstoffentfernung aus kommunalem Abwasser und Schlammabwasser. Science of The Total Environment 596–597, 106–123 (2017).

Artikel ADS Google Scholar

Campos, JL et al. Treibhausgasemissionen aus Kläranlagen: Minimierung, Behandlung und Prävention. Journal of Chemistry 2016, e3796352 (2016).

Google Scholar

Kumar, A. et al. Kontrolle der Treibhausgasemissionen in Kläranlagen durch mögliche Betriebsstrategien: Eine kritische Überprüfung. Chemosphere 273, 129694 (2021).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Nationale Entwicklungs- und Reformkommission (NDRC). Zweiter zweijährlicher Aktualisierungsbericht der Volksrepublik China zum Klimawandel. http://tnc.ccchina.org.cn/archiver/NCCCcn/UpFile/Files/Htmleditor/202007/20200723155226725.pdf (2018).

Cai, B. et al. Studie zu den Methanemissionsfaktoren von Kläranlagen in China. China Pollution, Resources and Environment 25, 118–124 (2015).

Google Scholar

Tubiello, FN et al. Vor- und Nachproduktionsprozesse dominieren zunehmend die Treibhausgasemissionen von Agrar- und Ernährungssystemen. Earth System Science Data 14, 1795–1809 (2022).

Artikel ADS Google Scholar

Karl, K. & Tubiello, FN Methoden zur Schätzung von Treibhausgasemissionen aus Lebensmittelsystemen: Teil II: Abfallentsorgung, https://doi.org/10.4060/cb7028en (FAO, 2021).

Xing, Z., You-Fei, Z., Na, K., Wei, Z. & Ji-Fu, Y. Treibhausgasemissionen aus der Abwasserbehandlung in China im Zeitraum 2000–2009. Fortschritte in der Klimaforschung 3, 205–211 (2012).

Artikel Google Scholar

Wang, D. et al. Treibhausgasemissionen der Kläranlage auf Unternehmensebene. Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.6052815 (2022).

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 72140004) und dem Major Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment of China (Nr. 2018ZX07111001) unterstützt. GW dankt der Galway University Foundation für die Unterstützung. Die DW wurde vom China Scholarship Council (Nr. 201908440332) unterstützt.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Dan Wang, Weili Ye.

Integrierte Forschung zu Energie, Umwelt und Gesellschaft (IREES), Energy Sustainability Research Institute Groningen (ESRIG), Universität Groningen, Groningen, 9747 AG, Niederlande

Dan Wang, Ruoqi Li, Yuru Guan, Yuli Shan und Klaus Hubacek

Das Zentrum für regionale Umwelt und Ökologie Peking-Tianjin-Hebei, Chinesische Akademie für Umweltplanung, Peking, 100012, China

Weili Ye & Wei Zhang

Bauingenieurwesen, School of Engineering, College of Science and Engineering, National University of Ireland, Galway, Galway, H91 TK33, Irland

Guangxue Wu

Staatliches Schlüssellabor für Umweltverschmutzungskontrolle und Ressourcenwiederverwendung, Fakultät für Umwelt, Universität Nanjing, Nanjing, 210023, China

Ruoqi Li

Staatliches Umweltschutz-Schlüssellabor für Umweltplanung und Politiksimulation, Chinesische Akademie für Umweltplanung, Peking, 100012, China

Wei Zhang

Staatliches Umweltschutz-Schlüssellabor für Qualitätskontrolle in der Umweltüberwachung, China National Environmental Monitoring Centre, Peking, 100012, China

Junxia Wang

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Dan Wang: Konzeptualisierung, Methodik, Berechnung, Analyse, Schreiben – Originalentwurf; Weili Ye: Konzeptualisierung, Ressourcen, Untersuchung, Analyse, Verfassen, Überprüfen und Bearbeiten; Guangxue Wu: Methodik, Ressourcen, Untersuchung, Verfassen, Überprüfen und Bearbeiten; Ruoqi Li: Ressourcen, Untersuchung; Yuru Guan: Ressourcen, Untersuchung; Wei Zhang: Konzeptualisierung, Ressourcen, Untersuchung, Analyse, Schreiben, Überprüfen und Bearbeiten; Junxia Wang: Ressourcen, Untersuchung; Yuli Shan: Aufsicht, Methodik, Ressourcen, Untersuchung, Schreiben, Überprüfen und Bearbeiten; Klaus Hubacek: Konzeption, Betreuung, Redaktion und Redaktion.

Korrespondenz mit Wei Zhang oder Klaus Hubacek.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Wang, D., Ye, W., Wu, G. et al. Treibhausgasemissionen aus kommunalen Abwasseraufbereitungsanlagen in China von 2006 bis 2019. Sci Data 9, 317 (2022). https://doi.org/10.1038/s41597-022-01439-7

Zitat herunterladen

Eingegangen: 14. Februar 2022

Angenommen: 24. Mai 2022

Veröffentlicht: 16. Juni 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41597-022-01439-7

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Kommunikation Erde & Umwelt (2023)

Naturwasser (2023)

Briefe zur Umweltchemie (2023)

Umweltwissenschaften und Umweltverschmutzungsforschung (2023)