Emisja gazów cieplarnianych z obiektów oczyszczalni ścieków

Gazy cieplarniane, głównie metan (CH4), dwutlenek węgla (CO2) i podtlenek azotu (N2O) występują w atmosferze, w warunkach naturalnych, w stężeniach od ppb do ppm. Zwiększenie emisji tych gazów ze źródeł antropogenicznych powoduje wzrost ich stężenia, narastający w czasie i wpływający na zmianę klimatu. Gazy te mogą być produkowane w procesach oczyszczania ścieków. Ich efekt cieplarniany jest wyrażany wartością wskaźnika globalnego potencjału cieplarnianego. W oparciu o przegląd literatury, scharakteryzowano główne gazy cieplarniane powstające w ciągu technologicznym oczyszczalni ścieków, jak również dokonano rozpoznania czynników, które wpływają na ich emisję. Określono udział różnych sektorów (np. rolnictwa, przemysłu zaopatrzenia w energię itp.) w całkowitej antropogenicznej emisji GHG. Omówiono główne źródła emisji GHG z obiektów oczyszczalni ścieków i procesy, w których są wytwarzane. Szczególną uwagę zwrócono na procesy generujące CO2 i CH4 w aerobowych i anaerobowych warunkach. Dokonano analizy biochemicznych przemian związków azotu w tym nitryfikacji i denitryfikacji w aspekcie wytwarzania podtlenku azotu. Zwrócono uwagę na typowo szacunkowe bilansowanie źródeł emisji GHG w oparciu o przyjęte kryteria czy współczynniki standardów oraz wskazano na dotkliwy brak badań, a w szczególności pomiarów in situ.

Pełny tekst (pdf)

1. Aboobakar A., Cartmell E., Stephenson T., Jones M., Vale P., Dotro G., Nitrous oxide emissions and dissolved oxygen profiling in a full-scale nitrifying activated sludge treatment plant. Water Research, Vol. 47, 2013, pp. 524-534.
2. Cakir F.Y., Stenstrom M.K., Greenhouse gas production: A comparison between aerobic and anaerobic wastewater treatment technology, Water Research, Vol. 39, 2005, pp. 4197-4203.
3. Czepiel, P., Crill, P., Harriss, R., Nitrous oxide emissions from municipal wastewater treatment, Environmental Science and Technology 29 (9), 1995, 2352–2356.
4. Desloover J., Vlaeminck S., Clauwaert P., Verstraete W., Boon N., Strategies to mitigate N2O emissions from biological nitrogen removal systems, Biotechnology, vol. 23, 2012, pp. 474-482.
5. Diafarou Ali M., Carbon Dioxide and Methane Emissions from Different Wastewater Treatment Scenarios, UNESCO – IHE Institute for Water Education, 2009
6. El-Fadel M., Massoud M., Methane emissions from wastewater management. Environmental Pollution, no 114 (2), 2001, pp. 177.
7. Gaj H., Wojtowicz M., Bojarun D., Mizerny J., Szweykowska-Muradin M., Kielichowska I., Raport z oszacowania bilansu emisji gazów cieplarnianych dla obszaru miasta Poznania, uwzględniającego zmiany i działania poprzednich lat (od 1990 r.) wraz ze wskazaniem istotnych obszarów oddziaływania, 2007.
8. Gupta D., Singh S.K., Greenhouse Gas Emissions from Wastewater Treatment Plants: A Case Study of Noida, Journal of Water Sustainability, Vol. 2, Issue 2, 2012, pp. 131–139.
9. Hanaki K., Hong Z., Matsuo T., Production of nitrous oxide gas during denitrification of wastewater, Water Science and Technology, 26 (5–6), 1992, pp. 1027–1036.
10. Hu Z., Zhang J., Li S., Xie H., Wang J., Zhang T., Li Y., Zhang H. Effect of aeration rate on the emission of N2O in anoxic–aerobic sequencing batch reactors (A/O SBRs), Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. 109, No. 5, 2010, 487–491.
11. IPCC. Climate Change 2001: The Scientific Basis. In Chapter 4, Atmosferic Chemistry and Greenhouse gases.
12. IPCC, 2006. Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. In: Eggleston, H.S., Buendia, L., Miwa, K., Ngara, T., Tanabe, K. (Eds.). IGES, Japan, pp. 6.24–26.26.
13. IPCC, 2007: Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Metz B., Davidson O.R., Bosch P.R., Dave R., Meyer L.A. (eds)], Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and  New York, USA., pp. 497-560.
14. IPCC 2007: Zmiana klimatu 2007: Raport Syntetyczny. Wkład grup roboczych I, II i III do Czwartego Raportu Oceniającego Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu, Wydawnictwo IOŚ, Warszawa, 2009.
15. Itokawa H., Hanaki K., Matsuo T., Nitrous oxide production in high-loading biological nitrogen removal process under low COD/N ratio condition, Water Research, 35 (3), 2001, pp. 657–664.
16. Kampschreur M. J., Temmink H., Kleerebezem R., Jetten M.S.M., van Loosdrecht M.C.M., Nitrous oxide emission during wastewater treatment, Water Research, Vol. 43, 2009, pp. 4093-4103.
17. Kampschreur M.J., van der Star W.R.L., Wielders H.A., Mulder J.W., Jetten M.S.M., van Loosdrecht M.C.M., Dynamics of nitric oxide and nitrous oxide emission during full-scale reject water treatment, Water Research, 42 (3), 2008, pp. 812–826.
18. Keller J., Hartley K., Greenhouse gas production in wastewater treatment: process selection is the major factor, Water Science and Technology, Vol. 47, No 12, pp. 43–48.
19. Miksch K., Sikora J., Biotechnologia ścieków, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2010, s. 53.
20. Mosier A., Kroeze C., Nevison C., Oenema O., Seitzinger S., van Cleemput O., An overview of the revised 1996 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventory methodology for nitrous oxide from agriculture, Environmental Science and Policy, 2 (3), 1999, pp. 325–333.
21. Prendez M., Lara-Gonzalez S., Application of strategies for sanitation management in wastewater treatment plants in order to control/reduce greenhouse gas emissions, Journal of Environmental Management, no 88, 2008, pp. 658–664.
22. Podedworna J., Umiejewska K., Technologia osadów ściekowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2008.
23. Polityka Klimatyczna Polski, Strategie redukcji emisji gazów cieplarnianych w Polsce do roku 2020, Ministerstwo Środowiska, Warszawa 2003.
24. Raport Głównego Urzędu Statystycznego, Ochrona Środowiska 2011, Departament Badań Regionalnych i Środowiska, Warszawa, 2011, www.stat.gov.pl
25. Rodriguez-Garcia G., Hospido A., Bagley D.M., Moreira M.T., Feijoo G. A methodology to estimate greenhouse gases emissions in Life Cycle Inventories of wastewater treatment plants, Environmental Impact Assessment Review, Vol. 37, 2012, pp. 37-46.
26. Sadecka Z., Podstawy biologicznego oczyszczania ścieków, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2010, s. 178-187.
27. Snip L., Quantifying the greenhouse gas emissions of waste water treatment plants, Environmental Sciences, Netherlands, 2010, pp. 8-13.
28. Thomsen M., Lyck E., Emission of CH4 and N2O from Wastewater Treatment Plants (6B), NERI Technical Note, no. 208, Denmark, 2008.
29. Quan X., Zhang M., Lawlor P.G., Yang Z., Zhan X., Nitrous oxide emission and nutrient removal in aerobic granular sludge sequencing batch reactors, Water Research , Vol. 46, 2012, pp. 4981-4990.
30. Wilk J., Wolańczyk F., Problemy energetyczne wykorzystania odpadów z oczyszczalni ścieków, Polityka Energetyczna, tom 11, zeszyt 2, 2008, 139-149.
31. Yerushalmi L., Haghighat F., Shahabadi M.B., Contribution of On-Site and Off-Site Processes to Greenhouse Gas (GHG) Emissions by Wastewater Treatment Plants, World Academy of Science, Engineering and Technology 30 2009, pp. 613-617.
32. http://www.managenergy.net/download/nr317.pdf [dostęp: 25.06.2013]
33. http://www.mos.gov.pl/g2/big/2009_04/40d7b7e72383c6785294c36f84270c48.pdf [dostęp: 26.06.2013 r.]