一种基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法

1.本发明属于市政环境管理技术领域，尤其涉及一种基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法。


背景技术：

2.ipcc的第六份评估报告强调了甲烷带来的气候挑战，甲烷占目前人为温室气体驱动的变暖的0.5℃，约三分之一，仅次于二氧化碳。在各种甲烷排放源中，微生物源估计会释放300-400百万吨每年的甲烷排放量，或超过甲烷总排放量的50％。
3.废水含有高有机含量，使其成为甲烷的重要微生物来源，2015年污水处理厂排放了全球非二氧化碳温室气体排放的9.6％。除了污水处理厂外，向污水处理厂输送污水的下水道是另一个关键的甲烷来源，但量化污水收集系统的甲烷排放的研究有限。yuan等人对澳大利亚两种不同的上升主下水道进行了监测，证明下水道系统产生了大量的甲烷。一项对城市街道空气的分析也证实了下水道管道释放的生物甲烷。shah等人试图通过直接测量来自排放人孔的甲烷气体通量来量化下水道系统的甲烷排放。目前大部分专利申请以下水道甲烷监测、收集设备为主，如专利公开号cn111912935a发明了一种可监测下水道沼气含量的智能井盖，结构设计简单、可在线对下水道甲烷浓度进行实时监测，一旦发生甲烷浓度超过预设值，将实时向服务器上传报警信号，专利cn209778852u则公开了一种城市道路下水道甲烷分离收集装置，其采用向下排空气法将城市道路下水道中空气中的甲烷收集出来，主要通过上过滤体和下过滤体过滤空气杂质和水分，处理后的水通过出水阀排出，实现了甲烷资源的回收利用。
4.然而，下水道中产生的甲烷将被释放到重力污水管道、泵站或污水处理厂入口的大气中，因为在下水道中没有发现显著的甲烷汇或甲烷营养活动。因此，虽然在某一点位测量甲烷浓度具有较高的精度，但很难将甲烷测量结果归因于究竟是废水的生物生成、破损下水道的泄漏抑或是重力管道中的气体扩散，这对于整个城市下水道系统中甲烷排放量的宏观估算并不适用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法，采用排放因子法为基础从宏观角度计算下水道甲烷排放量，方法简单，可操作性强。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法，包括以下步骤：
7.获取待测区域的相关信息，所述相关信息包括城市人口信息、城市污水处理和污水排放信息；
8.获取待测区域的产污系数，基于所述相关信息和所述产污系数获取污染物产生量；
9.获取待测区域的下水道甲烷排放因子，基于所述污染物产生量和所述下水道甲烷
排放因子，采用排放因子法获取待测区域的下水道甲烷排放总量。
10.可选的，所述相关信息的来源包括：
11.所述城市人口信息从《城市建设统计年鉴》获取，所述城市人口信息包括城镇常住人口和暂住人口，镇常住人口和暂住人口相加为计算参数所需城镇总人口数；
12.所述城市污水处理和污水排放信息包括污水排放量、污水处理量、污水处理厂进水口bod年均浓度；所述污水排放量和所述污水处理量均从《城市建设统计年鉴》获取，所述污水处理厂进水口bod年均浓度由目标城市当地所有污水处理厂的一年连续监测数据经过加权平均获得。
13.可选的，获取待测区域的产污系数的方法为：
14.α＝k
·
β(1)
15.其中，α为产污系数，克bod/天；k为bod与化学需氧量(cod)的比值，k取值参考《省级温室气体清单编制指南》；β为排放生活废水中cod的日人均负荷，克cod/天。
16.可选的，基于所述相关信息和所述产污系数获取污染物产生量，所述污染物产生量包括：待测区域产生的生活污水中的bod总量、污水处理的bod总量、直接排放至地表水的bod总量以及被下水道降解的bod总量。
17.可选的，获取污染物产生量的方法为：
18.m0＝365
·
α
·
p/100 (2)
19.m1＝0.01
·
q1·
c (3)
20.m2＝0.01
· (q
0-q1)
·
c (4)
21.m3＝m
0-m
1-m
2 (5)
22.其中，m0为生活污水中bod总量，单位为吨；m1为污水处理的bod总量，单位为吨；m2为直接排放至地表水的bod总量，单位为吨；m3为被下水道降解的bod总量，单位为吨；α为产污系数，p为参数所需城镇总人口数，q0为污水排放量，单位为万立方米；q1为污水处理量，单位为万立方米；c为污水处理厂进水口bod年均浓度。
23.可选的，获取待测区域的下水道甲烷排放因子具体包括：收集所述待测区域的年均温，根据所述待测区域的年均温获取所述待测区域的温度范围，根据所述温度范围获取对应的下水道甲烷排放因子。
24.可选的，获取待测区域的下水道甲烷排放因子的方法为：
25.efj＝b0·
mcf
j (6)
26.mcfj＝-0.0009t2+0.0422t-0.0019 (7)
27.其中，efj为下水道甲烷排放因子，b0为甲烷最大生产能力，单位为吨甲烷/吨bod；mcfj为修正因子；t为温度，单位为摄氏度。
28.可选的，采用排放因子法获取待测区域的下水道甲烷排放总量的方法为：
29.g2＝m3·
efj＝m3·
b0·
mcf
j (8)
30.其中，g为下水道甲烷排放总量，单位为吨；m3为被下水道降解的bod总量，单位为吨；efj为下水道甲烷排放因子，b0为甲烷最大生产能力，mcfj为修正因子。
31.本发明技术效果：本发明公开了一种基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法，采用排放因子法为基础从宏观角度计算下水道甲烷排放量，方法简单，可操作性强，且从下水道甲烷的产生机理计算，避免了其他专利和研究只能进行小范围测量的局限
性和由测量带来的误差，进一步推动了城市下水道甲烷的量化评估工作。
附图说明
32.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
33.图1为本发明实施例基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法的流程示意图。
具体实施方式
34.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
35.需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
36.如图1所示，本实施例中提供一种基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法，包括以下步骤：
37.获取待测区域的相关信息，所述相关信息包括城市人口信息、城市污水处理和污水排放信息；
38.获取待测区域的产污系数，基于所述相关信息和所述产污系数获取污染物产生量；
39.获取待测区域的下水道甲烷排放因子，基于所述污染物产生量和所述下水道甲烷排放因子，采用排放因子法获取待测区域的下水道甲烷排放总量。
40.进一步优化方案，所述相关信息的来源包括：
41.所述城市人口信息从《城市建设统计年鉴》获取，所述城市人口信息包括城镇常住人口和暂住人口，镇常住人口和暂住人口相加为计算参数所需城镇总人口数；
42.所述城市污水处理和污水排放信息包括污水排放量、污水处理量、污水处理厂进水口bod年均浓度；所述污水排放量和所述污水处理量均从《城市建设统计年鉴》获取，所述污水处理厂进水口bod年均浓度由目标城市当地所有污水处理厂的一年连续监测数据经过加权平均获得。
43.进一步优化方案，获取待测区域的产污系数的方法为：
44.α＝k
·
β(1)
45.其中，α为产污系数，克bod/天；k为bod与化学需氧量(cod)的比值，k取值参考《省级温室气体清单编制指南》；β为排放生活废水中cod的日人均负荷，克cod/天。
46.进一步优化方案，基于所述相关信息和所述产污系数获取污染物产生量，所述污染物产生量包括：待测区域产生的生活污水中的bod总量、污水处理的bod总量、直接排放至地表水的bod总量以及被下水道降解的bod总量。
47.进一步优化方案，获取污染物产生量的方法为：
48.m0＝365
·
α
·
p/100 (2)
49.m1＝0.01
·
q1·
c (3)
50.m2＝0.01
· (q
0-q1)
·
c (4)
51.m3＝m
0-m
1-m
2 (5)
52.其中，m0为生活污水中bod总量，单位为吨；m1为污水处理的bod总量，单位为吨；m2为直接排放至地表水的bod总量，单位为吨；m3为被下水道降解的bod总量，单位为吨；α为产污系数，p为参数所需城镇总人口数，q0为污水排放量，单位为万立方米；q1为污水处理量，单位为万立方米；c为污水处理厂进水口bod年均浓度。
53.进一步优化方案，获取待测区域的下水道甲烷排放因子具体包括：收集所述待测区域的年均温，根据所述待测区域的年均温获取所述待测区域的温度范围，根据所述温度范围获取对应的下水道甲烷排放因子。
54.进一步优化方案，获取待测区域的下水道甲烷排放因子的方法为：
55.efj＝b0·
mcf
j (6)
56.mcfj＝-0.0009t2+0.0422t-0.0019 (7)
57.其中，efj为下水道甲烷排放因子，b0为甲烷最大生产能力，单位为吨甲烷/吨bod；mcfj为修正因子；t为温度，单位为摄氏度。
58.进一步优化方案，采用排放因子法获取待测区域的下水道甲烷排放总量的方法为：
59.g2＝m3·
efj＝m3·
b0·
mcf
j (8)
60.其中，g为下水道甲烷排放总量，单位为吨；m3为被下水道降解的bod总量，单位为吨；efj为下水道甲烷排放因子，b0为甲烷最大生产能力，mcfj为修正因子。
61.以北京市2019年数据为例。
62.step1.1：北京市2019年总计城市人口1865万人，污水排放量199335.69万立方米，污水处理量197953.87万立方米；
63.step1.2：北京市污水处理厂进水口bod年均浓度c为97.9毫克/升；
64.step2：北京市属于华北地区，k取为0.45，β查表为88克cod/天，则北京市：
65.α＝k
·
β＝0.45
×
88＝39.6(克bod/天)
66.step3.1：北京市产生的生活污水中bod总量m0(单位：吨)：
67.m0＝365
·
α
·
p/100＝365
×
39.6
×
1865
÷
100＝269567.1
68.step3.2：
69.污水处理的bod总量为m1(单位：吨)：
70.m1＝0.01
·
q1·
c＝0.01
×
197953.87
×
97.9＝193796.8
71.step3.3：
72.直接排放至地表水的bod总量为m2(单位：吨)：
73.m2＝0.01
·
(q
0-q1)
·
c＝0.01
×
(199335.69-197953.87)
×
97.9＝1352.8
74.step3.3：
75.被下水道降解的bod总量为m3(单位：吨)：
76.m3＝m
0-m
1-m2＝269567.1-193796.8-1352.8＝74417.5
77.step4.1：北京市下水道甲烷排放因子efj(单位：吨甲烷/吨bod)
78.efj＝b0·
mcfj79.其中，b0为0.6吨甲烷/吨bod；北京市年均气温为13.8摄氏度
80.mcfj＝-0.0009
×
(13.8)2+0.0422
×
(13.8)-0.0019＝0.409
81.具体地，step5的具体实施步骤如下：
82.下水道甲烷产量为g(单位：吨):
83.g2＝m3·
efj＝m3·
b0·
mcfj＝74417.5
×
0.6
×
0.409＝18262。
84.本发明公开了一种基于统计年鉴面板数据的区域下水道甲烷计算方法，采用排放因子法为基础从宏观角度计算下水道甲烷排放量，方法简单，可操作性强，且从下水道甲烷的产生机理计算，避免了其他专利和研究只能进行小范围测量的局限性和由测量带来的误差，进一步推动了城市下水道甲烷的量化评估工作。
85.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。