Обозначенную здесь как водовод

---

1. Введение
Очистные сооружения (СОСВ) и биогазовые установки (БГП) являются значительными
источниками CH4 с общей долей около 40% в секторе отходов (по состоянию на
2019 г.)
(FOEN, 2021b).
КОС включают механическую, биологическую и химическую
стадию очистки сточных вод
(Gujer, 2007),
обозначенную здесь как водовод.
Твердые вещества, удаляемые из водопровода во время очистки, направляются в
линию шлама, где происходит обезвоживание, анаэробное сбраживание и хранение
ила. На очистных сооружениях CH4 в основном производится в линии шлама и в
линии энергии, т.е. при сжигании
Антропогенные выбросы CH4, основными источниками которых являются сельское
хозяйство (главным образом от жвачных животных и рисовых полей), добыча
ископаемого топлива, свалки и отходы, составляют 50–65% от общего объема
выбросов CH4
(Stocker et al., 2013).
В рамках пересмотренного Закона о выбросах
CO2 и Киотского протокола Швейцария обязана регулярно отчитываться о
текущем состоянии своих выбросов парниковых газов, включая CH4 , в отношении указанных
домашняя страница журнала:
www.journals.elsevier.com/atmospheric-environment-x
Списки содержания доступны на
сайте ScienceDirect
целевые показатели сокращения
(FOEN, 2021a).
Сектор отходов является вторым
по важности источником выбросов CH4 в Швейцарии после сельского хозяйства.
Метан (CH4) является важным парниковым газом (ПГ) с потенциалом
глобального потепления в 28 раз выше, чем у двуокиси углерода (CO2).
1
1
1
1
1
у-
1
1
1
до н.э
Атмосферная среда: X
Институт географии Бернского университета, Hallerstrasse 12, 3012 Берн, Швейцария d
б
а
с
Использование метода обратной дисперсии для определения выбросов метана
биогазовыми установками и очистными сооружениями со сложными конфигурациями
источников
1
Обратный лагранжев стохастический
Центр исследований изменения климата Эшгера, Бернский университет, Hochschulstrasse 4, 3012 Берн, Швейцария
Газоискатель
¨
Перестраиваемый диодный лазер с открытым трактом
Школа сельскохозяйственных, лесных и пищевых наук HAFL, Бернский университет прикладных наук, Лангассе
Ключевые слова:
Комбинация источников
85, 3052 Цолликофен, Швейцария
Анаэробное пищеварение
Группа по климату и сельскому хозяйству, Agroscope, Reckenholzstrasse 191, 8046 Zürich, Швейцария
¨
, Кристоф Хани
¨
Стефан Бронниманн
Томас Куппер
,
,
,
Кристоф Амманн
Марсель Бюлер
a,b,c,*,1
(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
и 0,61 кг ч–
¨
* Соответствующий автор. Школа сельскохозяйственных, лесных и пищевых наук HAFL, Бернский университет прикладных наук, Ланггассе 85, 3052, Цолликофен, Швейцария.
и в пересчете на популяционные эквиваленты (PE) 166 г PE-
соответственно. Выбросы CH4 BGP варьировались от 0,39 кг ч– до 2,22 кг ч–
https://doi.org/10.1016/j.aeaoa.2022.100161
Поступила
в редакцию 17 августа 2021 г.; Поступила в редакцию 3 февраля 2022 г.; Принято 24 февраля 2022 г. Доступно
онлайн 28 февраля 2022 г.
2590-1621/© 2022 Авторы.
Адрес электронной почты:
[e-mail]
(М. Бюлер).
y , соответствующий
Опубликовано Elsevier Ltd.
Сейчас по адресу: Факультет биологической и химической инженерии Орхусского университета, 8200 Орхус N, Дания.
Это статья в открытом доступе под лицензией CC BY-NC-ND.
АТМОСФЕРНАЯ СРЕДА: Х 13 (2022) 100161
Очистные сооружения (СОСВ) и биогазовые установки (БГП) являются значительными источниками метана (CH4), с общей долей
около 40% в секторе отходов Швейцарского национального кадастра выбросов. Мы провели измерения выбросов CH4 всего
предприятия на двух очистных сооружениях и четырех сельскохозяйственных BGP в Швейцарии с использованием метода
обратной дисперсии (IDM). Это включало измерения концентрации открытым путем с наветренной стороны и с подветренной
стороны завода в сочетании с моделью обратного лагранжевого стохастика (bLS). В частности, очистные сооружения
состоят из нескольких источников CH4 с различной площадью и интенсивностью выбросов. Для комбинации отдельных
источников выбросов в моделировании bLS были применены три различных подхода к расчету с различными уровнями
детализации: (i) один источник на охватывающей площади многоугольника, (ii) равномерная плотность выбросов для всех
областей отдельных источников, (iii) указан относительный вес отдельных источников на основе литературных данных.
Средние выбросы CH4 для СОСВ-1 и СОСВ-2 составили 0,82 кг ч- и 381 г ПЭ- , что составляет менее 5% производства СН4
заводами. Самые высокие цифры были получены из-за измерений в условиях, отличных от нормальных условий эксплуатации.
Выбросы очистных сооружений и БГП соответствуют литературным значениям. Подход (iii) с взвешиванием источников привел
к разнице до 43% для двух очистных сооружений по сравнению с предположением об однородности выбросов. Кроме того, мы
демонстрируем, как можно комбинировать несколько измерений концентрации с открытым трактом и как можно
скорректировать измерения для близлежащих внешних источников CH4, не принадлежащих исследуемым предприятиям.
Результаты настоящего исследования способствуют улучшению данных о выбросах в секторе отходов.
АБСТРАКТНЫЕ
ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ
а
а
г
Machine Translated by Google

---

Таблица
1 Эксплуатационные данные и характеристики шламопровода и энергопровода как основного источника CH4 для СОСВ-1 и СОСВ-2. MC: измерительная кампания. Общая площадь КОС
соответствует многоугольнику, обведенному оранжевым цветом на
рис.
1.
несколько меньше, чем у подключенных жителей. Другой причиной могут быть пассажиры, покидающие зону охвата в рабочие дни.
ЭП КОС-2 рассчитывалась на основе анализа за первые шесть месяцев 2020 года, а не за весь год, как для КОС-1, что могло бы объяснить количество ЭП.
7,50276 E
7 354
14 071
14 365
1 400
672
КОС-1
Общий объем [м3 ]
Используемый объем во время MC [м3 ]
Мусзее-Уртененбах
М. Бюлер и соавт.
Общая площадь очистных сооружений [м2 ]
Эквиваленты населения (PE)a
47.05572 с.ш.
Площадь [м2 ]
400
КОС-2
46,84409 с.ш.
Подключенные жители
Гюрбеталь
Имя
Общий объем метантенка [м3 ]
Резервуары для хранения шлама (открытые)
Добыча газа при MC [м3 d
93
Географические координаты
64
331
7,53964 E
21 803
43 534
33 126
2 200
1 261
1 960
632
]
1
а
2
Атмосферная среда: Х 13 (2022) 100161
2. Материал и методика
КОС-1
(табл .
1,
рис.
1А) расположена в довольно плоском рельефе. Единственным
значительным подъемом по высоте является насыпь от дороги, пересекающей
железнодорожную линию и автомагистраль, расположенную примерно в 110 м к юго-западу
от КОС-1. Между КОС-1 и насыпью паслось 11 телок. Вдоль реки к северо-востоку от
КОС-1 растут деревья. В 300 м к северо-востоку от КОС-1 находится небольшой поселок
с несколькими загонами для крупного рогатого скота (всего 138 голов).
На территории КОС-1 имеется открытое хранилище для дорожных отходов, крытое крышей
(таблица
4). КОС-2 расположена в долине ориентировочно с юга на север. При преобладающих
направлениях ветра на КОС-2 отсутствуют крупные препятствия или возвышения за
пределами территории КОС, которые потенциально могли бы повлиять на турбулентность.
К западу от КОС-2 вдоль реки растут деревья, а в 160 м к северу от КОС-2 находится
небольшой хлев с 29 овцами
(рис.
1Б,
таблица
4).
Измерения с помощью метода обратной дисперсии (IDM), который сочетает в себе
измерения концентрации с наветренной и нисходящей стороны от источника с моделью
атмосферной дисперсии, были успешно проведены для оценки выбросов от стационарных
источников, таких как целые фермы
(VanderZaag et al., 2014; Bühler et al., 2021),
хранилища
навоза
(Flesch et al., 2013)
и BGP
(Flesch et al., 2011; Reinelt et al., 2017; Hrad et al., 2021).
Эти
исследования выявили гибкость в применении измерений IDM различных источников.
Таким образом, IDM является многообещающим вариантом для проведения измерений
выбросов очистных сооружений на всем заводе в течение нескольких недель.
На обеих очистных сооружениях биогаз, произведенный в метантенке, используется в
местной ТЭЦ, а часть тепла используется для обогрева метантенка. Дополнительная
информация о очистных сооружениях приведена в
таблице 1
и вспомогательной информации
1, раздел 1. Измерения проводились непрерывно с 23 сентября 2019 г. по 14 октября 2019 г.
на очистных сооружениях-1 и с 6 мая 2020 г. по 20 мая 2020 г. на очистных сооружениях. -2.
2.1. Экспериментальные участки и периоды
В настоящем исследовании мы провели измерения выбросов CH4 в течение нескольких
дней подряд, используя IDM, использующие измерения CH4 с открытым путем и модель
обратного лагранжевого стохастика (bLS) на двух очистных сооружениях и четырех
сельскохозяйственных BGP в Швейцарии. Все они представляют собой конфигурации
источников большей сложности, поскольку они состоят из нескольких пространственно
распределенных источников, и/или измерения были осложнены влиянием других близлежащих
источников CH4, которые необходимо было
КОС-1 состоит из традиционной обработки активного ила с полной нитрификацией
и денитрификацией с открытыми резервуарами для хранения ила. Эквивалент населения
(ЭН) КОС-1 на момент проведения измерений составил 43 534 человека. КОС-2 состоит из
реактора периодического действия (SBR) с полной нитрификацией и денитрификацией с
открытыми резервуарами для хранения осадка. Численность населения КОС-2 во время
кампаний составляла 14 071 человек. На обеих очистных сооружениях шлам регулярно
эвакуируется и транспортируется на более крупные очистные сооружения для дальнейшей
обработки и утилизации.
Измерения проводились на двух очистных сооружениях и четырех сельскохозяйственных
БГП в Швейцарии. Выбранные очистные сооружения и BGP являются обычными типами
предприятий и могут считаться репрезентативными для предприятий, встречающихся в
Швейцарии. Далее подробно объясняются выбранные очистные сооружения и BGP, а также их
окружение.
биогаза на теплоэлектростанции (ТЭЦ) и в хранилищах биогаза
(Daelman et al., 2012;
Delre et al., 2017).
В дополнение к очистным сооружениям канализационная система также
является значительным источником CH4 в рамках городского управления водными
ресурсами
(Eijo-Río et al., 2015; Mannina et al., 2018).
Сельскохозяйственные биогазовые
установки (BGP) перерабатывают навоз от животноводства, органические остатки от
пищевой промышленности, ухода за ландшафтом и садом, а также отходы общественного
питания. Что касается очистных сооружений, то основными источниками CH4 из BGP
являются анаэробное сбраживание, хранение сырья и дигестатов, а также сжигание биогаза.
Органические отходы подаются непосредственно в анаэробный метантенк, но, в отличие
от большинства очистных сооружений, здесь обычно имеется постреактор и часто
отсутствует баллон для хранения биогаза.
быть исправлено. Мы исследовали влияние сложного распределения источников и
связанных с ними неопределенностей на количественную оценку общих выбросов CH4 от
целых заводов (ОСОС или БГП). Для этого сравнивались разные подходы к объединению
отдельных источников.
Предполагается, что при оптимизированной экспериментальной установке влияние
распределенных множественных источников внутри предприятия невелико и что соседние
внешние источники могут быть отделены от выбросов исследуемого предприятия.
2.1.1. Очистные сооружения сточных вод
Доступны измерения выбросов CH4 от всех очистных сооружений, основанные на прямых
измерениях на выхлопных трубах или косвенно с помощью метода рассеивания
индикаторного газа. Однако первое основано на измерении расхода и концентрации
воздуха из выхлопных труб заводов, где те части очистных сооружений, которые
производят запахи, закрыты, вентилируются, а выходящий из них воздух подвергается
очистке. Тем не менее, не обязательно охватываются все части очистных сооружений, и
поэтому некоторые выбросы очистных сооружений исключаются из измерений
(STOWA, 2010;
Daelman et al., 2012).
Для исследований с использованием метода рассеяния индикаторных
газов использовались мобильные анализаторы для получения поперечного сечения
подветренного шлейфа
(Yoshida et al., 2014; Delre et al., 2017; Samuelsson et al., 2018).
Анализаторы устанавливались на автомобиль. Это подразумевает относительно
короткие периоды измерения, т.е. в основном 5 кампаний измерения в течение ок. от 1
до 6 ч. Таким образом, отсутствуют полные измерения выбросов КОС, включая все
источники за более длительный период времени. Что касается очистных сооружений, то
для BGP для надежных оценок выбросов необходимы данные о выбросах всего предприятия
за длительные периоды измерений, поскольку можно ожидать, что выбросы CH4 из BGP
претерпевают отчетливую изменчивость с течением времени, и это может избежать
кампаний по измерению в течение нескольких дней или даже часы.
Machine Translated by Google

---

2.2. Настройка измерения
Харпер и др. (2011)
рекомендуют размещать GasFinder не менее чем в десять раз
выше измеряемой высоты источника. В нашем случае это соответствует концентрации
концентрации 100–150 м. Обычно мы планировали
2.2.1. Измерение концентрации метана
Измерения концентрации CH4 на всех участках проводились с помощью GasFinder3-
OP (Boreal Laser Inc., Эдмонтон, Канада), которые представляют собой перестраиваемые
диодные лазерные спектрометры с открытым трактом. В качестве световозвращателей
использовались либо семь (БГП-1.1, БГП-2.1, БГП-4), либо двенадцать (БГП-1, КОС-2,
БГП-1.2, БГП 2.2, БГП-3) угловых кубов. Чтобы уменьшить потерю данных из-за несовпадения
лазерного луча с ретрорефлекторами, с 2019 года штативы датчиков и ретрорефлекторов
GasFinder крепились к земле с помощью зажимного набора и базового винта
(дополнительная информация 1, раздел 3). Измеряемая концентрация была
скорректирована с учетом местной температуры и давления воздуха с использованием
зависимостей для конкретного прибора, определенных заводской калибровкой.
Концентрации, измеренные на частоте 0,3–1 Гц, усреднялись по 30-минутным периодам,
а периоды с охватом данных менее 75% (22,5 мин) исключались.
БГП-3 представляет собой стойло на 36 дойных коров, 6 нелирующих дойных коров и 3
нетелей (животноводческое помещение 3). Измерения проводились непрерывно со 2 по 18
декабря 2019 г.
БГП-2 расположена в довольно холмистой местности. Однако перепады высот в
радиусе 250 м вокруг БГП составляют менее 10 м. Рядом с
Выходные концентрации GasFinder имеют погрешность, которую необходимо
исправить (H¨ani et al., 2021).
Следовательно, необходима коррекция смещения и
диапазона отдельных измерений концентрации. Это было достигнуто либо путем
взаимного сравнения использованных искателей газа до или после кампании путем
параллельного размещения искателей газа, либо/и путем использования секторов ветра
во время кампаний, в ходе которых все искатели газа подвергались воздействию
одинаковой фоновой концентрации (дополнительная информация 1, раздел 3 ). ).
Погрешность используемого GasFinder колеблется от 2,1 ppm-m до 10,6 ppm-m
(Hani et
al., 2021).
БГП-2 представляет собой свинарник для откорма и примыкающий к нему круглый
навозохранилище, накрытый тентовой конструкцией. К северо-западу от БГП-2 паслись
нелирующие коровы и телки. На
рис.
2Б обозначена только территория в пределах
пастбища, где животные отдыхали. Измерения проводились непрерывно с 7 июня 2018 г. по
23 июля 2018 г. (BGP 2.1) и с 1 июля 2019 г. по 19 июля 2019 г. (BGP-2.2). Во время обеих
кампаний в загоне находилось 380 свиней на откорме. В первой кампании паслись 8
нелактирующих молочных коров и 8 телок, а во второй кампании паслись 5
нелактирующих молочных коров.
2.1.2. Биогазовые
установки Измерения проводились на четырех различных сельскохозяйственных
БГП. Схематический обзор каждого БГП представлен на
рис.
2. Сельскохозяйственные
БГП содержат не менее 80% (по свежему весу) исходного сырья в виде навоза и
органических остатков сельскохозяйственного происхождения. Остальное
количество составляют органические отходы из несельскохозяйственных источников
для увеличения производства газа. БГП-1, БГП-3 и БГП-4 имеют негерметичное хранилище
дигестата, а накопительный резервуар БГП-2 газонепроницаемый
(табл .
2). На всех БГП в
непосредственной близости находились животноводческие помещения. На каждом BGP
биогаз сжигается на местной ТЭЦ для производства электроэнергии и тепла. Тепло
используется для обогрева варочного котла и других целей, таких как отопление
домов или сушка сельскохозяйственных товаров. На этих четырех площадках не
производилось обогащение биогаза или закачка биогаза в газораспределительные сети.
БГП-1 расположена на склоне, обращенном на северо-восток. Средний наклон склона
составляет около 9%. К юго-западу от фермы на вершине холма находится небольшой
лес. БГП-1 принадлежит ферме с дойными коровами и телками. На этом участке CH4,
поступающий от содержащегося и выпасаемого крупного рогатого скота, может
представлять собой источник CH4 того же порядка, что и источник BGP.
¨
Рядом с фермой расположены жилые и хозяйственные постройки. Во время второй кампании
(БГП-1.2) молочные коровы и телки время от времени паслись на поле к северо-западу от
корпуса
(рис.
2А). Измерения в BGP-1 проводились непрерывно с 21 февраля 2018 г. по 27
апреля 2018 г. (BGP-1.1) и с 30 мая 2019 г. по 19 июня 2019 г. (BGP 1.2). В течение первого
периода присутствовало 38 дойных коров и 17 телок, а во время второго периода - 28
дойных коров и 16 телок.
БГП-3 находится в долине на склоне юго-восточной экспозиции с крутизной около
5%. К северо-западу от БГП-3 расположена откормочная свиноферма (480 голов)
(животноводческое помещение 2 на
рис.
2В), в 300 м к юго-западу находится ферма с 59
дойными коровами и 33 телками (животноводческое помещение 1) и в 130 м к северо-востоку от
2.2.2. Расположение газоанализаторов
БГП-4 расположен на равнине. Однако непосредственно к югу от него находится
склон со средним уклоном около 7%, обращенный на юго-запад. К северо-востоку от
БГП-4 есть лес. В хозяйстве, эксплуатирующем БГП-4, содержится 91 дойная корова и 46
телок, которые либо находились в стойлах, либо паслись на пастбищах вокруг БГП.
Измерения проводились с 10 августа 2018 г. по 11 сентября 2018 г.
М. Бюлер и соавт.
3
Атмосферная среда: Х 13 (2022) 100161
Рис. 1. Схематический обзор двух КОС с розой ветров. А = КОС-1, Б = КОС-2. Роза ветров указывает на повторяемость направлений ветра и скорость
трения u* в каждом секторе направления ветра. dw = по ветру, bgd = фон. Название цифр, обозначающих различные источники КОС, и букв,
обозначающих внешние источники от сооружений, приведены в
Таблице
4. Высота насыпи увеличивается к юго-востоку.
Machine Translated by Google

---

2.2.3. Измерения турбулентности и фильтрация данных .
Характеристики турбулентности регистрировались с помощью акустических
анемометров (Gill Windmaster, Gill Instrument Ltd., Лимингтон, Великобритания), и
данные были исправлены с учетом ошибки программного обеспечения Gill, влияющей на
величину вертикальной составляющей ветра
(Gill Instruments, 2016) . ).
В качестве
вращения вектора ветра использовалось двухосное вращение координат. Данные 10
Гц были усреднены по 30-минутным периодам.
Пункты измерений располагались в ландшафтах с довольно сложным рельефом,
не удовлетворяющим идеализированным предположениям (горизонтальная,
однородная и плоская местность) теории подобия Монина-Обухова (МОСТ). Поэтому
выходные данные модели bLS были отфильтрованы, чтобы избежать нереалистичных
и подверженных ошибкам результатов эмиссии. Для каждого сайта применялась
индивидуальная фильтрация качества. Использовались фильтры для скорости
трения (u*), стандартного отклонения продольного ветра, масштабированного по
u* (σu/u*), стандартного отклонения поперечного ветра, деленного на u * (σv/u*) ,
постоянной Колмогорова структурной функции Лагранжа (C0), Obu
измерения только для одного направления ветра, за исключением БГП-2.2, где мы
спроецировали измерения с двумя преобладающими направлениями ветра. Длина пути
подветренных датчиков и минимальное расстояние между источником и ближайшим
подветренным датчиком приведены в
таблице
3.
БГП-3
маленький
большой средний большой
Площадь БГП [м2 ]
BGP
закрытый
закрытый
газонепроницаемый
закрытый открытый
БГП-1
БГП-4
Размер мощности
1 525
4 924 1
713 3
211
БГП-2
М. Бюлер и соавт.
Хранение дайджестата
Атмосферная среда: Х 13 (2022) 100161
4
Рис. 2. Схематический обзор BGP с розами ветров. A = BGP-1, B = BGP-2, C = BGP-3, D = BGP-4. Роза ветров указывает на повторяемость направлений ветра и скорость трения u* в
каждом секторе направления ветра. Для BGP-1 и BGP-2 наносятся данные о ветре обеих измерительных кампаний. Для БГП-2 красным цветом отмечены позиции газоанализаторов
второй кампании (МК2), которые существенно отличались от позиций первой кампании. Для МК2 БГП-2 выбросы рассчитывались при юго-западном и северо-восточном ветрах. Для
BGP-4 также предполагалось измерять выбросы при юго-западных и северо-восточных ветрах. Для БГП-2 место отдыха скота в пределах пастбища, а для БГП-1 и БГП-4 все пастбище
используется как внешний источник. (Для интерпретации ссылок на цвет в легенде к этому рисунку читатель отсылается к веб-версии этой статьи.)
Таблица
2. Общие характеристики рабочих данных BGP. Размер мощности в соответствии с
выработкой энергии. Малый: < 1000 МВт, средний: 1000–2000 МВт, большой: > 2000 МВт.
Область BGP соответствует закрашенному оранжевым многоугольнику на
рис.
2.
Machine Translated by Google

---

б
а
Северо-восточная сторона
0,2
нет данных
КОС-1
163
БГП-2.1
Дигестер
1,0
Песчаная ловушка
Овечий сарай
0,6
*
0,3
122
151
нет данных
нет данных
М. Бюлер и соавт.
11
с EWS
Открытый склад для подметания дорог
1,8
*
0,3
Северо-восточная сторона
0,1
Вход
73
73
нет данных
БГП-1.1а
БГП-1.2
69
4.0
171
107, 146б
10
*
Осадок перелива
6
7
0,5
0,0
1,0
236
Расположение датчика подветренной стороны
нет данных
0,7
ТЭЦ
нет данных
65, 49, 52 64,
59 145,
125 190,
111 125,
176
69
с ЭГД
4,5
0,4
0,1
Сгуститель для первичного шлама
156
КОС-2
Северо-восточная сторона
9
нет данных
нет данных
320
1,0
99, 143, 109б
6,7
нет данных
1,0
Источник
41
8
КОС-2
274
162
92
Северо-восточная сторона
0,3
3.1
97
КОС-1
120
44
93
0,5
0,0
5
СБР
нет данных
Б
2,4
КОС-1
13
14
0,2
0,3
123
нет данных
КОС-2
4
нет данных
Нет
106
0,3
Вторичный осветлитель
Баллон для хранения биогаза
нет данных
*
Северо-восточная и юго-западная сторона
226
БГП-4
нет данных
А
1501
0,8
*
75, 107
нет
данных 0,2
нет данных
Площадь [м2 ]
Минимальное расстояние до источника [м]
3
нет данных
Сайт
нет данных
нет данных
Северо-восточная сторона
285
КОС-1
Супернатанты
БГП-3
14,7
3,5
нет данных
Резервуары с активным илом
336
0,1
2258
Резервуары для хранения шлама
127
0,0
2
2.2
2,5
*
0,5
КОС-2
0,7
Длина пути по ветру [м]
нет данных
Первичный осветлитель
0,1
808
Северо-восточная сторона
1017
246
0,2
1
Дигестор + ТЭЦ
93
2.2
1,0
БГП-2.2
1,0
нет данных
1,0
12
нет данных
*
Южная сторона
*
КДВ — КУВ
Пи
я
N
я
N
2.3.1. расчеты модели bLS
Xcomb =
расчеты надо умножить
Д
Приборы GasFinder, которые не измеряли достоверную концентрацию CH4, игнорировались
и, таким образом, не объединялись с оставшимися приборами GasFinder.
Если источник (например, очистные сооружения) состоит из нескольких источников,
возможны различные уровни детализации того, как рассчитать общие выбросы. В
настоящем исследовании мы использовали три подхода.
), CUW и CDW
) в зависимости от геометрической конфигурации
по площади A (ед . м
) источника.
длина kohv (L), длина шероховатости (z0), число касаний в пределах области
источника, коэффициент дисперсии (D) и минимальная разность концентраций (ΔC)
между наветренной (фоновой) и подветренной концентрацией. Применяемая
фильтрация качества для каждого сайта приведена в Вспомогательной информации
1, раздел 2.
IDM представляет собой микрометеорологический метод, который сочетает в себе
измерения параметров турбулентности, которые используются в дисперсионной модели, с
измерениями концентрации газа с наветренной стороны и с подветренной стороны
пространственно ограниченного источника.
2.3.3. Объединение нескольких источников
¨
(2)
Q = А
где X либо концентрация C , либо коэффициент дисперсии D для соответствующего
устройства, P = длина пути, гребенка = комбинированный датчик. По количеству
тачдаунов в пределах источника цифры суммировались.
(1)
Q – эмиссия источника (условные единицы СИ кг с
геометрия. Измерения концентрации на открытом пути аппроксимировались серией
точечных датчиков с шагом 1 м вдоль пути.
2.3.2. Объединение нескольких датчиков
Часто на подветренной стороне очистных сооружений и BGP использовалось более
одного устройства GasFinder. Если два или более GasFinder использовались одновременно
Си Пи
С другой стороны, эти устройства GasFinder были объединены после измерения с одним
датчиком, чтобы охватить большую часть выбросного шлейфа и снизить
вероятность ошибочных измерений, поскольку флуктуации в одном устройстве
сглаживаются. Для каждого 30-минутного интервала бралось средневзвешенное
значение длины пути датчиков по измерениям концентрации и значениям D
(уравнение
(2)),
концентрации с наветренной (фоновой) и подветренной сторон (кг ·м–
коэффициент рассеяния ( см·м– ) источника и датчика, а также от
микрометеорологических условий. Чтобы получить выбросы в кг·с
) и Д
В качестве дисперсионной модели использовалась стохастическая модель обратного
Лагранжа (bLS), описанная
Flesch et al. (2004)
был использован для моделирования коэффициента
дисперсии D (уравнение
(1))
для каждого отдельного источника и каждого датчика с
открытой трассой на основе фактических измерений турбулентности и соотношения источник-датчик.
длина. Для каждого из этих точечных датчиков и каждого интервала излучения
было рассчитано и проанализировано 50 000–250 000 обратных траекторий на предмет
приземлений в пределах области источника. Моделирование проводилось с помощью
2.3. bLS-моделирование и пост-расчеты
Пакет R bLSmodelR
(Hani et al., 2018),
доступен по адресу
https://github.com/ChHaeni/
bLSmodelR .
1
1
2
1
3
5
Атмосферная среда: Х 13 (2022) 100161
Длина пути GasFinder на севере была увеличена на запад, а длина пути GasFinder на востоке была уменьшена по сравнению с BGP-1.1. В
Датчик на юго-западной стороне BGP-2.2, измеряющий концентрацию с подветренной стороны при северо-восточном ветре.
Таблица
3. Длины путей и минимальное расстояние между любым источником и путем измерения для всех участков. Несколько цифр обозначают более одного пути
(рис.
1. 2).
На
рис.
2А показана настройка BGP-1.2.
Таблица
4 Данные, используемые для объединения нескольких источников с подходами EHD и EWS для двух очистных сооружений. Число, указанное в первом столбце, указывает местоположение источника на
рис.
1. wi =
относительный коэффициент выбросов по отношению к резервуарам для хранения шлама, использованным в уравнении.
(5).
Буквами указаны внешние источники. NA = Этот источник не существует на соответствующей
станции очистки сточных вод.
*
= не подходит для объединения нескольких источников.
Machine Translated by Google

---

я=1
Qвнешний я
N
Qобщ =
N
Внешний я
ΔCобщ
Qобщ = N
я
с
Ци
я=1 ( wi Di
я
я=1
ΔCвнешний i
М. Бюлер и соавт.
1
1 1 для КОС-1 и КОС y-
1
3
Атмосферная среда: Х 13 (2022) 100161
6
Резервуары для хранения шлама использовались в качестве эталонных источников.
Литературные данные, использованные для указанных выбросов, приведены в Справочной
информации 1, раздел 1.
(ХПК) для КОС-1 составила 1,9 г м–
= Внешний i
Д
КОС-2, он составлял 4,0 г м– .
Обе КОС показали аналогичную картину выбросов с более низкими выбросами в
ночное время, максимальными выбросами утром около 8:00, а затем снижением
выбросов до позднего вечера
(рис.
4). Данные измерений можно найти во
вспомогательной информации 2.
2.3.4. Обработка внешних источников
и 0,61 ± 0,08 кг ч–
(6)
ΔВЗД внешний i ) ( CUW
Для выпаса крупного рогатого скота мы использовали два разных подхода к
определению исходного полигона в модели bLS. Если скот имел ограниченный по времени
доступ к пастбищу, мы использовали все пастбище в качестве исходного полигона
(BGP-1.2 и BGP-4). Однако, если животные находились на улице 24 часа в сутки в
течение нескольких дней, мы использовали площадь, на которой они обычно отдыхали,
только как исходный полигон. Это подтверждает
Kilgour (2012),
который обнаружил,
что если крупный рогатый скот находится на пастбище весь день, он тратит около
трети своего времени на выпас и большую часть оставшегося времени лежит (отдыхает и пережевывает пищу).
(i) ESP: выбросы с одним полигоном. При таком подходе очистные сооружения
рассматриваются как единый полигональный источник, который охватывает
все отдельные источники.
3. Результаты
Qi = Qref wi
3.1.1. Обзор выбросов
(ii) EHD: Выбросы с однородной плотностью выбросов. Для этого подхода
предполагается, что отдельные области источников имеют одинаковую
плотность выбросов (т. е. одинаковые выбросы на площадь). (iii) EWS: Выбросы
со взвешенными источниками. Для этого подхода для отдельных областей
источников определены относительные выбросы.
вклад в общий выброс Qtot КОС (уравнение
(3)):
1 1
166 ± 31 г ПЭ- y- 2
соответственно. Выбросы CH4 масштабируются по химическому потреблению кислорода
3 притока или 0,7% ХПК. За
Поскольку количество достоверных данных не было равномерно распределено в
течение дня и поскольку выбросы могли иметь суточный характер, были рассчитаны
среднесуточные выбросы
(рис.
4). Среднесуточные выбросы CH4 ± стандартное
отклонение (при подходе EWS) составили 0,82 ±
ESP соответствует многоугольнику, обведенному оранжевым цветом на
рис. 1 ,
и
для расчета выбросов уравнение.
(1)
используется. Подходы EHD и EWS рассчитываются
следующим образом:
Полный вывод Qtot приведен в приложении. Отметим, что подходы EHD и EWS
отличаются только определением wi. wi и Ai для расчета Qtot с использованием
подходов EHD и EWS приведены в
таблице
4.
общие выбросы СОСВ можно рассчитать по уравнению.
(5):
АБГП (7)
Ай )
Для расчета wi для EWS использовались литературные данные. В зависимости
от источника выбросы из литературных данных были приведены к соответствующим
очистным сооружениям с эквивалентом населения (PE) или с площадью.
(3)
притока или 1,5% ХПК.
в основном содержали домашний скот или пасли скот. Этот вопрос проиллюстрирован
на примере BGP-3
(рис.
2C). В нескольких метрах к северо-западу от БГП-3 размещены
откормочные свиньи (полигон 2 на
рис.
2С), в 300 м к юго-западу (1) и в 130 м к северо-
востоку (3) от БГП размещен крупный рогатый скот. Выбросы от внешних источников
(1, 2, 3) искажают измерения концентрации и, таким образом, изменяют определенные
выбросы BGP. Моделирование модели bLS также включало (в дополнение к исходному
полигону BGP) расчеты для всех внешних источников. Для каждого пути измерения
GasFinder (по наветренной и поветренной сторонам) был доступен коэффициент
дисперсии Dexternal i . Вместо непосредственного расчета эмиссии БГП по измеренной
разности концентраций (уравнение
(1)),
было смоделировано частичное влияние
внешних источников (Qexternal i) на измеренные концентрации (уравнение
(6)).
Каждый выброс отдельного источника Qi в пределах КОС кон.
Для очистных сооружений был проведен простой анализ чувствительности
подхода EWS. Для этого wi одного отдельного источника умножался или делился
на 4, а другой wi сохранял исходное значение. Затем полученные выбросы
сравнивались с первоначальными выбросами очистных сооружений. Для анализа мы
использовали коэффициент 4, поскольку указанные выбросы по литературным
данным в среднем примерно в четыре раза больше и в четыре раза меньше
минимального и максимального значения соответственно.
,
( КДВ -
Зачастую использование ИДМ для измерения выбросов внешних источников
было невозможно из-за их слишком близкого расположения к целевому источнику
или по другим причинам. В таких случаях выбросы внешних источников должны были
определяться на основе литературных значений. Выбросы от энтеральной
ферментации свиней основаны на значениях национальной инвентаризации, а для
крупного рогатого скота – на модели, в которой учитываются удои с поправкой на
возраст и энергию
(FOEN, 2021b).
Коэффициенты выбросов для хранилищ навоза
основаны на
Kupper et al. (2020).
Эти заданные выбросы могут отличаться от выбросов
газа, происходящих в действительности, и, таким образом, вносить
неопределенность в выбросы в исследуемом источнике. Мы приняли общую
неопределенность 20% для внешних выбросов CH4 и их значений ΔCexternal .
Различные подходы объясняются на примере очистных сооружений.
Затем эмиссия от BGP была рассчитана как (уравнение
(7)):
При значениях wi и площадей Ai отдельных источников
На каждом участке источники CH4 находились в непосредственной близости,
не относящейся к очистным сооружениям или BGP. Это проблема, если влияние выбросов
CH4 от внешнего источника на измерения концентрации с наветренной стороны и с
подветренной стороны различается. Эти выбросы необходимо скорректировать при
расчете выбросов для очистных сооружений и BGP. Внешние источники были
ΔCUW внешний i )
(4)
(5)
Подход ESP был использован для BGP, поскольку их компоненты (хранилище,
метантенк, ТЭЦ и т. д.) расположены близко друг к другу, а общая протяженность
установок относительно невелика
(рис.
2). Это не относится к очистным
сооружениям, где общая площадь станции и расстояние между отдельными
источниками больше. На очистных сооружениях отдельные источники различаются
по плотности выбросов, например, ожидается, что выбросы из резервуаров для хранения
осадка будут значительно выше на единицу площади, чем выбросы из вторичных
отстойников. Таким образом, использование заданных относительных выбросов
является более подходящим решением. Таким образом, для расчета выбросов от
очистных сооружений использовался подход EWS, хотя также применялись подходы
ESP и EHD, и расчеты сравнивались с результатами подхода EWS.
Мы предполагаем, что известны относительные мощности выбросов wi относительно
эталонного источника Qref , который является источником на территории КОС (уравнение
(4)):
QBGP =
3.1. Выбросы от очистных сооружений
0,15 кг ч– для КОС-1 и КОС-2 соответственно. Выбросы в пересчете на эквивалент
населения (PE) составили 381 ± 17 г PE–
Было 398 и 280 действительных получасовых значений выбросов для КОС-1 и
КОС-2 соответственно. Это соответствует средней потере данных 50 % и 53 % для
СОСВ-1 и СОСВ-2, соответственно, из-за качественной фильтрации или отказа
GasFinder. Для обеих очистных сооружений потери данных ночью были в два-три раза
больше, чем днем
(рис.
3).
Machine Translated by Google

---

и 0,60 кг ч-
и 2,22 кг ч-
соответственно. Для метода EHD среднесуточные выбросы для СОСВ-1 и СОСВ-2
будут составлять 1,17 кг /час или 236 г PE- y- циклы двух методов также
приведены на
рис.
4.
. Самые высокие цифры обусловлены
и 375 г ПЭ-
0,39 кг ч–
при условиях, отличных от нормальных (OTNOC). Выбросы без обработки внешних
источников существенно выше для БГП-1, но находятся в том же диапазоне для
БГП-2 и ниже для БГП-3, чем среднее значение, включающее поправку
(таблица
6). На
рис. 5
показан большой разброс почасовых выбросов BGP.
и 0,62 кг ч-
Простой анализ чувствительности показал, что для КОС-1 источниками,
наиболее чувствительными к суммарным выбросам КОС, являются песколовки и
шламонакопители. Резервуары с активным илом и первичный отстойник имеют
меньшую чувствительность к общему выбросу. Все остальные источники
имеют незначительное влияние или вообще не влияют на общий выброс. Для КОС-2
3.1.2. Объединение нескольких источников
варочный котел + ТЭЦ и песколовка имеют наибольшую чувствительность к
общему объему выбросов завода. Все другие источники имеют лишь небольшое
или незначительное влияние на общий выброс КОС согласно анализу
чувствительности
(Таблица
5).
и 2,95 кг ч-
соответственно или 202 г ПЭ-
3.2. Выбросы биогазовых установок
Количество действительных получасовых значений выбросов для
измерительных кампаний на BGP варьировалось от 78 до 310, а потери данных
— от 77% до 91% соответственно
(таблица
6). Средние выбросы CH4
варьировались в пределах 0,44 кг ч– , а средние выбросы CH4 – между
Для BGP-4 процедура расчета дала преимущественно физически
неправдоподобные результаты, скорее всего, из-за потенциально сильного,
но разного влияния пастбищного скота между BGP и измерениями концентрации.
Таким образом, никаких значимых результатов не может быть показано. Более
подробная информация по этому вопросу представлена в разделе
4.3.1.
Для обеих очистных сооружений выбросы рассчитывались всеми тремя
подходами в соответствии с разделом
2.3.3.
Для метода ЭЦН среднесуточные
выбросы для КОС-1 и КОС-2 составят 1,01 кг 1 час-
и 388 г ПЭ-
Данные измерений можно найти во вспомогательной информации 2.
, соотв.
соответственно. Дневной
,
М. Бюлер и соавт.
1
1
ч-
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
у-
1
у-
1
у-
1
1
1
Атмосферная среда: Х 13 (2022) 100161
7
выбросы на звездочку. ЭЦН (13,58 кг ч-
), СРП
), ЭГД (6,54 кг ч
). Для КОС-2 есть
), ЭГД (14,48 кг ч-
(12,69 кг ч- и 13,78 кг ч-
один выброс на
звездочку). В хронологическом порядке: ЭСП (6,63 кг
ч- и 5,32 кг ч- и
и 5,04 кг ч-
). (За
Рис. 3. Доля потери данных интервалов выбросов ИДМ после фильтрации данных в виде суточных циклов для двух очистных сооружений. Более высокая полоса означает более высокую потерю данных.
5,31 кг ч-
интерпретация ссылок на цвет в легенде к этому
рисунку, читатель отсылается к веб-версии этой
статьи.)
), EWS (6,35 кг ч-
Рис. 4. Суточный цикл выбросов CH4, рассчитанный с
использованием трех различных подходов для двух
очистных сооружений, представленный в виде коробчатой
диаграммы. ESP (оранжевый), EHD (красный) и EWS (синий).
Красными звездочками отмечены выбросы, которые
превышают 10 кг ч- и 3 кг ч- для
КОС-1 и КОС-2
соответственно. Для КОС-1 два и 14,87 кг
и 16,24 кг ч-
Machine Translated by Google

---

16 европейских очистных сооружений в диапазоне 140–1339 г ПЭ–
Таким образом, общая неопределенность для каждой площадки была оценена в
предположении, что неопределенности, вносимые моделью bLS, внешними источниками и
подходом EWS, являются независимыми. Используя соответствующие значения для
каждой площадки, общая неопределенность выбросов КОС-1 и КОС-2 составила 36% и
27% соответственно. Для BGP общая неопределенность выбросов колеблется от 25% до
30%. Обратите внимание, что в разделе
3.1.1
дана точность среднесуточных выбросов
очистных сооружений, а не рассчитанная здесь неопределенность (или точность).
Выбросы CH4 от 177 г ПЭ -1 и КОС-2,
соответственно, находятся в пределах диапазона литературных данных. По сравнению
с этими данными выбросы КОС-1 находятся на нижнем уровне. Что касается ХПК во
входящем потоке, выбросы 0,7% и 1,5% хорошо согласуются с литературными данными. В
целом, измеренные выбросы, наблюдаемые в настоящем исследовании, соответствуют
исследованиям, проведенным
для очистных сооружений
4.1.1. Сравнение с литературными данными
Daelman et al. (2012), Daelman et al. (2013), Делре и др. (2017), Samuelsson et al. (2018),
Scheutz and Fredenslund (2019), STOWA (2010)
и
Yoshida et al. (2014)
сообщили о средних
выбросах CH4 от . Среднее ). масштабируется
из этих 16 СОСВ составлял 458 г ПЭ- (медиана: 324 г ПЭ- к ХПК во
входящем потоке, средние выбросы составляли 0,9% с диапазоном 0,3–1,7%). 16 СОСВ имеют
размер от 40 000 до 805 000 ПЭ, а сточные воды были в основном бытового
происхождения.Подробный обзор данных о выбросах этих предприятий представлен в