城镇生活污水厂CO2释放过程中碳同位素组成变化

来源：环境工程技术学报杂志2025年第2期北京时间：

作者：刘建华, 吴洋洋, 刘健, 刘运涛

摘要：生活污水中含有大量有机质，污水处理过程中有机质降解产生大量CO2，是大气CO2重要的源，借助溶解性无机碳碳同位素组成（δ13C-DIC）能够有效阐明水体有机质降解机理和释放CO2过程。但污水厂污水处理过程中的δ13C-DIC变化以及碳同位素分馏情况尚不明确。选择某生活污水处理厂作为研究对象，在污水处理厂不同处理单元采集污水样品，借助溶解性无机碳碳同位素技术和瑞利分馏模型，判断碳同位素分馏机制及CO2释放过程。结果表明：1）污水厂进水的溶解性无机碳（DIC）部分来自碳酸盐岩溶解，DIC浓度〔（7.62±0.16）mmol/L〕为全处理流程中最高，方解石饱和指数最大（0.404）且趋于沉淀，随污水处理过程进行方解石趋于溶解方向；2）污水厂出水δ13C-DIC（均值为−10.45‰±0.28‰）最高，进水δ13C-DIC（均值为−12.40‰±1.07‰）并非最低，且高于生物处理区（厌氧、缺氧区和好氧池），这是因为污水中有机质降解和方解石溶解产生并释放CO2，导致生物处理区污水DIC浓度降低，污水DIC来自有机质降解产生的溶解CO2占比增高，以及污水δ13C-DIC明显降低；3）从好氧区开始，有机物在好氧细菌的作用下快速消耗，CO2大量逸出，DIC浓度显著降低，导致污水中δ13C-DIC升高并伴随着强烈的同位素分馏过程，通过计算得到碳同位素分馏系数为0.992 7。研究结果可为优化城镇生活污水厂碳排放核算提供支撑。

关键词：生活污水处理厂, CO2排放, 碳同位素, 同位素分馏, 瑞利分馏模型