污水处理厂是温室气体(GHG)排放的重要来源。在污水处理过程中,温室气体主要包括直接排放的化石源CO2、CH4和N2O,以及由于处理过程中添加化学品和电力等能源消耗而产生的间接排放。现阶段我国污水处理行业温室气体总排放清单、主要排放位点的研究并不完善,温室气体种类研究较为单一;非化石源CO2排放不纳入温室气体清单,而我国现有研究和联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)未对化石源CO2做出定量评价,导致直接排放的温室气体清单总量不明;另外,缺少调控工艺和运行参数有效缓解温室气体排放的办法。为此,本文研究我国城市污水处理典型工艺温室气体总排放特征,揭示化石源碳的分布特征和CO2排放量,从工艺选取、操作参数调控和政策策略方面为温室气体系统评价和减排提供技术方案和建议。本文首先系统研究了城市污水处理两个典型污水处理工艺:缺氧/好氧(A/O)和SBR工艺温室气体现场排放特征。研究表明,按温室气体排放量(二氧化碳当量,CC2-eq)计算,A/O工艺的温室气体总排放量为404.93 gCO2-eq/m3污水,低于SBR工艺温室气体总排放量864.98 gCO2-eq/m3污水。其中,直接温室气体排放量在A/O和SBR工艺分别为199.12 gC02-eq/m3污水和534.93 gCO2-eq/m3污水。间接温室气体排放量SBR比A/O高,但两个污水处理工艺的间接温室气体排放变化范围较小,主要来自曝气单元的能耗。此外,直接温室气体排放主要来源于曝气单元的生物降解和曝气吹脱作用。在直接排放温室气体中,A/O和SBR工艺中曝气单元排放的N2O(转化为CO2-eq)分别占温室气体总排放量的43.5%和55.6%。采用碳同位素技术和污水处理厂的碳平衡计算,揭示了我国4个污水处理厂水相、气相和活性污泥中化石碳的存在和转化情况。结果表明,4个典型污水处理厂的进水中总有机碳(TOC)的26.6～30.8%和出水中的20.6～34.4%为化石来源。污泥相中化石源碳含量较少,仅有9.0～12.2%。从而导致了化石源碳更倾向于转化为气态CO2,这部分化石源CO2占CO2总排放的29.59～51.80%。化石源CO2对A/O和SBR温室气体直接排放贡献值分别达到了 24.3～29.0%和11.1～13.8%。曝气阶段是污水处理厂N20排放主要的控制点位,为了更好地研究污水处理过程中温室气体的影响因素和减排策略,本文研究了污水处理厂N20在曝气段的影响因素。利用配有曝气控制系统的A2/0工艺中试设备,研究对污水处理过程中好氧前段不同溶解氧(DO)下N2O排放的变化。研究表明,实际A2/O中N2O排放因子为进水总氮负荷的0.74%。而当好氧段前1/3处DO为1.25～2.11 mg/L时(相对控制曝气速率为3.0～5.0 m3/m3水/h),改变DO至1.88 mg/L时,N2O最低排放因子为进水总氮负荷的0.30%,大幅削减了 N2O的排放。好氧池过量DO或过大曝气速率不仅不能提高污染物去除效率,反而会造成反硝化过程中混入DO从而抑制反硝化过程,导致缺氧池N2O积累。另一方面,由氨氧化细菌(AOB)主导的短程硝化(PN)是一种有效的氨氧化处理工艺。不同温度对AOB活性具有显著的影响,并对温室气体N20的排放具有一定的影响作用。本文利用富集AOB的PN-SBR,采用分批进水的方式研究在5个不同温度(30-25-20-15-10℃)下N2O的排放情况。结果表明,当温度降低时氨氧化速率(AOR)呈指数型下降。N2O的排放也受到温度的影响而下降(25～10℃),但N2O的排放系数在第一段进水周期内受到明显的影响,这是由于AOB从缺氧阶段的低活性期突然转变为高活性期。另外25℃时,硝化细菌中的亚硝氮还原酶和一氧化氮还原酶的催化活性高,可能会触发硝化细菌的反硝化作用产生更多的N2O。通过加强污水处理温室气体排放监督管理、系统化研究污水处理过程中温室气体排放清单、健全污水处理厂温室气体排放模型、优化工艺运行参数、改进曝气设备效率等策略可实现污水处理温室气体排放控制和减排。