Challenges to Accurate Estimation of Methane Emission from Septic Tanks with Long Emptying Intervals

• DOI: 10.1021/acs.est.3c05724
• Publication Date: 2023-10-19T17:41:01Z
• Authors: Jakpong Moonkawin; Loi T. Huynh; Mariane Y. Schneider; Shigeo Fujii; Shinya Echigo; Lien P. H. Nguyen; Thu-Huong T. Hoang; Hai T. Huynh; Hidenori Harada
• Keywords: Environmental Engineering; Climate Change; Environmental engineering; methane emission; Pollutant; Greenhouse gas; Environmental science; climate change mitigation; Greenhouse Gases; on-site sanitation; Engineering; WASTE-WATER; ANAEROBIC-DIGESTION; methaneemission; pollutant removal; Nitrous Oxide Emission; Biology; Sewage; Microbial Fuel Cells and Electrogenic Bacteria Technology; Ecology; SLUDGE ACCUMULATION; FOS: Environmental engineering; Microbial Nitrogen Cycling in Wastewater Treatment Systems; Building and Construction; Pollution; 6. Clean water; septic tanks; 13. Climate action; greenhouse gas; Septic tank; Earth and Environmental Sciences; FOS: Biological sciences; Physical Sciences; Environmental Science; BIOGAS; long emptying intervals; Anaerobic Digestion and Biogas Production; Methane; Animal science

Les fosses septiques des pays à revenu faible et intermédiaire ne sont souvent pas vidées pendant une longue période, ce qui peut entraîner une mauvaise efficacité d'élimination des polluants et une augmentation des émissions de gaz à effet de serre, y compris le méthane (CH4). Nous avons examiné l'impact des longs intervalles de vidange (4,0-23 ans) sur l'efficacité de l'élimination de la demande biochimique en oxygène (DBO) de 15 fosses septiques d'eaux noires et les taux d'émission de CH4 de 23 fosses septiques d'eaux noires à Hanoi. L'efficacité moyenne d'élimination de la DBO était de 37 % (-2-65 %) et le taux moyen d'émission de CH4 était de 10,9 (2,2-26,8) g/(cap·d). Les intervalles de vidange étaient fortement corrélés négativement avec l'efficacité d'élimination de la DBO (R = -0,676, p = 0,006) et positivement corrélés avec les taux d'émission de CH4 (R = 0,614, p = 0,001). Les taux d'émission de CH4 étaient positivement corrélés avec la profondeur des boues (R = 0,596, p = 0,002), mais contre toute attente, négativement corrélés avec l'efficacité d'élimination de la DBO (R = -0,219, p = 0,451). Ces résultats suggèrent que le raccourcissement de l'intervalle de vidange améliore l'efficacité de l'élimination de la DBO et réduit le taux d'émission de CH4. De plus, l'estimation des émissions de CH4 du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, qui est une conversion positive de l'élimination de la DBO, pourrait être inexacte pour les fosses septiques avec de longs intervalles de vidange. Nos résultats suggèrent que les intervalles de vidange, la profondeur des boues et les facteurs d'émission par habitant reflétant de longs intervalles de vidange sont des paramètres potentiels pour estimer avec précision les émissions de CH4 des fosses septiques.<br/>Septic tanks in low- and middle-income countries are often not emptied for a long time, potentially resulting in poor pollutant removal efficiency and increased greenhouse gas emissions, including methane (CH4). We examined the impact of long emptying intervals (4.0-23 years) on the biochemical oxygen demand (BOD) removal efficiency of 15 blackwater septic tanks and the CH4 emission rates of 23 blackwater septic tanks in Hanoi. The average BOD removal efficiency was 37% (-2-65%), and the average CH4 emission rate was 10.9 (2.2-26.8) g/(cap·d). The emptying intervals were strongly negatively correlated with BOD removal efficiency (R = -0.676, p = 0.006) and positively correlated with CH4 emission rates (R = 0.614, p = 0.001). CH4 emission rates were positively correlated with sludge depth (R = 0.596, p = 0.002), but against expectation, negatively correlated with BOD removal efficiency (R = -0.219, p = 0.451). These results suggest that shortening the emptying interval improves the BOD removal efficiency and reduces the CH4 emission rate. Moreover, the CH4 emission estimation of the Intergovernmental Panel on Climate Change, which is a positive conversion of BOD removal, might be inaccurate for septic tanks with long emptying intervals. Our findings suggest that emptying intervals, sludge depth, and per-capita emission factors reflecting long emptying intervals are potential parameters for accurately estimating CH4 emissions from septic tanks.<br/>Los tanques sépticos en los países de ingresos bajos y medios a menudo no se vacían durante mucho tiempo, lo que puede resultar en una mala eficiencia en la eliminación de contaminantes y un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, incluido el metano (CH4). Examinamos el impacto de los largos intervalos de vaciado (4.0-23 años) en la eficiencia de eliminación de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de 15 tanques sépticos de aguas negras y las tasas de emisión de CH4 de 23 tanques sépticos de aguas negras en Hanoi. La eficiencia media de eliminación de DBO fue del 37% (-2-65%) y la tasa media de emisión de CH4 fue de 10,9 (2,2-26,8) g/(cap·d). Los intervalos de vaciado se correlacionaron fuertemente de forma negativa con la eficiencia de eliminación de DBO (R = -0,676, p = 0,006) y se correlacionaron positivamente con las tasas de emisión de CH4 (R = 0,614, p = 0,001). Las tasas de emisión de CH4 se correlacionaron positivamente con la profundidad del lodo (R = 0,596, p = 0,002), pero en contra de lo esperado, se correlacionaron negativamente con la eficiencia de eliminación de DBO (R = -0,219, p = 0,451). Estos resultados sugieren que acortar el intervalo de vaciado mejora la eficiencia de eliminación de DBO y reduce la tasa de emisión de CH4. Además, la estimación de emisiones de CH4 del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, que es una conversión positiva de la eliminación de DBO, podría ser inexacta para los tanques sépticos con largos intervalos de vaciado. Nuestros hallazgos sugieren que los intervalos de vaciado, la profundidad del lodo y los factores de emisión per cápita que reflejan intervalos de vaciado largos son parámetros potenciales para estimar con precisión las emisiones de CH4 de las fosas sépticas.<br/>غالبًا ما لا يتم إفراغ خزانات الصرف الصحي في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل لفترة طويلة، مما قد يؤدي إلى ضعف كفاءة إزالة الملوثات وزيادة انبعاثات غازات الدفيئة، بما في ذلك الميثان (CH4). درسنا تأثير فترات التفريغ الطويلة (4.0-23 سنة) على كفاءة إزالة الطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي (BOD) لـ 15 خزان صرف صحي للمياه السوداء ومعدلات انبعاث CH4 لـ 23 خزان صرف صحي للمياه السوداء في هانوي. كان متوسط كفاءة إزالة BOD 37 ٪ (-2-65 ٪)، ومتوسط معدل انبعاث CH4 كان 10.9 (2.2-26.8) جم/(الحد الأقصى·د). ارتبطت فترات التفريغ ارتباطًا سلبيًا قويًا بكفاءة إزالة BOD (R = -0.676، p = 0.006) وارتبطت ارتباطًا إيجابيًا بمعدلات انبعاث الميثان (R = 0.614، p = 0.001). ارتبطت معدلات انبعاث الميثان بشكل إيجابي بعمق الحمأة (R = 0.596، p = 0.002)، ولكن على عكس التوقعات، ارتبطت سلبًا بكفاءة إزالة BOD (R = -0.219، p = 0.451). تشير هذه النتائج إلى أن تقصير فترة التفريغ يحسن كفاءة إزالة مجلس الإدارة ويقلل من معدل انبعاث الميثان. علاوة على ذلك، قد يكون تقدير انبعاثات الميثان للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، وهو تحويل إيجابي لإزالة BOD، غير دقيق لخزانات الصرف الصحي ذات فترات التفريغ الطويلة. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن فترات التفريغ وعمق الحمأة وعوامل انبعاث الفرد التي تعكس فترات التفريغ الطويلة هي معايير محتملة للتقدير الدقيق لانبعاثات الميثان من خزانات الصرف الصحي.<br/>