【谷騰環保網訊】根據住房與(yu)城(cheng)鄉(xiang)建設(she)部發布的(de)(de)《中國城(cheng)鎮(zhen)排水(shui)(shui)與(yu)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)狀況公報：2006-2015》和(he)(he)《2015年城(cheng)鄉(xiang)建設(she)統計(ji)公報》顯(xian)示，從(cong)2005年到(dao)2014年，城(cheng)鎮(zhen)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)能(neng)(neng)力從(cong)不(bu)到(dao)7000萬立方(fang)米/日增加到(dao)1.7億立方(fang)米/日，增幅(fu)高(gao)達143%；城(cheng)鎮(zhen)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)廠數量(liang)(liang)從(cong)1000座增加到(dao)4436座。城(cheng)鎮(zhen)生(sheng)活污(wu)水(shui)(shui)廠正(zheng)常運轉(zhuan)是(shi)削(xue)減生(sheng)活污(wu)水(shui)(shui)污(wu)染的(de)(de)最主要的(de)(de)途(tu)徑，生(sheng)活污(wu)水(shui)(shui)和(he)(he)污(wu)泥處(chu)(chu)理(li)(li)過程含碳、氮污(wu)染物(wu)(wu)的(de)(de)降解轉(zhuan)化(hua)(hua)(hua)會(hui)伴(ban)隨(sui)著(zhu)甲(jia)烷、氧化(hua)(hua)(hua)亞氮和(he)(he)二氧化(hua)(hua)(hua)碳等溫(wen)室氣(qi)(qi)體的(de)(de)產(chan)生(sheng)和(he)(he)排放，并且廢水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)設(she)施需要消耗(hao)大(da)量(liang)(liang)電力和(he)(he)化(hua)(hua)(hua)學藥劑，不(bu)可避免的(de)(de)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)(liang)的(de)(de)溫(wen)室氣(qi)(qi)體和(he)(he)消耗(hao)大(da)量(liang)(liang)的(de)(de)能(neng)(neng)源。傳(chuan)統污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)實際上為(wei)“以能(neng)(neng)消能(neng)(neng)、污(wu)染轉(zhuan)嫁(jia)”方(fang)式，碧水(shui)(shui)的(de)(de)同時未必(bi)是(shi)藍天(tian)。確實，COD+O2→CO2+H2O的(de)(de)傳(chuan)統有機(ji)物(wu)(wu)去除方(fang)式是(shi)用能(neng)(neng)量(liang)(liang)（曝(pu)氣(qi)(qi)）去摧毀能(neng)(neng)量(liang)(liang)（有機(ji)物(wu)(wu)），并且隨(sui)著(zhu)污(wu)水(shui)(shui)廠出水(shui)(shui)標準(zhun)日益提高(gao)，其所(suo)需能(neng)(neng)源也將大(da)幅(fu)提升，結果，污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理(li)(li)有可能(neng)(neng)讓(rang)水(shui)(shui)環境(jing)變干(gan)凈(jing)，但因耗(hao)能(neng)(neng)導(dao)致的(de)(de)CO2等氣(qi)(qi)體則(ze)會(hui)貢獻溫(wen)室氣(qi)(qi)體。

據研究表明2015年(nian)全(quan)國(guo)整個污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理(li)行(xing)(xing)業(ye)(ye)（市(shi)(shi)政污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)、農村生(sheng)活污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)、工業(ye)(ye)污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)和畜禽與(yu)水(shui)(shui)產(chan)養殖廢水(shui)(shui)）的碳(tan)排放(fang)總(zong)(zong)量為1.97億噸(dun)(dun)CO2eq，占(zhan)全(quan)國(guo)溫室(shi)氣體排放(fang)總(zong)(zong)量的1.71%。其(qi)中(zhong)市(shi)(shi)政污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)行(xing)(xing)業(ye)(ye)的碳(tan)排放(fang)強度(du)穩定在0.92kgCO2eq/m3左右，若(ruo)沿(yan)用當前(qian)的排放(fang)強度(du)，我(wo)國(guo)市(shi)(shi)政污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)行(xing)(xing)業(ye)(ye)將在2030年(nian)排放(fang)8316萬噸(dun)(dun)CO2eq溫室(shi)氣體，整個污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)行(xing)(xing)業(ye)(ye)將產(chan)生(sheng)碳(tan)排放(fang)3.65億噸(dun)(dun)CO2eq，占(zhan)全(quan)國(guo)總(zong)(zong)排放(fang)量的2.95%。所以污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理(li)系統產(chan)生(sheng)碳(tan)排放(fang)的量是巨大的，是我(wo)國(guo)碳(tan)排放(fang)的重(zhong)要一環，為實現我(wo)國(guo)的“雙碳(tan)”目(mu)標，污(wu)(wu)(wu)(wu)水(shui)(shui)處(chu)理(li)廠的碳(tan)減排工作意義重(zhong)大。

一、污水處理廠典型工藝

污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理廠典型工藝為(wei)(wei)污(wu)(wu)水(shui)(shui)通過污(wu)(wu)水(shui)(shui)管網(wang)收集(ji)，然(ran)后泵送(song)至(zhi)污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理廠進行處理。污(wu)(wu)水(shui)(shui)進入污(wu)(wu)水(shui)(shui)處理廠后先經(jing)過一(yi)(yi)級(ji)(ji)處理，去除(chu)(chu)污(wu)(wu)水(shui)(shui)中所含的(de)固(gu)體(ti)(ti)和懸浮物(wu)；然(ran)后，經(jing)過生(sheng)物(wu)處理去除(chu)(chu)大(da)部分有機物(wu)和氮(dan)磷，并產生(sheng)剩余(yu)污(wu)(wu)泥；為(wei)(wei)了達到嚴格的(de)出水(shui)(shui)標準，常常采用三級(ji)(ji)處理以進一(yi)(yi)步(bu)去除(chu)(chu)氮(dan)磷。符合出水(shui)(shui)標準的(de)出水(shui)(shui)將被排放到自然(ran)水(shui)(shui)體(ti)(ti)中，產生(sheng)的(de)污(wu)(wu)泥經(jing)濃縮、調(diao)質(zhi)、脫水(shui)(shui)后，進行無害化處置(zhi)。

其(qi)中污(wu)水(shui)(shui)處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)主體生(sheng)(sheng)物處(chu)理(li)工(gong)(gong)藝中除了傳統的(de)(de)(de)(de)活性污(wu)泥(ni)法（CAS），還包括厭(yan)氧(yang)－好氧(yang)工(gong)(gong)藝（AO）、厭(yan)氧(yang)－缺氧(yang)－好氧(yang)活性污(wu)泥(ni)法（AAO）、氧(yang)化溝工(gong)(gong)藝、序(xu)批(pi)式活性污(wu)泥(ni)法（SBR）、膜(mo)(mo)生(sheng)(sheng)物反應器（MBR）、曝氣(qi)生(sheng)(sheng)物濾池（BAF）、生(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)法等(deng)。實踐發(fa)現不同工(gong)(gong)藝的(de)(de)(de)(de)耦(ou)合(he)可以得到更高質(zhi)量(liang)的(de)(de)(de)(de)出水(shui)(shui)，比如AAO與生(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)法的(de)(de)(de)(de)耦(ou)合(he)，AO與MBR的(de)(de)(de)(de)耦(ou)合(he)，氧(yang)化溝工(gong)(gong)藝與BAF的(de)(de)(de)(de)耦(ou)合(he)等(deng)等(deng)。

圖2 污水處理典(dian)型工藝流程（摘自論文）

 污(wu)(wu)水處(chu)理(li)(li)過程會產生大(da)量剩余污(wu)(wu)泥，一般污(wu)(wu)水廠(chang)將剩余污(wu)(wu)泥脫水后委外處(chu)理(li)(li)，常見(jian)污(wu)(wu)泥處(chu)理(li)(li)步驟為(wei)：重(zhong)力沉淀，加入(ru)氯化(hua)鐵、石(shi)灰或(huo)有(you)機髙分子絮(xu)凝劑促進固(gu)液分離(li)，最后使用(yong)帶式壓濾、板框壓濾或(huo)離(li)心脫水等(deng)技術進行脫水。脫水后的(de)污(wu)(wu)泥進行無(wu)害化(hua)處(chu)置，國(guo)內外常用(yong)的(de)污(wu)(wu)泥處(chu)置方法有(you)衛生填埋、焚燒、建(jian)筑材(cai)料利用(yong)等(deng)。

二、污水處理廠碳排放現狀

污(wu)水處(chu)理系統中(zhong)碳排(pai)(pai)放(fang)(fang)是一個多部(bu)門多流程(cheng)的(de)(de)(de)(de)復雜過程(cheng)，污(wu)水廠的(de)(de)(de)(de)碳排(pai)(pai)放(fang)(fang)分為(wei)直接(jie)排(pai)(pai)放(fang)(fang)和間(jian)(jian)接(jie)排(pai)(pai)放(fang)(fang)。直接(jie)排(pai)(pai)放(fang)(fang)是指污(wu)水生物(wu)(wu)處(chu)理過程(cheng)有(you)機(ji)物(wu)(wu)轉(zhuan)化為(wei)CO2的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)放(fang)(fang)，脫氮過程(cheng)中(zhong)N2O的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)放(fang)(fang)，污(wu)泥處(chu)理過程(cheng)中(zhong)CH4的(de)(de)(de)(de)排(pai)(pai)放(fang)(fang)；間(jian)(jian)接(jie)排(pai)(pai)放(fang)(fang)主要來(lai)自污(wu)水處(chu)理系統中(zhong)電耗，比如能耗較高的(de)(de)(de)(de)處(chu)理單(dan)元(yuan)有(you)污(wu)水提升設備單(dan)元(yuan)，曝氣系統單(dan)元(yuan)，物(wu)(wu)質流循環單(dan)元(yuan)，污(wu)泥處(chu)理單(dan)元(yuan)及其他(ta)環節的(de)(de)(de)(de)機(ji)械設備，具體排(pai)(pai)放(fang)(fang)情況(kuang)見下(xia)表。

以某城鎮污水廠為例，直接排放碳排放占總排放的70%以上，間接排放占30%，其中甲烷的碳排放量折算后達到82%以上，所以通過甲烷等沼氣產能的回收可大幅降低碳排放的總量。

三、污水處理廠碳減排路徑展望

從(cong)碳(tan)排放尺度(du)而(er)言，污(wu)水處(chu)(chu)理(li)(li)過程是(shi)一個(ge)高耗能(neng)行業，未來污(wu)水處(chu)(chu)理(li)(li)行業的碳(tan)減排首先應該(gai)從(cong)全(quan)局入(ru)手，在(zai)規劃理(li)(li)念、工(gong)(gong)藝選(xuan)擇、運行管理(li)(li)的方案比選(xuan)中引入(ru)“碳(tan)尺”概念，污(wu)水收集、輸送、處(chu)(chu)理(li)(li)、處(chu)(chu)置全(quan)方位采用(yong)低(di)碳(tan)技術(shu)，削減“碳(tan)源(yuan)(yuan)”，增(zeng)加“碳(tan)匯(hui)”。所(suo)以未來污(wu)水廠(chang)“碳(tan)中和”目標的實現可(ke)以從(cong)兩個(ge)方面(mian)進(jin)行，一是(shi)“開(kai)源(yuan)(yuan)”，即(ji)挖掘污(wu)水中潛(qian)在(zai)能(neng)量(liang)，例如從(cong)生化處(chu)(chu)理(li)(li)過程、污(wu)泥處(chu)(chu)理(li)(li)過程進(jin)行能(neng)量(liang)回(hui)收利用(yong)，探(tan)索能(neng)源(yuan)(yuan)自給模式可(ke)行性，從(cong)而(er)降低(di)能(neng)源(yuan)(yuan)損(sun)耗；二是(shi)“節流”，即(ji)通(tong)過技術(shu)革新、智能(neng)裝備、工(gong)(gong)藝優(you)化等方式降低(di)電耗，從(cong)而(er)降低(di)碳(tan)排放。

國外工程實例

芬蘭Kakola污水(shui)處(chu)理(li)廠處(chu)理(li)規模為10×104m3/d，為了實現低碳排放(fang)，Kakola熱泵廠毗(pi)鄰Kakola污水(shui)處(chu)理(li)廠建設，利用出水(shui)余熱，為圖爾庫地區的(de)公共(gong)建筑(zhu)和家(jia)庭(ting)供熱/供冷。

圖3 芬蘭Kakola污水處理(li)廠

波(bo)蘭一(yi)(yi)污(wu)水廠(chang)采用(yong)熱電(dian)(dian)聯(lian)產方式，實現發(fa)電(dian)(dian)1.02MWe、7700MWh/a、產熱1.05MWt、28647GJ/a。利(li)用(yong)生物質能源(yuan)替代化石能源(yuan)，是碳減(jian)排同(tong)時(shi)減(jian)少大氣污(wu)染的重(zhong)要(yao)途徑(jing)之一(yi)(yi)。

圖(tu)4 波蘭(lan)Poznan(波茲南)

日本巖手縣(xian)以都南污水(shui)處理(li)廠(chang)(處理(li)能力(li)195600m3/d)能源自給為(wei)目(mu)的(de)，優化(hua)設備運(yun)轉(zhuan)方式(shi)，降(jiang)低(di)電耗。具體措(cuo)施為(wei)水(shui)泵(beng)避免轉(zhuan)速過低(di)和(he)頻(pin)繁啟(qi)停，風機根據(ju)處理(li)負荷選擇最(zui)合適風量和(he)最(zui)佳機型，攪(jiao)拌器(qi)厭(yan)氧池(chi)和(he)污泥儲槽中的(de)攪(jiao)拌器(qi)間(jian)歇(xie)運(yun)行。以2015年為(wei)基準(zhun)，2019年(試(shi)驗后)電耗減少3.3%。

圖(tu)5 都南污水處(chu)理廠

國內案例——污水處理概念廠

在深入研究(jiu)了解國(guo)(guo)外(wai)先(xian)進(jin)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理廠(chang)(chang)理念、工藝、技術(shu)和工程實踐的(de)同時，中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)學術(shu)界(jie)和產業(ye)界(jie)也在積極探索新的(de)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理模式。2014年，中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)工程院(yuan)院(yuan)士曲(qu)久輝等6位專家提出“建設面(mian)向未來(lai)的(de)中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理概念廠(chang)(chang)”的(de)構(gou)想。污(wu)水(shui)(shui)處(chu)(chu)理概念廠(chang)(chang)將實現(xian)以下(xia)需求：

1出水水質滿足水環(huan)境變化和水資源可(ke)持(chi)續(xu)循環(huan)利用；

2大幅提高污水處(chu)理廠(chang)能源自給率，在有適度外源有機廢物(wu)協同處(chu)理的情況(kuang)下(xia)，做到零(ling)能耗；

3追求(qiu)物質合理(li)循環(huan)，減少對外部化學品的(de)依賴(lai)與消耗(hao)；

4感官舒適(shi)、建筑和諧、環境(jing)互通(tong)、社(she)區友好。

2020年(nian)(nian)4月，宜興(xing)概(gai)念廠(chang)(chang)(chang)(chang)正式破土動工，于2021年(nian)(nian)全部建成投運。宜興(xing)概(gai)念廠(chang)(chang)(chang)(chang)采用水(shui)(shui)質凈(jing)化中心、有機質協同處(chu)理(li)中心和生(sheng)產(chan)型(xing)研發中心“三位一體”生(sheng)態(tai)(tai)綜合體“構造(zao)(zao)肌(ji)理(li)”，顛(dian)覆了傳統污水(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)(chang)形態(tai)(tai)，將示范污水(shui)(shui)處(chu)理(li)廠(chang)(chang)(chang)(chang)從污染物削減基本功能(neng)擴展至城市能(neng)源工廠(chang)(chang)(chang)(chang)、水(shui)(shui)源工廠(chang)(chang)(chang)(chang)、肥料工廠(chang)(chang)(chang)(chang)等多種應用場景。該廠(chang)(chang)(chang)(chang)的(de)投運，將引領“污水(shui)(shui)是資(zi)源，污水(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)(chang)是資(zi)源工廠(chang)(chang)(chang)(chang)”的(de)新環(huan)保理(li)念，將重(zhong)新詮(quan)釋(shi)污水(shui)(shui)廠(chang)(chang)(chang)(chang)和城市的(de)關系，打(da)造(zao)(zao)出(chu)生(sheng)態(tai)(tai)、生(sheng)活(huo)、生(sheng)產(chan)“三生(sheng)”融(rong)合一體、開(kai)放共(gong)享的(de)新型(xing)城市空間。

圖6 宜興概念廠

綜上所述，未來(lai)污(wu)水處理(li)行(xing)(xing)業碳減(jian)(jian)排應(ying)該借(jie)鑒各類經驗，采用全生(sheng)命周期管理(li)理(li)念，從污(wu)水廠建(jian)設初期關(guan)注工藝、技術、裝備、循環(huan)經濟；運營過程提高綜合能效、減(jian)(jian)少物(wu)料消耗，實現低碳運行(xing)(xing)；以碳減(jian)(jian)排思路建(jian)立(li)碳排放監管體系，為(wei)實現我(wo)國未來(lai)污(wu)水處理(li)行(xing)(xing)業碳中和、碳減(jian)(jian)排奠定(ding)扎(zha)實基礎。

參考文獻：

[1]劉智曉.未來污水處理能源(yuan)自(zi)給新途徑——碳(tan)源(yuan)捕獲及碳(tan)源(yuan)改向(xiang)[J].中國給水排水,2017,33(8):10.

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[3]柏(bo)茜,徐冰峰.某城鎮(zhen)污(wu)水(shui)廠處理的碳排放分析[J].中國水(shui)運(下半月),2018,18(03):133-134.

[4]中國水網：張(zhang)辰(chen)再談城(cheng)鎮污(wu)水系統碳排放研究

[5]微信公眾號江蘇(su)生態環境：第(di)一！全國(guo)首(shou)座城市污水資源概(gai)念廠在宜興建成(cheng)投運(yun)！

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