博冠人大环境学院王洪臣：污水处理行业如何实现碳减排？

全世界变暖致使的天然灾难频发、生态体系退化，是现今人类可连续成长面对的最年夜应战。于全世界变暖的严重形势下，国际社会踊跃采纳应答办法。2016年4月22日，170多个国度于纽约签订了全世界性的天气新和谈《巴黎协定》，承诺将全世界气温升高幅度节制于2℃以内。2016年9月3日，中国插手《巴黎协定》，与列国一道踊跃应答全世界天气变迁，承诺到2020年单元海内出产总值二氧化碳排放比2005年降落40-45%，到2030年降落60-65%。

王洪臣中国人平易近年夜学情况学院副院长

根据重要发财国度的统计，污水处置惩罚行业碳排放量占全社会总排放量的1-2%，位居前十年夜碳排放行业，是不成轻忽的减排范畴。据美国EPA2016年温室气体积年排放清单统计，2014年美国污水处置惩罚行业N2O的碳排放当量以及CH4的碳排放当量别离占全社会响应碳排放当量的1.2%以及2.0%。据欧洲统计办公室(Eurostat)2014年欧洲统计陈诉，污水处置惩罚与固体烧毁物处置惩罚构成的废料处置惩罚行业是第五年夜碳排放行业，占全社会总碳排放量的3.3%。

发财国度污水处置惩罚行业的碳减排

1. 美国

美国对于污水处置惩罚厂出水水质及达标有严酷要求，于运营治理方面有一套九步调的能源治理体系方案，而且很是看重高效装备的使用，这使患上美国污水处置惩罚厂能量效率年夜年夜提高，整体能耗降落了约莫10%，每一年节约电耗100 多亿kWh，也即每一年节省了快要75 亿美元的破费。详细来讲，美国EPA 重要经由过程使用高效的电机装备，共同节制计谋以及治理手腕来实现。EPA 还提出了污水处置惩罚厂提高能效的多项技能，内容重要触及泵、曝气、搅拌等高能耗单位，这些新型装备的运用可认为污水处置惩罚厂的运转节约年夜量投资成本与能耗。美国EPA 猜测鄙人一个15 年里，污水处置惩罚厂的电能耗损将增长20%。

2. 加拿年夜

加拿年夜污水处置惩罚厂夸大全厂节制，对于在今朝我国污水处置惩罚厂处在粗放调控的近况具备很强的引导作用。今朝正于广泛运用的CCP综合校订技能严酷地分为两个阶段四个步调，重点于在对于污水处置惩罚厂装备的自我评估、机能短板以及存于问题的辨认、处置惩罚机能的改良以及提高，内容涵盖了预处置惩罚、一级处置惩罚、二级处置惩罚以及某些详细单位运转历程的优化技能与提议，器重运转优化调试历程中指标的监测以及节制装备的使用。该技能已经于北美污水处置惩罚厂运转优化中年夜量接纳，并已经渐成技能系统。

3. 欧盟

欧盟于污水处置惩罚方面夸大运用进步前辈的节制技能，倡导各方广泛地研究与交流。针对于污水处置惩罚的切确节制，欧盟开展了列国间的科技互助，为污水处置惩罚厂提标或者新建厂提供技能撑持。运用切确的数学模子节制化学混凝，实现了污水处置惩罚厂可以按照进水水质及水量按比例切确加药，到达了节约絮凝剂耗损、晋升主动化节制程度、提超出跨越水水质以及降低污泥治理成本的目的。欧洲已经经乐成的污水处置惩罚厂案例显示，接纳智能加药节制体系能乐成地优化加药剂量，每一年药剂节省量可达18%，污泥产量削减33%，于不变出水水质的条件下，年夜年夜削减了碳排放量，削减了药剂采办和污泥处置惩罚的用度。

4. 日本

日本应答污水处置惩罚碳减排采纳了一系列综合的办法，起首是高效装备的运用，例如于曝气环节接纳微孔曝气器，可削减20%的曝气能耗;于污泥处置惩罚环节接纳带涡轮增压的流化床焚化炉，可降低85%的N2O 孕育发生量，降低4%的CO2排放量;其次是能源的收受接管以及新型能源的哄骗，例如污泥厌氧消化产气的收受接管、太阳能的哄骗、污泥生物资能的哄骗等等;别的，日本夸大增强与学术机谈判其他企业的互助，研发新的治理体式格局以及处置惩罚技能，实现污水处置惩罚的低碳运转。

中国污水处置惩罚行业碳排放状态

我国城镇污水处置惩罚举措措施颠末“十一五”以及“十二五”期间的高速设置装备摆设，已经经造成范围化的处置惩罚威力。污水处置惩罚历程形成了年夜量的碳排放，据估算，2003-2009 年我国污水处置惩罚历程的间接排放类温室气体量均呈逐年增长趋向，自2003 年的0.53 亿吨CO2当量增长到2009 年的0.75 亿吨CO2当量，年平均增长5.95%。2015 年，我国污水处置惩罚行业总电耗高达140 亿 kWh，单元电耗为0.275kWh/m3。

跟着各地提标改造的实行，我国污水处置惩罚能耗将进一步增年夜。面临伟大的能耗物耗，污水处置惩罚范畴的碳减排事情已经刻不容缓。由外洋污水处置惩罚行业成长近况来看，“以高能耗高物耗为根蒂根基的优良出水”和由此带来的“减排水污染物、增排温室气体”场合排场倒霉在我国污水处置惩罚行业的康健成长，低碳污水处置惩罚应是将来的成长标的目的。

对于天下3830座污水处置惩罚厂举行了数据收拾整顿与统计，对于华北地域、华东地域、华南地域、东北地域以及西北地域总计26座污水处置惩罚厂举行了实地调研事情。基在各地域代表性污水处置惩罚厂典型工艺运转数据阐发及现实监测，根据IPCC要领学和相干要领学研究，2015年天下污水处置惩罚逸散CH4以及N2O孕育发生的间接碳排放量为2512.2万吨CO2当量，电耗孕育发生的直接碳排放量为1401.6万吨CO2当量，絮凝剂耗损孕育发生的直接碳排放量为70.9万吨CO2当量。综上，2015年中国污水处置惩罚行业碳排放量为3984.7万吨CO2当量，单元水量的碳排放当量(碳排放强度)为0.78 kg/m3。

怎样实现中国污水处置惩罚行业的碳减排?

污水处置惩罚厂是减少水中污染物最重要的环节，但于此历程中也孕育发生了年夜量的碳排放。国际上，节能减排已经是城镇污水处置惩罚体系的成长标的目的，而成长的焦点是将成熟的节能技能以及高效的电机装备于体系长进行集成，而且提高现有的运营治理程度。如美国器重高效电机装备的运用，加拿年夜器重全厂的优化运营，欧盟夸大药剂投加的科学节制，日本经由过程新型曝气装备以及新式污泥处置惩罚体系，削减了体系能耗以及N2O 的排放。

根据国际经验，接纳高效的装备，对于水厂运转历程举行优化节制，电耗可降低20-50%，则举行水厂的提效改造可节约耗电量为28-70亿kWh，相称在削减排放CO2e 279-698万t/a，孕育发生效益约为22.4-56 亿元人平易近币。

今朝我国污水处置惩罚厂于运转历程中，既有因为运转调控的分歧理和治理不妥所致使的能源华侈，也有遍地理单位装备效率低下酿成的碳排放量太高。对于在中国污水处置惩罚厂的低碳运转有两个方面需要器重：一是基在全生命周期的碳排放量低，重要面向污水处置惩罚历程中所用的修筑物、产物或者办事;另外一种是终端耗损的碳排放量低，需要存眷处置惩罚电耗、药耗和运营历程中的节能减排。

1. 提高污水处置惩罚综合能效

第一，接纳高效电机装备，新设置装备摆设施间接采购高效装备，已经有举措措施慢慢更新成高效装备。污水处置惩罚电机装备重要包孕水力运送、混淆搅拌以及鼓风曝气三年夜类。接纳高效机电凡是可实现5-10%的效率提高。

第二，增强负载治理，满意工艺要求的条件下要使负载降至最低，同时，装备配置要与现实荷载相婚配，防止“年夜马拉小车”。重要包孕如下几个方面：① 污水晋升和污泥回流等单位的水力运送装备绝年夜部门时段于低效工况运转，应予以改造。②污泥混淆搅拌装备的设计搅拌功率遍及偏年夜，处在过分搅拌状况，正确掌握搅拌器与介质之间力以及能量的通报瓜葛，可以正确权衡现实工况所需搅拌器的巨细，有用防止电耗华侈。③优化推进器以及曝气体系的位置以及间隔，可使体系的能量丧失最小。④ 曝气体系的电耗约占污水处置惩罚总电耗的50-70%，是增强负载治理的重点。

第三，成立需求相应机制，按照现实工况的需求及其变迁，动态调解装备的运转状况。今朝污水行业已经经呈现感到式调速以及线性调速的水力运送以及搅拌装备，此类装备可以有用优化水力运送以及搅拌体系的总体运转环境，实现节能降耗。接纳内置智能节制体系的水力运送装备以及搅拌器，于特定工况前提下，与传统装备比拟，以至可以节约50%以上的能耗。

2. 鼎力大举收受接管能源

污水中蕴含着年夜量的能量，理论上是处置惩罚污水所需能量的许多倍。污水经处置惩罚后，此中的能量年夜部门转移到了污泥中，是以开发还收污泥中的能量具备极年夜的潜力。污泥能源化重要集中于厌氧标的目的，污泥厌氧能源化包孕厌氧发酵产乙醇、厌氧发酵产氢以及厌氧消化产甲烷三个技能路径。

传统厌氧消化技能能源转化率于30-40%，而高级厌氧消化技能可提高到50-60%。高级厌氧消化技能包孕高温厌氧消化、温度分级厌氧消化(TPAD)、酸—气两相厌氧消化以及延时厌氧消化。

接纳传统厌氧消化技能可以使污水处置惩罚厂实现20-30%的能源自给率，预处置惩罚、高级厌氧消化、涡轮策动机或者燃料电池和热电联产(CHP)等技能的耦合使用，无望使污水处置惩罚实现30-50%的能源自给率，及年夜年夜降低直接碳排放量，又降低甲烷孕育发生并逸散致使的间接排放。

3. 摸索可连续新工艺

(1)针对于无机物去除了的工艺

基在无机污染物去除了的可连续污水处置惩罚新工艺重要是厌氧处置惩罚技能，能耗低，且可收受接管能源。高浓度无机废水的厌氧技能已经成熟，但都会污水无机物浓度低，厌氧处置惩罚存于投资年夜以及占地年夜等障碍。今朝，城镇污水厌氧处置惩罚标的目的研究的热门是厌氧膜生物反映器 AnMBR，与传统厌氧工艺比拟，可年夜幅度削减占地，但技能成熟度离出产性运用尚存于差距。

(2)针对于脱氮的低能耗、低药耗工艺

低能耗、低碳源耗损的脱氮工艺重要包孕基在短程反硝化道理的SHARON工艺以及基在厌氧氨氧化的ANNAMOX/DEMON工艺。与传统的AAO工艺比拟，SHARON可节省25%的能耗、40%的碳源耗损，而ANNAMOX工艺可节省60%的能耗、90%的碳源耗损。今朝，SHARON以及ANNAMOX于高浓度氨氮污水处置惩罚中已经较成熟。ANNAMOX工艺于典型城镇污水处置惩罚上虽有进展，但离现实运用仍有差距。

(3)碳氮两段法工艺

将来革命性的可连续污水处置惩罚工艺标的目的是碳氮两段法：起首对于污水中的无机物举行分散，分散出的污泥经由过程厌氧消化孕育发生CH4，或者对于污水间接举行厌氧处置惩罚产能，分散后含有氨氮的污水经由过程支流厌氧氨氧化举行脱氮。按照理论估算，接纳上述碳氮两段法，处置惩罚1人口当量的污染物将孕育发生24瓦时能量，使污水处置惩罚厂真正成为“能源工场”，且污泥产量仅为活性污泥法的四分之一。