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迈向“碳中和” ，污水治理面临哪些机遇与挑战？

时间：2023-03-13 来源：浏览：

迈向“碳中和” ，污水治理面临哪些机遇与挑战？

污水处理工作室

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谈到碳中和 、 碳减排 ， 很多人都觉得 其是一件投资成本高且回报时间长的事情。

就比如，有观点认为我国污水处理行业的碳排放量才占全社会总排放量的1%，实施碳中和、碳减排实在没必要，即不具有经济意义，又会带来高投入和高成本。

但事实并非如此。

一方面， 相比其他行业 ，污水处理行业减碳效益更大。

中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣说，“排水与污水处理行业碳排放量虽然占比小，但依靠改变技术路线、改变运行模式，辅以适当的低碳改造，即可减少碳排放，相比其他行业，减碳效益更大。”

另一方面， 污水行业搞“碳中和”转型 ， 不仅能省钱还能赚钱 。

施耐德电气工业自动化中国区战略和业务发展总监申红锋直言，不应把碳中和看作是一项挑战，实际上它是一件双向驱动的事情，也蕴藏着更大的机遇。

“短期来看，碳中和实践会给企业带来一定的成本压力，但从长远来看，企业通过进行量化节能、精益改造将会带来成本的节约。”

图源/ Aarhus Vand： Marselisborg污水厂

举个例子——

丹麦的Marselisborg污水厂在碳中和升级中，通过采取了一系列优化措施（投入300万欧元，10%由市政府资助），污水厂的年电耗共节省约100万kWh，减幅达四分之一，吨水电耗降至0.25kWh/m³。

同时，Marselisborg污水厂通过能量回收的年产电量达480kWh。这就意味着除了足够自用，还多出53%卖给国家电网，此外还有250kW的多余热能直接用于地区供热。

综合计算下来，Marselisborg污水厂 每年通过 节能降耗能省下20.6万欧元 ， 通过卖 余热和余电 能赚 32.6万欧元， 再加上 排污税省下 的 8万欧元， 七七八八算下来 ，一年能省60多万欧 元， 5年就能回本，还有得赚！

近些年来，随着“双碳”目标的明确，高耗能行业都在进行低碳转型，作为环境治理行业排头兵的污水处理行业自然也不能例外。

如果你所在的污水处理厂正在进行或者计划实施碳减排 ， 那么下面这 4 个「 低碳运行策略 」 可能会帮助到你 。

污水处理系统中的节能降耗

节能降耗就是碳减排，多耗电就是多排碳，多耗药也是多排碳。

由于能耗产生的CO2占据污水处理系统碳排放的主要部分，因此节能降耗会大幅度降低污水处理系统中的碳排放总体水平。

污水处理系统消耗的能源通常包括电能、热能、药剂等，其中电耗约占60％～90％。

污水处理系统的电耗主要集中用于污水污泥的提升、生物处理的供氧、污泥的处理处置等方面。另外，格栅、沉砂池、初沉池等处理单元也占据着相应比例的能耗，污水处理系统中每个环节都要注重节能才能达到最优。

因此，污水处理系统中的节能降耗可从以下几个方面入手：

1、污水提升泵的节能

污水提升泵的电耗一般占总耗电量的15％～25％，是污水处理厂节能降耗的重点。其节能措施一般有如下5点：

1） 合理布置各构筑物和管渠的位置 ，减少管渠长度和局部阻力，充分利用地形，通过降低提升高度来减小水泵扬程；

2） 选择合适的水泵型号 ，使其工况点在高效段内运行；

3） 通过变频调速技术控制电机转速和污水流量 ，降低水泵扬程和电耗；

4）如果采用离心式水泵，其扬程、轴功率、流量都与泵轮直径比正相关，可通过 切削泵轮来降低设计扬程、泵轴功率和控制流量 ，使水泵在最优效率区运行；

5） 定期维护检修水泵、采用新型节能泵、合理调整运行参数和确定水泵运行方式 。

水泵不同的运行方式的节能效果比较

2、 鼓风曝气系统的节能

1） 选择高效的鼓风曝气方式

在满足污水处理需要的前提下降低风量是鼓风曝气系统最显著的节能降耗措施，高效的鼓风曝气方式可提高充氧效率从而减少风量。

鼓风曝气装置主要有微孔气泡、中气泡、大气泡、水力剪切和水力冲击等几种类型。其中， 微孔曝气方式气泡小、气液接触面大、氧利用率高、可节省接近20％的曝气能耗 。

2） 精确控制曝气量

人工调节曝气方式，劳动强度高且精度不高，曝气不足会影响处理效果，曝气过度又会浪费能耗。

如果 采用精确曝气控制系统，实现按需供氧，大约能节能10％。

精确曝气控制系统根据溶解氧浓度自动调节供氧量，同时检测系统中的压力变化并及时做出调整。

3） 合理的布置曝气装置

曝气装置安装在水底时，池内O2分散不均，浪费能源和资源。

研究表明，如果在池子进水处多布置曝气器，出口处少布置，即 在需氧量大的地方增大溶解氧浓度，需氧少的地方降低溶解氧浓度，这样可实现能源资源的合理利用从而达到节能降耗的目的 。

全面曝气可使整个曝气池内均匀产生小旋涡，并可将小气泡吸至1/3～2/3深处，氧的利用率比曝气器单边布置时要高，因此全面曝气利于节能降耗的实现。

3、其他节能措施

格栅的能耗分布为：栅条对污水的拦截作用导致水头损失；机械粉碎处理栅渣时耗能。因此， 污水后续处理设备应尽量布置在地势相对较低的地方 ，减少污水提升泵的使用而达到节能降耗的目的。

沉砂池的常用类型有平流式沉砂池、旋流式沉砂池、曝气沉砂池等，而曝气沉砂池中的曝气系统能耗较高，因此 为降低能耗尽量采用平流式和旋流式沉砂池 。

初沉池的类型有平流沉淀池、竖流沉淀池和辐流沉淀池， 初沉池的能耗主要发生在排泥设备上，可采用静水压力法降低其能耗 。

药剂利用方面，要精确投加，避免不必要的浪费，可通过优化加药除磷、消毒、污泥脱水等实现节能降耗。

进水有机物浓度低但氮磷处理要求较高时，应尽量减少预处理单元对有机物的去除率 ，从而节省后续处理所需投加的碳源量。

污泥脱水设备是否高效运行严重影响污泥处理系统的能耗水平，因此 污泥产量及含水率等的计算要精确并合理确定脱水机的型号和台数，增强其运行效率 。

为提高污泥脱水性能而投加絮凝剂时，应结合污泥性质的变化通过实验合理调整投加量。

选择合适的污水处理工艺及工艺优化

选择污水处理工艺时必须要做到因地制宜，即适合的就是最好的。

在经济相对落后的 地域 ，可先采用强化一级污水处理工艺待条件相对成熟后再过渡 二 级处理 。当然，土地资源相对丰富时也可选择利用当地的自然地形。

如洼地、塘沟等作为污水处理的场地，优先考虑采用人工湿地、稳定塘等生态处理工艺，它们具有建设运行成本低、操作管理简单、能耗小等优点，还可形成独特的生态景观区从而将污水处理与改善生态环境结合起来。

在经济发达的 地域， 可以采用SBR、氧化沟等主流污水处理工艺 。污水处理要求较高时可以采用深度处理工艺，减少对周围生态环境的影响，为实现污水的资源化利用做准备。

厌氧生物处理时不需要供氧因而耗能少，并且将污水中的有机物转化为CH4这一能源，若回收利用不仅可减少CH4的排放，还能降低化石化石燃料的消耗从而减少碳排放。

当进水BOD浓度超过300mg/L时，厌氧生物处理工艺更低碳，并且其碳减排效果随着进水有机物浓度的增大而增强。

除此之外，厌氧生物处理工艺一般产生的污泥较少，更凸显其在经济上和环保方面的优越性。由此可见，条件适宜时采用厌氧生物处理工艺符合可持续发展的战略方向。

不同污水处理工艺的碳排放量

短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、反硝化除磷等新工艺既提高了污染物的去除效率，还节省投资、降低能耗、减少碳排放。但由于缺乏实际运行经验，因此需加大对这些工艺的研究力度，使其真正地为节能减排服务。

选择合适的污泥处理处置技术

不同污泥处理处置工艺的碳排放量和低碳化程度比较，见下表。

不同污泥处理处置方式的碳排放量和低碳化程度比较

不难看出，在各种污泥处理处置工艺中填埋的碳排放量最大，填埋1t湿污泥（含水率为60％）要产生500kg左右的碳排放量； 污泥厌氧消化+沼气发电的低碳化程度最高，其次是污泥余热干化+焚烧、余热干化后混烧 ，这是因为这三种方式同时减少污泥填埋排放的CH4和化石燃料使用间接造成的碳排放。

污泥量较大时，适宜采用厌氧消化+沼气发电的方式， 其碳排放较少，所产沼气稳定、纯度高、易收集，便于净化利用，且污泥经消化后脱水性能好。如果不适宜建设厌氧消化设施，污泥经过余热干化后，可在当地的工业窑炉混烧或焚烧发电，降低投资和运行费用的同时节省化石燃料而减少碳排放。
污泥量很少时，湿污泥可不经过干化而直接混烧 ，节省基建投资和运行费用。
当上述条件不具备时，可建设污泥焚烧炉，采用污泥干化+焚烧发电的方式。