談到碳中和、碳減排，很多人都覺(jué)得其是一件投資成本高且回報(bào)時(shí)間長(zhǎng)的事情。

 

就比如，有觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為我國(guó)污水處理行業(yè)的碳排放量才占全社會(huì)總排放量的1%，實(shí)施碳中和、碳減排實(shí)在沒(méi)必要，即不具有經(jīng)濟(jì)意義，又會(huì)帶來(lái)高投入和高成本。

 

但事實(shí)并非如此。

 

一方面，相比其他行業(yè)，污水處理行業(yè)減碳效益更大。

 

中國(guó)人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣說(shuō)，“排水與污水處理行業(yè)碳排放量雖然占比小，但依靠改變技術(shù)路線(xiàn)、改變運(yùn)行模式，輔以適當(dāng)?shù)牡吞几脑欤纯蓽p少碳排放，相比其他行業(yè)，減碳效益更大。”

 

另一方面，污水行業(yè)搞“碳中和”轉(zhuǎn)型，不僅能省錢(qián)還能賺錢(qián)。

 

施耐德電氣工業(yè)自動(dòng)化中國(guó)區(qū)戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)申紅鋒直言，不應(yīng)把碳中和看作是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，實(shí)際上它是一件雙向驅(qū)動(dòng)的事情，也蘊(yùn)藏著更大的機(jī)遇。

 

“短期來(lái)看，碳中和實(shí)踐會(huì)給企業(yè)帶來(lái)一定的成本壓力，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，企業(yè)通過(guò)進(jìn)行量化節(jié)能、精益改造將會(huì)帶來(lái)成本的節(jié)約。”

 

圖源/Aarhus Vand：Marselisborg污水廠(chǎng)

舉個(gè)例子——

 

丹麥的Marselisborg污水廠(chǎng)在碳中和升級(jí)中，通過(guò)采取了一系列優(yōu)化措施（投入300萬(wàn)歐元，10%由市政府資助），污水廠(chǎng)的年電耗共節(jié)省約100萬(wàn)kWh，減幅達(dá)四分之一，噸水電耗降至0.25kWh/m³。

 

同時(shí)，Marselisborg污水廠(chǎng)通過(guò)能量回收的年產(chǎn)電量達(dá)480kWh。這就意味著除了足夠自用，還多出53%賣(mài)給國(guó)家電網(wǎng)，此外還有250kW的多余熱能直接用于地區(qū)供熱。

 

綜合計(jì)算下來(lái)，Marselisborg污水廠(chǎng)每年通過(guò)節(jié)能降耗能省下20.6萬(wàn)歐元，通過(guò)賣(mài)余熱和余電能賺32.6萬(wàn)歐元，再加上排污稅省下的8萬(wàn)歐元，七七八八算下來(lái)，一年能省60多萬(wàn)歐元，5年就能回本，還有得賺！

 

近些年來(lái)，隨著“雙碳”目標(biāo)的明確，高耗能行業(yè)都在進(jìn)行低碳轉(zhuǎn)型，作為環(huán)境治理行業(yè)排頭兵的污水處理行業(yè)自然也不能例外。

 

如果你所在的污水處理廠(chǎng)正在進(jìn)行或者計(jì)劃實(shí)施碳減排，那么下面這4個(gè)「低碳運(yùn)行策略」可能會(huì)幫助到你。

 

 

01

污水處理系統(tǒng)中的節(jié)能降耗

 

 

節(jié)能降耗就是碳減排，多耗電就是多排碳，多耗藥也是多排碳。

 

由于能耗產(chǎn)生的CO2占據(jù)污水處理系統(tǒng)碳排放的主要部分，因此節(jié)能降耗會(huì)大幅度降低污水處理系統(tǒng)中的碳排放總體水平。

 

污水處理系統(tǒng)消耗的能源通常包括電能、熱能、藥劑等，其中電耗約占60％～90％。

 

污水處理系統(tǒng)的電耗主要集中用于污水污泥的提升、生物處理的供氧、污泥的處理處置等方面。另外，格柵、沉砂池、初沉池等處理單元也占據(jù)著相應(yīng)比例的能耗，污水處理系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)都要注重節(jié)能才能達(dá)到最優(yōu)。

 

因此，污水處理系統(tǒng)中的節(jié)能降耗可從以下幾個(gè)方面入手：

 

1、污水提升泵的節(jié)能

 

污水提升泵的電耗一般占總耗電量的15％～25％，是污水處理廠(chǎng)節(jié)能降耗的重點(diǎn)。其節(jié)能措施一般有如下5點(diǎn)：

1）合理布置各構(gòu)筑物和管渠的位置，減少管渠長(zhǎng)度和局部阻力，充分利用地形，通過(guò)降低提升高度來(lái)減小水泵揚(yáng)程；

2）選擇合適的水泵型號(hào)，使其工況點(diǎn)在高效段內(nèi)運(yùn)行；

3）通過(guò)變頻調(diào)速技術(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和污水流量，降低水泵揚(yáng)程和電耗；

4）如果采用離心式水泵，其揚(yáng)程、軸功率、流量都與泵輪直徑比正相關(guān)，可通過(guò)切削泵輪來(lái)降低設(shè)計(jì)揚(yáng)程、泵軸功率和控制流量，使水泵在最優(yōu)效率區(qū)運(yùn)行；

5）定期維護(hù)檢修水泵、采用新型節(jié)能泵、合理調(diào)整運(yùn)行參數(shù)和確定水泵運(yùn)行方式。

 

水泵不同的運(yùn)行方式的節(jié)能效果比較

2、鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的節(jié)能

 

1）選擇高效的鼓風(fēng)曝氣方式

 

在滿(mǎn)足污水處理需要的前提下降低風(fēng)量是鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)最顯著的節(jié)能降耗措施，高效的鼓風(fēng)曝氣方式可提高充氧效率從而減少風(fēng)量。

 

鼓風(fēng)曝氣裝置主要有微孔氣泡、中氣泡、大氣泡、水力剪切和水力沖擊等幾種類(lèi)型。其中，微孔曝氣方式氣泡小、氣液接觸面大、氧利用率高、可節(jié)省接近20％的曝氣能耗。

 

2）精確控制曝氣量

 

人工調(diào)節(jié)曝氣方式，勞動(dòng)強(qiáng)度高且精度不高，曝氣不足會(huì)影響處理效果，曝氣過(guò)度又會(huì)浪費(fèi)能耗。

 

如果采用精確曝氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)按需供氧，大約能節(jié)能10％。

 

精確曝氣控制系統(tǒng)根據(jù)溶解氧濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)供氧量，同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中的壓力變化并及時(shí)做出調(diào)整。

 

3）合理的布置曝氣裝置

 

曝氣裝置安裝在水底時(shí)，池內(nèi)O2分散不均，浪費(fèi)能源和資源。

 

研究表明，如果在池子進(jìn)水處多布置曝氣器，出口處少布置，即在需氧量大的地方增大溶解氧濃度，需氧少的地方降低溶解氧濃度，這樣可實(shí)現(xiàn)能源資源的合理利用從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

 

全面曝氣可使整個(gè)曝氣池內(nèi)均勻產(chǎn)生小旋渦，并可將小氣泡吸至1/3～2/3深處，氧的利用率比曝氣器單邊布置時(shí)要高，因此全面曝氣利于節(jié)能降耗的實(shí)現(xiàn)。

 

3、其他節(jié)能措施

 

格柵的能耗分布為：柵條對(duì)污水的攔截作用導(dǎo)致水頭損失；機(jī)械粉碎處理柵渣時(shí)耗能。因此，污水后續(xù)處理設(shè)備應(yīng)盡量布置在地勢(shì)相對(duì)較低的地方，減少污水提升泵的使用而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

 

沉砂池的常用類(lèi)型有平流式沉砂池、旋流式沉砂池、曝氣沉砂池等，而曝氣沉砂池中的曝氣系統(tǒng)能耗較高，因此為降低能耗盡量采用平流式和旋流式沉砂池。

 

初沉池的類(lèi)型有平流沉淀池、豎流沉淀池和輻流沉淀池，初沉池的能耗主要發(fā)生在排泥設(shè)備上，可采用靜水壓力法降低其能耗。

 

藥劑利用方面，要精確投加，避免不必要的浪費(fèi)，可通過(guò)優(yōu)化加藥除磷、消毒、污泥脫水等實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

 

進(jìn)水有機(jī)物濃度低但氮磷處理要求較高時(shí)，應(yīng)盡量減少預(yù)處理單元對(duì)有機(jī)物的去除率，從而節(jié)省后續(xù)處理所需投加的碳源量。

 

污泥脫水設(shè)備是否高效運(yùn)行嚴(yán)重影響污泥處理系統(tǒng)的能耗水平，因此污泥產(chǎn)量及含水率等的計(jì)算要精確并合理確定脫水機(jī)的型號(hào)和臺(tái)數(shù)，增強(qiáng)其運(yùn)行效率。

 

為提高污泥脫水性能而投加絮凝劑時(shí)，應(yīng)結(jié)合污泥性質(zhì)的變化通過(guò)實(shí)驗(yàn)合理調(diào)整投加量。

 

 

02

選擇合適的污水處理工藝及工藝優(yōu)化

 

 

選擇污水處理工藝時(shí)必須要做到因地制宜，即適合的就是最好的。

 

在經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的地域，可先采用強(qiáng)化一級(jí)污水處理工藝待條件相對(duì)成熟后再過(guò)渡二級(jí)處理。當(dāng)然，土地資源相對(duì)豐富時(shí)也可選擇利用當(dāng)?shù)氐淖匀坏匦巍?/span>

 

如洼地、塘溝等作為污水處理的場(chǎng)地，優(yōu)先考慮采用人工濕地、穩(wěn)定塘等生態(tài)處理工藝，它們具有建設(shè)運(yùn)行成本低、操作管理簡(jiǎn)單、能耗小等優(yōu)點(diǎn)，還可形成獨(dú)特的生態(tài)景觀(guān)區(qū)從而將污水處理與改善生態(tài)環(huán)境結(jié)合起來(lái)。

 

在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地域，可以采用SBR、氧化溝等主流污水處理工藝。污水處理要求較高時(shí)可以采用深度處理工藝，減少對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響，為實(shí)現(xiàn)污水的資源化利用做準(zhǔn)備。

 

厭氧生物處理時(shí)不需要供氧因而耗能少，并且將污水中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CH4這一能源，若回收利用不僅可減少CH4的排放，還能降低化石化石燃料的消耗從而減少碳排放。

 

當(dāng)進(jìn)水BOD濃度超過(guò)300mg/L時(shí)，厭氧生物處理工藝更低碳，并且其碳減排效果隨著進(jìn)水有機(jī)物濃度的增大而增強(qiáng)。

 

除此之外，厭氧生物處理工藝一般產(chǎn)生的污泥較少，更凸顯其在經(jīng)濟(jì)上和環(huán)保方面的優(yōu)越性。由此可見(jiàn)，條件適宜時(shí)采用厭氧生物處理工藝符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。

不同污水處理工藝的碳排放量

 

短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、反硝化除磷等新工藝既提高了污染物的去除效率，還節(jié)省投資、降低能耗、減少碳排放。但由于缺乏實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此需加大對(duì)這些工藝的研究力度，使其真正地為節(jié)能減排服務(wù)。

 

 

03

選擇合適的污泥處理處置技術(shù)

 

 

不同污泥處理處置工藝的碳排放量和低碳化程度比較，見(jiàn)下表。

 

不同污泥處理處置方式的碳排放量和低碳化程度比較

 

不難看出，在各種污泥處理處置工藝中填埋的碳排放量最大，填埋1t濕污泥（含水率為60％）要產(chǎn)生500kg左右的碳排放量；污泥厭氧消化+沼氣發(fā)電的低碳化程度最高，其次是污泥余熱干化+焚燒、余熱干化后混燒，這是因?yàn)檫@三種方式同時(shí)減少污泥填埋排放的CH4和化石燃料使用間接造成的碳排放。

• 污泥量較大時(shí)，適宜采用厭氧消化+沼氣發(fā)電的方式，其碳排放較少，所產(chǎn)沼氣穩(wěn)定、純度高、易收集，便于凈化利用，且污泥經(jīng)消化后脫水性能好。如果不適宜建設(shè)厭氧消化設(shè)施，污泥經(jīng)過(guò)余熱干化后，可在當(dāng)?shù)氐墓I(yè)窯爐混燒或焚燒發(fā)電，降低投資和運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)節(jié)省化石燃料而減少碳排放。

• 污泥量很少時(shí)，濕污泥可不經(jīng)過(guò)干化而直接混燒，節(jié)省基建投資和運(yùn)行費(fèi)用。

• 當(dāng)上述條件不具備時(shí)，可建設(shè)污泥焚燒爐，采用污泥干化+焚燒發(fā)電的方式。

 

 

04

合理規(guī)劃污水收集輸送系統(tǒng)

 

 

如果把污水處理廠(chǎng)比作心臟的話(huà)，那么污水收集輸送系統(tǒng)就是遍布全身的血管。

 

然而，目前中小城鎮(zhèn)在建設(shè)污水處理系統(tǒng)時(shí)，“重廠(chǎng)輕網(wǎng)”問(wèn)題仍突出，這就使得污水處理廠(chǎng)和污水管網(wǎng)不配套、污水收集不足，污水處理系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其減排效益。

 

管網(wǎng)中沉積的污染物在氧氣不足的條件下會(huì)發(fā)生厭氧反應(yīng)產(chǎn)生CH4，CH4量隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)及管道管徑、截面積比的增大而增大。

 

因此，需要完善污水收集輸送系統(tǒng)，提高施工質(zhì)量，加強(qiáng)管道的維護(hù)、清理，防止破漏，減少污染物在污水管網(wǎng)中的沉積，會(huì)在一定程度上減少碳排放，進(jìn)而促進(jìn)污水處理系統(tǒng)的低碳運(yùn)行。

 

污水管網(wǎng)越長(zhǎng)，收集輸送消耗的能源越多，間接排放的CO2就越多。為減少這部分碳排放，需要適當(dāng)改變傳統(tǒng)觀(guān)念：

• 污水分布零散的地區(qū)，污水可就近分散收集、處理、回收利用，即采用分散的污水系統(tǒng)；

• 污水比較集中的地區(qū)則可根據(jù)具體情況選擇集中處理或是將集中處理和分散處理相結(jié)合；

• 在城鎮(zhèn)的近郊地區(qū)可采用就近分散收集、處理和回收利用的方式，從而降低污水在收集輸送過(guò)程中的碳排放；

• 在新建城區(qū)排水系統(tǒng)首選雨污分流制；

• 對(duì)于已形成合流制系統(tǒng)的地區(qū)應(yīng)據(jù)其未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃選擇改造為截流式合流制或分流制；

• 規(guī)劃要建和己建有污水處理廠(chǎng)的小城鎮(zhèn)可視當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇采用完全分流制、不完全分流制或截流式合流制；

• 對(duì)于現(xiàn)有污水處理廠(chǎng)生產(chǎn)負(fù)荷率偏低的地區(qū)，要加快配套管網(wǎng)的建設(shè)，切實(shí)做到“管網(wǎng)先行、廠(chǎng)網(wǎng)配套。”

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  水質(zhì)檢測(cè)