如何构建低碳时代污水处理新格局？

时间： 2021-03-31 16:05

来源：中国水网

作者：陈维果、孙晓航

目前，我国污水处理行业仍然存在建设先天不足，后天发展失调等问题。如何消化这些先天不足与后天失调，符合各类环保督察要求，已让各地污水处理厂殚精竭力。在这样的基础上，在这样的时间节点上，我们又迎来了低碳旋风，进入了低碳绿色发展时代。无论是站位或跟风绿色低碳发展的外力，还是节能降耗提升企业核心竞争力的内需，污水处理行业的新格局调整已不可回避。

污水处理行业在低碳时代的挑战在哪里?机遇几何?四川省环境科学学会副理事长陈维果、北控水务中部大区总工孙晓航就此课题进行了深度解读。

上世纪末起，受气候变化、全球性能源危机与资源匮乏影响，迫使人们不得不寻求可持续发展之路。进入二十一世纪二十年代之际，在后疫情时代，低碳发展课题被迅速放大。2020年12月12日，国家主席习近平在气候雄心峰会上承诺到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，实现“碳达峰”，努力争取2060年前实现“碳中和”。于是，一时间“碳达峰”、“碳中和”骤然走热，低碳发展、低碳社会昭然而为这个时代的主旋律和热点。

我国自污染防治攻坚战以来，污水处理建设迅猛发展，遍地开花且投资力度逐年加大，到2020年，全国城市污水处理率达到95%(“十三五”规划目标)，农村污水处理率达到25.5%(2021年全国生态环境保护大会透露)。逐渐完备的、庞大的污水处理行业在低碳时代的挑战在哪里?机遇几何?这已是这个行业进入2021年的一个重大课题。

污水处理被认为是一个高耗能行业，传统污水处理实际上是停留时间、处理空间、投入能源、物耗资源四个维度上的调整与组合，甚至可以说高标准的出水水质，是以能耗、物耗的形式实施的污染形态转移来实现的，有人认为：碧水的同时未必是蓝天，耗能导致的水污染物转为CO2、CH4、N2O、NH3、H2S等温室气体，特别是对污水处理标准一再提高，能耗越来越高，这样的转换也越来突出(目前针对污水厂的提标升级方案目前主要包括：针对现有工艺的优化;增加投药，如增加化学除磷和外加碳源;增加后续物化处理单元如高效沉淀和砂滤池、增加生化单元如后置反硝化滤池及膜工艺，但优质的出水带来的是更多的能耗和物耗)。联合国数据显示，全球污水处理等水处理行业碳排放量大约占全球碳排放量2%左右。美国2017年能源消耗量中约2% 用于饮用水和污水处理系统，产生约4100万吨温室气体。

我国污水处理行业在许多地方存在其建设先天不足，其发展后天失调。以快速地大幅提高污水处理率，补环境基础设施短板为责任导向的污水处理建设模式，面临了规划的盲目性、技术的混杂性、管网的滞后性诸多问题，以污染物总量减排、流域水环境质量达标为目标导向的污水处理运行模式，又面临着水质提标、进水浓度偏低、污水溢流、污泥无出路等问题。目前，如何消化这些先天不足与后天失调，符合各类环保督察要求，已让各地污水处理厂殚精竭力，在这样的基础上，在这样的时间节点上，我们又迎来了低碳旋风，进入了低碳绿色发展时代。无论是站位或跟风绿色低碳发展的外力，还是节能降耗提升企业核心竞争力的内需，污水处理行业的新格局调整已不可回避。

什么是污水处理新格局?在攻占山头之后，我们回到原来的问题，我们处理的对象是什么?污水是一个污染物，我们就转化它，让它达标。污水是一个范畴，我们就将其放入水平衡系统，让水环境与水生态、水资源协调。污水是一个载体，我们就需要将污水处理厂逐渐演变为“营养物Nutrient工厂”、“能源Energy工厂”、“再生水Water厂”(即，荷兰提出的污水处理NEWs概念)。这三个过程，我们可以将其分别视为污水处理的1.0、2.0、3.0版本(为比较表述，非定义)，我们刚完成了1.0，正在2.0中探索时，就要面向或升入3.0，这就是我们面临的污水处理新格局。

从全球可持续性发展的角度而言，污水处理的目标不仅仅是缓解水污染问题，而应该是多目标综合考虑，可持续地利用或回收能源和资源，以此立足，方可实现环境社会的可持续性与污水处理企业的可持续性。污水处理既是重要的公共事业，又是一个被政策驱动的行业，谁提早开启低碳变革，谁将赢得更大的主动权和更广阔的发展空间。

幸福的模样?

污水处理3.0的幸福模样：内外兼修，讨好了社会的面子，做足了企业的里子。

城市污水处理技术的研究与应用经历了100 多年的发展历程，逐渐形成了一级处理、二级处理和深度处理等处理模式，发展了多种物理、物化和生物等处理技术。物化+生物的二级处理是城市污水处理厂通行的处理模式，而生物处理技术是国内外普遍采用的城市污水处理方法。

在活性污泥法诞生100年后，人们开始重新总结与回顾污水处理技术的发展方向历程，从节能降耗角度审视污水处理过程的高能耗，从物质的角度审视污水处理的高“碳足迹”，这是至今以常规活性污泥工艺为主流的污水处理技术缺欠，于是，一些耦合资源和能源回收的概念路线不断涌现。目前世界范围内，对“污水”的认知已经从“废物处理”对象转向“资源及能源回收”的载体，基于资源回收、能源开发与利用与碳平衡理念的未来污水处理厂在一些发达国家、世界范围内领先的环境公司已经开始实践。奥地利斯特拉斯(Strass)污水处理厂以主流传统工艺(AB法)与侧流现代工艺(厌氧氨氧化)相结合方式实现剩余污泥产量最大化，早在2005年通过厌氧消化产甲烷并热电联产实现了能源自给率，达到碳中和运行目标。目前，该厂利用剩余污泥与厂外厨余垃圾厌氧共消化，使得能源自给率高达200%，不仅实现能源自给自足，而且还有一半所产生的能量可以向厂外供应，已成为名副其实的“能源工厂”。作为美国碳中和运行的榜样，Sheboygan污水处理厂通过开源与节流并举的技术措施不仅向美国而且也向世界展示了其污水处理能耗基本可以实现自给自足。2013年，该厂已实现了产电量与耗电量比值达90%~115%、产热量与耗热量比值达85%~90%的佳绩，基本实现了碳中和运行目标。2020年4月动工的江苏宜兴城市水资源概念厂正在探索中国的污水处理新概念，除了污染物削减基本功能，还具有城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂等新功能，基于碳中和的新型环境基础设施。

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编辑：赵凡