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

在此基础上，许多国家制定了应对气候变化的污水厂能耗自给或碳中和技术路线。美国水环境研究基金(WERF)提出 “Carbon-free Water”，更是制定出至2030年所有污水处理厂均要实现碳中和运行的目标。荷兰制定了2030年NEWs技术路线图。新加坡提出了从Brownfield(棕色水厂)到Greenfield(绿色水厂)的时间表与路线图。日本有关部门发布“Sewerage Vision 2100”，指出到本世纪末将完全实现污水处理能源自给自足。中国提出的2030年碳达峰，2060年碳中和，这对于污水处理行业也是一个时间表。

华丽的转身?

对于2030碳达峰和2060年碳中和的国家目标，污水处理行业如何认识?

误区一：2030年碳达峰，现在污水处理碳排放仍有空间。

2030年碳达峰是针对国家宏观经济社会发展战略而言的，材料、能源等经济、社会的基础需求在未来十年仍是刚需在此基础上以控制碳排放强度为主，控制碳排放总量为辅。就污水处理企业而言，在污水处理规模与设计规模确定的基础上，应确定现有GHG排放情况为基准的峰值控制原则，任何的技术改造、升级都应以此为基准，实施碳减排，直至最终的碳中和。就污水处理系统而言，笔者认为，碳达峰的意义应该是两个方面的：一是“应收尽收，应处尽处”将污水收集率与处理率达到城市或区域的最大化;二是完善收集系统，不断提高污水收集质量，不渗不漏，其污水处理厂的进水浓度“达峰”。

误区二：污水处理过程能源的“自给自足”加“中水回用“— “净—零”就是碳中和。

能耗自给是狭义的碳中和，不是真正意义上的碳中和。污水处理系统碳中和，应与其建设和运营过程中材料与设备的加工、污水处理中能耗与物耗、污泥处置中运输与利用等全生命周期排放等因素都有关，不是指狭义的能量平衡或自给。能量只是碳排放的一个方面而已，污水处理的碳排放平衡一定要考虑甲烷、氮氧化物等GHG的溢出。

误区三：碳中和及碳达峰是理念重视问题，不是技术问题

虽然1997年《京都议定书》列出了有助于减少温室气体排放的政策或做法。然而，迄今为止，我们对全球变暖所涉因素的理解非常有限。这是一个非常复杂的领域，必须考虑到各种温室气体来源以及自然波动。虽然国际上普遍不认为城市废水处理中的碳排放不被认为是造成全球变暖的温室气体的一部分。这种碳代表最近固定C的分解，被认为是生物或快速碳循环的一部分，然而污水处理过程中的CH4或N2O和污泥处理需要在计算中加以考虑。然而，如何根据不同的条件确定不同处理工艺的GHG和LCA取值，至今仍然存在较大的争议。污水处理厂污染物去除协同控制温室气体核算的标准体系没有形成，例如，对于污泥填埋、堆肥、焚烧等工艺，不同国家甚至得出结果大相径庭的不同结果，此外，有机质协同消化、协同焚烧等工艺测算值由于地域性和工艺差别很大，导致难以确定污水、污泥处理工艺的指导性原则。

误区四：碳中和是政策导向，不是经济导向

环境问题既是国家大政，也应该以技术经济为基础和导向脚踏实地的推进。治大国如烹小鲜，依靠口号和“弯道超车“的投机意识，难免会像之前的光伏、碳交易市场一样，看着热闹，冷暖自知。鉴于碳中和度量和检查难度很大，靠层层任务分解和监督检查很难解决问题。

污水处理厂(WWTPs)实现碳中和华丽转身的三个维度：

能量维度。许多研究与工程试验已被用于探知从污水中回收能源，以满足污水处理运行现场能量自给自足的可行性。一方面支出最小化，使用清洁能源并在污水处理进行中摸索低能耗方案;二方面收入最大化，污水中所蕴含的如此巨大的能量，捕获污水中所蕴含的有机化学能、热能就地转换为电能，欧美等国家一些实施碳中和运行目标的污水处理厂也大都以剩余污泥厌氧消化转化能源为主要手段。理论上可以实现能耗的完全自给甚至可以变成能量输出厂，有充分的理论与实践依据表明，未来污水处理厂不是能源的消耗者而应该成为能源供应方。这些举措支持了减少污水处理厂全生命周期温室气体GHG排放的相关目标。

资源回收维度。从污水中回收资源具有宽广的范围，污水处理最大的资源回收是中水回用与再生水利用，如新加坡的NEWATER项目，再生水用途一般为非饮用目的，如用作工业冷却、园林绿化灌溉、景观用水等，当然亦有补充地下水，作为间接饮用水用途，根据国内通过评价大连某污水厂生命周期环境过程的研究，表明当出水回用率达到 70%时，回用水通过抵消自来水生产获得的环境效益可以抵消新增深度处理设施带来的环境影响，从而对原有二级处理工艺 LCA 环境影响进行减量。

另一个在欧美广受重视，而被我们忽视的污水资源回收问题是对磷这一不可再生资源回收。尽管目前有关污水处理磷回收的研究很多，就目前的鸟粪石工艺从污泥中回收磷与磷矿开发利用之间进行经济效益比较是不合理的，也许正是这个原因，目前没有将磷回收纳入污水处理厂LCA 评价体系之中，它在污水处理环境综合影响方面的减量作用也未能体现。当然，从资源的角度优化原料投入环节也十分重要，污水处理本质是通过生化反应来去除水中污染物，在处理环节需要投加碳源和多种化学药剂，这些原材料在生产和运输过程中消耗能源，在投加过程中也消耗一定能源，因此，优化投料环节，有助于节能降耗减少碳排放。

碳平衡维度。污水处理碳中和运行中，剩余污泥是重要的能源化、资源化载体物质，需要从污水系统碳平衡的维度，以增量方式去获得，需要改变污泥减量化的现行观念，以碳中和运行为目标的污泥增量近年来已在国际上悄然兴起。为此，以城市碳平衡系统来考虑，通过COD内源截留与外源挖潜方式最大限度地去实现“污泥增量”。“污泥增量”的两个途径：一是内源途径，提高污水处理厂进水COD负荷，通过完备、完善的管网系统收集污水，最大限度避免污水碳源流失，减少甚至无需补充反硝化的外加碳源，实现处理过程中的碳平衡。二是外源途径，在生活污水收集时，在保障系统安全的条件下，可考虑食品、屠宰等高碳类生产废水接入;在后端的污泥厌氧消化时，可混入餐厨垃圾、果蔬垃圾、园林残枝等有机废物实施后端厌氧共消化技术。

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编辑：赵凡