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

康庄的大道?

这是康庄大道，还是一次漫长的告别?

面对低碳时代污水处理向着资源、能源回收与碳中和转变的国际大趋势，先天不足与后天失调的我国污水处理事业显然又走到了一个新的十字路口。这就面临着新理念下的管理、技术、运行走向问题。

当今中国经济有一个显著特征，风口经济。以风投的心态投入抢风头的战斗，业内有一句话：风来了猪都能飞上天。但风停了摔死的都是猪。

污水处理3.0不是推倒重来，而是循序渐进。对于已运行污水处理厂，当务之急是先要让既有污水处理设施运行达到它们设计之初的既定目标，打好基础、练好内功、不断改善。对于这些仍在规划中的污水处理厂建设，应在既有污水处理厂业已取得实际效果并积累了大量运行经验的前提下，可因地制宜地考虑实施资源/能源回收工艺，有条件的可一步到位实施污水处理碳中和工艺并运行。

如何对接碳中和的污水处理3.0?上帝的归上帝，凯撒的归凯撒。政府与企业都要就污水处理碳中和做好各自相应的工作，确定边界并协同推进。目前可以起步的工作：

重新定义基于流域系统的水环境目标：

应该进一步反思此前基于污染源控制的水环境保护策略，近年来，各地政府一而再，再而三地把目标盯在污水处理厂，希望用不断提高的污水处理标准来实现水环境目标，甚至一些地方在环评中将污水处理标准定在地表水三类水质标准。已有的LCA研究表明，越高的污水排放标准，具有越大的生态环境负效应，实现碳中和的目标越难。流域水环境保护目标的实现需要就流域系统考虑，既要做污染负荷的减量，又要做生态容量的增量。污水排放标准的制定与修订要考虑碳源转向能源化、资源化途径后对后续脱氮工艺的影响，高排放标准与碳中和运行的实现目标矛盾，“鱼和熊掌不可兼得”，不实事求是地定义污水处理标准，中国污水处理实现碳中和很难。应该把投资和管控重点放到通过海绵城市实现源头减污，通过CSO进行初雨调蓄，通过管网改造、雨污分流实现应收尽收等历史遗留问题的解决上。

提高污水进水有机负荷。对于我国污水处理碳中和而言，要做好的一个重要基础工作就管网系统完善，通过甲烷(CH4)热电联产(CHP)可以获得一定量有机物能源，这是污水处理碳中和的一个重点，污泥厌氧消化获取的有机能量与进水有机物负荷有关，但不幸的是，我国市政污水碳源普遍低下，能量衡算表明，进水COD为400mg/L，在完成脱氮除磷碳源使用后产生的剩余污泥，经厌氧消化+热电联产最多也只能产生0.20kW·h/m3电当量。若污水处理能耗为0.40kW·h/m3，这意味着距碳中和目标还有50%能量赤字，只有当进水COD为800

mg/L时方能勉强满足0.40kW·h/m3碳中和需要。目前，我国大多数污水处理厂进水COD为200—300mg/L，须进一步完善管网建设，改造升级管网运营管理模式，加强漏损点勘测、整治和潜在漏损风险的预防，提高进水COD浓度，提供有效碳源，作为污水碳中和的基础工作。

改变污水厂的考核标准和模式：

正如张悦司长多次强调，我国的水污染问题在水里，根子在岸上。造成我国水环境污染的主要原因之一在于雨污混接，雨季溢流。鉴于我国污水厂进水浓度普遍偏低，如果进一步提升不仅将涉及现行化粪池设计规范的修改，还需要对管网、CSO等设施进行大量的投资，远水难解近渴的情况下，建议适时修订《城镇污水处理厂污染物排放标准》，将城镇污水处理厂出水考核合格率与“削减污染物总量“相结合，鼓励污水厂以生态环境优先，充分利用其污染物设计负荷余量，处理雨季的溢流污水。对超负荷运行的污水厂设置合格率考核，而非现行的超标处罚原则。在污水付费体制上，探索按照污染物削减总量付费的模式，并将全过程碳减排纳入考核指标。

精细化污水处理管理，充分挖掘和利用污水热能：

因地制宜积极采取各种措施对污水处理厂进行精细化管理，实现能耗、物耗节流，这也是绿色低碳发展的重要组成部分。一方面是不断优化运行参数，优化设备、设施运行状态，同时建立基于DO反馈的精确曝气控制(虽然不同处理工艺能耗不同，但曝气系统总体能耗占比最大，因此，污水处理厂节能降耗关键点在升级改造曝气系统。)，在保证出水达标的前提下，按需提供微生物所需的溶解氧，达到供需平衡，避免曝气能耗的浪费。另一方面，在保证出水水质达标的前题下，政府管理部门应该充许运行企业自主调整运行流程、运行参数，不要一味生硬地按照环评的工艺流程和运行过程参数来督察与考核，避免污水处理系统不必要的能耗与物耗浪费。

鼓励污水厂充分利用太阳能、水源热泵等技术，减少电能的消耗，实现能源自给。研究表明，水源热泵能有效地将污水中的热能转化为污水处理厂和邻近建筑物的热能,当1m3的出水冷却1℃时,可提供0.26kWh/m3℃的净电当量。

分层次开展LCA评价：

目前，针对污水处理系统的评价是以住房建设部门、环境保护部门对污水处理工作考核为核心的评估，重点仅在污水处理过程中的环境绩效、运行规范等污水处理的单因素评价。但随着对污水处理与社会可持续性的考量，需就污水处理进行多角度、全方位的综合考虑，对污水处理系统的可持续发展性进行更加全面的评价是污水处理行业评价的升级。基于 LCA 的综合评价方法，是一种国际上普遍认同的、用于评价产品或服务相关的环境因素及其整个生命周期环境影响的工具。生命周期评价通过综合污水处理系统中的物耗、能耗、污染物排放等因素，将结果统一量化为资源消耗、环境变化、毒性等影响指标，也可进行加权得到综合指标。由于生命周期评价考虑的是污水处理系统的整个生命周期，不仅仅局限于某个阶段，故能够全面的评价该系统的总环境影响、社会可持续性、企业可持续性，有利于实现污水处理的系统管理。在污水处理系统开展LCA评价，我国已有许多研究与案例，面对低碳时代要求，需进行相应的评价标准、基准、方法规范，由学术范畴走向行政管理与行业自审制度设置。就污水处理系统而言，需分层次、以不同的边界开展LCA评价：一是污水处理厂(WWTPs)边界，在污水处理企业建立评价清单，确定评价指数，定期开展LCA评价，以此评价作为政府、利益相关方对污水处理行业考核的依据，环境绩效考核不仅是污水达标情况，还需考核温室气体GHG排放;二是扩大污水处理 LCA 分析的系统边界，不再仅仅局限于污水处理厂，而是包括了整个城市水/废水系统，即从污水处理规划、建设，污水收集、管网、处理、回用、排放等全过程建立LCA评价体系，作为上级政府与部门对下级城市政府污水处理系统考核与评价的依据。LCA 评价可以更加客观揭示污水处理的“大气-水-土地”相互联动的生态事实，综合考虑污水厂生产过程中二氧化碳、一氧化二氮、甲烷等温室气体的排放核算，将传统污水处理为“污染转嫁”过程的问题定量展现，避免一味靠“提标”，为仅达到单一改善水环境的目而转移生态环境问题，从而选择综合方案来实现最小化总生态环境影响，如在磷回收决策上，是否进行磷回收?是单独从湿污泥中以鸟粪石工艺回收，还是让污泥焚烧，从焚烧的干灰中回收?都应放在LCA的层面，寻找最优决策。

1 234

编辑：赵凡