污水處理行業(yè)沒必要搞「碳中和」？這個誤解可能讓你損失上千萬！

談到碳中和、碳減排，很多人都覺得其是一件投資成本高且回報時間長的事情。

 

就比如，有觀點認為我國污水處理行業(yè)的碳排放量才占全社會總排放量的1%，實施碳中和、碳減排實在沒必要，即不具有經(jīng)濟意義，又會帶來高投入和高成本。

 

但事實并非如此。

 

一方面，相比其他行業(yè)，污水處理行業(yè)減碳效益更大。

 

中國人民大學低碳水環(huán)境技術研究中心主任王洪臣說，“排水與污水處理行業(yè)碳排放量雖然占比小，但依靠改變技術路線、改變運行模式，輔以適當?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”轉型，不僅能省錢還能賺錢。

 

施耐德電氣工業(yè)自動化中國區(qū)戰(zhàn)略和業(yè)務發(fā)展總監(jiān)申紅鋒直言，不應把碳中和看作是一項挑戰(zhàn)，實際上它是一件雙向驅動的事情，也蘊藏著更大的機遇。

 

“短期來看，碳中和實踐會給企業(yè)帶來一定的成本壓力，但從長遠來看，企業(yè)通過進行量化節(jié)能、精益改造將會帶來成本的節(jié)約。”

 

圖源/Aarhus Vand：Marselisborg污水廠

舉個例子——

 

丹麥的Marselisborg污水廠在碳中和升級中，通過采取了一系列優(yōu)化措施（投入300萬歐元，10%由市政府資助），污水廠的年電耗共節(jié)省約100萬kWh，減幅達四分之一，噸水電耗降至0.25kWh/m³。

 

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

 

綜合計算下來，Marselisborg污水廠每年通過節(jié)能降耗能省下20.6萬歐元，通過賣余熱和余電能賺32.6萬歐元，再加上排污稅省下的8萬歐元，七七八八算下來，一年能省60多萬歐元，5年就能回本，還有得賺！

 

近些年來，隨著“雙碳”目標的明確，高耗能行業(yè)都在進行低碳轉型，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正在進行或者計劃實施碳減排，那么下面這4個「低碳運行策略」可能會幫助到你。

 

 

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)著相應比例的能耗，污水處理系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)都要注重節(jié)能才能達到最優(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％，是污水處理廠節(jié)能降耗的重點。其節(jié)能措施一般有如下5點：

1）合理布置各構筑物和管渠的位置，減少管渠長度和局部阻力，充分利用地形，通過降低提升高度來減小水泵揚程；

2）選擇合適的水泵型號，使其工況點在高效段內(nèi)運行；

3）通過變頻調速技術控制電機轉速和污水流量，降低水泵揚程和電耗；

4）如果采用離心式水泵，其揚程、軸功率、流量都與泵輪直徑比正相關，可通過切削泵輪來降低設計揚程、泵軸功率和控制流量，使水泵在最優(yōu)效率區(qū)運行；

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

 

水泵不同的運行方式的節(jié)能效果比較

2、鼓風曝氣系統(tǒng)的節(jié)能

 

1）選擇高效的鼓風曝氣方式

 

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

 

鼓風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

 

人工調節(jié)曝氣方式，勞動強度高且精度不高，曝氣不足會影響處理效果，曝氣過度又會浪費能耗。

 

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

 

精確曝氣控制系統(tǒng)根據(jù)溶解氧濃度自動調節(jié)供氧量，同時檢測系統(tǒng)中的壓力變化并及時做出調整。

 

3）合理的布置曝氣裝置

 

曝氣裝置安裝在水底時，池內(nèi)O2分散不均，浪費能源和資源。

 

研究表明，如果在池子進水處多布置曝氣器，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，這樣可實現(xiàn)能源資源的合理利用從而達到節(jié)能降耗的目的。

 

全面曝氣可使整個曝氣池內(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要高，因此全面曝氣利于節(jié)能降耗的實現(xiàn)。

 

3、其他節(jié)能措施

 

格柵的能耗分布為：柵條對污水的攔截作用導致水頭損失；機械粉碎處理柵渣時耗能。因此，污水后續(xù)處理設備應盡量布置在地勢相對較低的地方，減少污水提升泵的使用而達到節(jié)能降耗的目的。

 

沉砂池的常用類型有平流式沉砂池、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，可通過優(yōu)化加藥除磷、消毒、污泥脫水等實現(xiàn)節(jié)能降耗。

 

進水有機物濃度低但氮磷處理要求較高時，應盡量減少預處理單元對有機物的去除率，從而節(jié)省后續(xù)處理所需投加的碳源量。

 

污泥脫水設備是否高效運行嚴重影響污泥處理系統(tǒng)的能耗水平，因此污泥產(chǎn)量及含水率等的計算要精確并合理確定脫水機的型號和臺數(shù)，增強其運行效率。

 

為提高污泥脫水性能而投加絮凝劑時，應結合污泥性質的變化通過實驗合理調整投加量。

 

 

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必須要做到因地制宜，即適合的就是最好的。

 

在經(jīng)濟相對落后的地域，可先采用強化一級污水處理工藝待條件相對成熟后再過渡二級處理。當然，土地資源相對豐富時也可選擇利用當?shù)氐淖匀坏匦巍?/span>

 

如洼地、塘溝等作為污水處理的場地，優(yōu)先考慮采用人工濕地、穩(wěn)定塘等生態(tài)處理工藝，它們具有建設運行成本低、操作管理簡單、能耗小等優(yōu)點，還可形成獨特的生態(tài)景觀區(qū)從而將污水處理與改善生態(tài)環(huán)境結合起來。

 

在經(jīng)濟發(fā)達的地域，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可以采用深度處理工藝，減少對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，為實現(xiàn)污水的資源化利用做準備。

 

厭氧生物處理時不需要供氧因而耗能少，并且將污水中的有機物轉化為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。

 

當進水BOD濃度超過300mg/L時，厭氧生物處理工藝更低碳，并且其碳減排效果隨著進水有機物濃度的增大而增強。

 

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)濟上和環(huán)保方面的優(yōu)越性。由此可見，條件適宜時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。但由于缺乏實際運行經(jīng)驗，因此需加大對這些工藝的研究力度，使其真正地為節(jié)能減排服務。

 

 

03

選擇合適的污泥處理處置技術

 

 

不同污泥處理處置工藝的碳排放量和低碳化程度比較，見下表。

 

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，這是因為這三種方式同時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，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。如果不適宜建設厭氧消化設施，污泥經(jīng)過余熱干化后，可在當?shù)氐墓I(yè)窯爐混燒或焚燒發(fā)電，降低投資和運行費用的同時節(jié)省化石燃料而減少碳排放。

• 污泥量很少時，濕污泥可不經(jīng)過干化而直接混燒，節(jié)省基建投資和運行費用。

• 當上述條件不具備時，可建設污泥焚燒爐，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)

 

 

如果把污水處理廠比作心臟的話，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)在建設污水處理系統(tǒng)時，“重廠輕網(wǎng)”問題仍突出，這就使得污水處理廠和污水管網(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發(fā)生厭氧反應產(chǎn)生CH4，CH4量隨著水力停留時間的延長及管道管徑、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)，提高施工質量，加強管道的維護、清理，防止破漏，減少污染物在污水管網(wǎng)中的沉積，會在一定程度上減少碳排放，進而促進污水處理系統(tǒng)的低碳運行。

 

污水管網(wǎng)越長，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，需要適當改變傳統(tǒng)觀念：

• 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；

• 對于已形成合流制系統(tǒng)的地區(qū)應據(jù)其未來的發(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的小城鎮(zhèn)可視當?shù)貙嶋H情況選擇采用完全分流制、不完全分流制或截流式合流制；

• 對于現(xiàn)有污水處理廠生產(chǎn)負荷率偏低的地區(qū)，要加快配套管網(wǎng)的建設，切實做到“管網(wǎng)先行、廠網(wǎng)配套。”

•