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，有觀點認為我國汙水處理行業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，即不具有經濟意義，又會帶來高投入和高成本。

 

但事實並非如此。

 

一方麵，相比其他行業，汙水處理行業減碳效益更大。

 

中國人民大學低碳水環境技術研究中心主任王洪臣說，“排水與汙水處理行業碳排放量雖然占比小，但依靠改變技術路線、改變運行模式，輔以適當的低碳改造，即可減少碳排放，相比其他行業，減碳效益更大。”

 

另一方麵，汙水行業搞“碳中和”轉型，不僅能省錢還能賺錢。

 

施耐德電氣工業自動化中國區戰略和業務發展總監申紅鋒直言，不應把碳中和看作是一項挑戰，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帶來一定的成本壓力，但從長遠來看，企業通過進行量化節能、精益改造將會帶來成本的節約。”

 

圖源/Aarhus Vand：Marselisborg汙水廠

舉個例子——

 

丹麥的Marselisborg汙水廠在碳中和升級中，通過采取了一係列優化措施（投入300萬歐元，10%由市政府資助），汙水廠的年電耗共節省約100萬kWh，減幅達四分之一，噸水電耗降至0.25kWh/m³。

 

同時，Marselisborg汙水廠通過能量回收的年產電量達480kWh。這就意味著除了足夠自用，還多出53%賣給國家電網，此外還有250kW的多餘熱能直接用於地區供熱。

 

綜合計算下來，Marselisborg汙水廠每年通過節能降耗能省下20.6萬歐元，通過賣餘熱和餘電能賺32.6萬歐元，再加上排汙稅省下的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，高耗能行業都在進行低碳轉型，作為環境治理行業排頭兵的汙水處理行業自然也不能例外。

 

如果你所在的汙水處理廠正在進行或者計劃實施碳減排，那麽下麵這4個「低碳運行策略」可能會幫助到你。

 

 

01

汙水處理係統中的節能降耗

 

 

節能降耗就是碳減排，多耗電就是多排碳，多耗藥也是多排碳。

 

由於能耗產生的CO2占據汙水處理係統碳排放的主要部分，因此節能降耗會大幅度降低汙水處理係統中的碳排放總體水平。

 

汙水處理係統消耗的能源通常包括電能、熱能、藥劑等，其中電耗約占60％～90％。

 

汙水處理係統的電耗主要集中用於汙水汙泥的提升、生物處理的供氧、汙泥的處理處置等方麵。另外，格柵、沉砂池、初沉池等處理單元也占據著相應比例的能耗，汙水處理係統中每個環節都要注重節能才能達到最優。

 

因此，汙水處理係統中的節能降耗可從以下幾個方麵入手：

 

1、汙水提升泵的節能

 

汙水提升泵的電耗一般占總耗電量的15％～25％，是汙水處理廠節能降耗的重點。其節能措施一般有如下5點：

1）合理布置各構築物和管渠的位置，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運行；

3）通過變頻調速技術控製電機轉速和汙水流量，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、泵軸功率和控製流量，使水泵在最優效率區運行；

5）定期維護檢修水泵、采用新型節能泵、合理調整運行參數和確定水泵運行方式。

 

水泵不同的運行方式的節能效果比較

2、鼓風曝氣係統的節能

 

1）選擇高效的鼓風曝氣方式

 

在滿足汙水處理需要的前提下降低風量是鼓風曝氣係統最顯著的節能降耗措施，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、水力剪切和水力衝擊等幾種類型。其中，微孔曝氣方式氣泡小、氣液接觸麵大、氧利用率高、可節省接近20％的曝氣能耗。

 

2）精確控製曝氣量

 

人工調節曝氣方式，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製係統，實現按需供氧，大約能節能10％。

 

精確曝氣控製係統根據溶解氧濃度自動調節供氧量，同時檢測係統中的壓力變化並及時做出調整。

 

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，這樣可實現能源資源的合理利用從而達到節能降耗的目的。

 

全麵曝氣可使整個曝氣池內均勻產生小旋渦，並可將小氣泡吸至1/3～2/3深處，氧的利用率比曝氣器單邊布置時要高，因此全麵曝氣利於節能降耗的實現。

 

3、其他節能措施

 

格柵的能耗分布為：柵條對汙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，汙水後續處理設備應盡量布置在地勢相對較低的地方，減少汙水提升泵的使用而達到節能降耗的目的。

 

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係統能耗較高，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澱池、豎流沉澱池和輻流沉澱池，初沉池的能耗主要發生在排泥設備上，可采用靜水壓力法降低其能耗。

 

藥劑利用方麵，要精確投加，避免不必要的浪費，可通過優化加藥除磷、消毒、汙泥脫水等實現節能降耗。

 

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，從而節省後續處理所需投加的碳源量。

 

汙泥脫水設備是否高效運行嚴重影響汙泥處理係統的能耗水平，因此汙泥產量及含水率等的計算要精確並合理確定脫水機的型號和台數，增強其運行效率。

 

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

 

 

02

選擇合適的汙水處理工藝及工藝優化

 

 

選擇汙水處理工藝時必須要做到因地製宜，即適合的就是最好的。

 

在經濟相對落後的地域，可先采用強化一級汙水處理工藝待條件相對成熟後再過渡二級處理。當然，土地資源相對豐富時也可選擇利用當地的自然地形。

 

如窪地、塘溝等作為汙水處理的場地，優先考慮采用人工濕地、穩定塘等生態處理工藝，它們具有建設運行成本低、操作管理簡單、能耗小等優點，還可形成獨特的生態景觀區從而將汙水處理與改善生態環境結合起來。

 

在經濟發達的地域，可以采用SBR、氧化溝等主流汙水處理工藝。汙水處理要求較高時可以采用深度處理工藝，減少對周圍生態環境的影響，為實現汙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，並且將汙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，並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生的汙泥較少，更凸顯其在經濟上和環保方麵的優越性。由此可見，條件適宜時采用厭氧生物處理工藝符合可持續發展的戰略方向。

 

不同汙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汙染物的去除效率，還節省投資、降低能耗、減少碳排放。但由於缺乏實際運行經驗，因此需加大對這些工藝的研究力度，使其真正地為節能減排服務。

 

 

03

選擇合適的汙泥處理處置技術

 

 

不同汙泥處理處置工藝的碳排放量和低碳化程度比較，見下表。

 

不同汙泥處理處置方式的碳排放量和低碳化程度比較

 

不難看出，在各種汙泥處理處置工藝中填埋的碳排放量最大，填埋1t濕汙泥（含水率為60％）要產生500kg左右的碳排放量；汙泥厭氧消化+沼氣發電的低碳化程度最高，其次是汙泥餘熱幹化+焚燒、餘熱幹化後混燒，這是因為這三種方式同時減少汙泥填埋排放的CH4和化石燃料使用間接造成的碳排放。

• 汙泥量較大時，適宜采用厭氧消化+沼氣發電的方式，其碳排放較少，所產沼氣穩定、純度高、易收集，便於淨化利用，且汙泥經消化後脫水性能好。如果不適宜建設厭氧消化設施，汙泥經過餘熱幹化後，可在當地的工業窯爐混燒或焚燒發電，降低投資和運行費用的同時節省化石燃料而減少碳排放。

• 汙泥量很少時，濕汙泥可不經過幹化而直接混燒，節省基建投資和運行費用。

• 當上述條件不具備時，可建設汙泥焚燒爐，采用汙泥幹化+焚燒發電的方式。

 

 

04

合理規劃汙水收集輸送係統

 

 

如果把汙水處理廠比作心髒的話，那麽汙水收集輸送係統就是遍布全身的血管。

 

然而，目前中小城鎮在建設汙水處理係統時，“重廠輕網”問題仍突出，這就使得汙水處理廠和汙水管網不配套、汙水收集不足，汙水處理係統不能充分發揮其減排效益。

 

管網中沉積的汙染物在氧氣不足的條件下會發生厭氧反應產生CH4，CH4量隨著水力停留時間的延長及管道管徑、截麵積比的增大而增大。

 

因此，需要完善汙水收集輸送係統，提高施工質量，加強管道的維護、清理，防止破漏，減少汙染物在汙水管網中的沉積，會在一定程度上減少碳排放，進而促進汙水處理係統的低碳運行。

 

汙水管網越長，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，需要適當改變傳統觀念：

• 汙水分布零散的地區，汙水可就近分散收集、處理、回收利用，即采用分散的汙水係統；

• 汙水比較集中的地區則可根據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；

• 在城鎮的近郊地區可采用就近分散收集、處理和回收利用的方式，從而降低汙水在收集輸送過程中的碳排放；

• 在新建城區排水係統首選雨汙分流製；

• 對於已形成合流製係統的地區應據其未來的發展規劃選擇改造為截流式合流製或分流製；

• 規劃要建和己建有汙水處理廠的小城鎮可視當地實際情況選擇采用完全分流製、不完全分流製或截流式合流製；

• 對於現有汙水處理廠生產負荷率偏低的地區，要加快配套管網的建設，切實做到“管網先行、廠網配套。”

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