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怎么构建低碳年代污水处理新格局?
浏览: 发布日期:2021-03-17
现在,我国污水处理职业依然存在建造先天缺乏,后天展开失调等问题。怎么消化这些先天缺乏与后天失调,契合各类环保督察要求,已让各地污水处理厂殚精竭力。在这样的根底上,在这样的时刻节点上,咱们又迎来了低碳旋风,进入了低碳绿色展开年代。无论是站位或跟风绿色低碳展开的外力,仍是节能降耗进步企业中心竞争力的内需,污水处理职业的新格局调整已不行回避。
污水处理职业在低碳年代的应战在哪里?机会几许?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、全球性动力危机与资源匮乏影响,迫使人们不得不寻求可持续展开之路。进入二十一世纪二十年代之际,在后疫情年代,低碳展开课题被迅速放大。2020年12月12日,国家主席习近平在气候雄心峰会上许诺到2030年,我国单位国内出产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,完结“碳达峰”,努力争取2060年前完结“碳中和”。于是,一时刻“碳达峰”、“碳中和”突然走热,低碳展开、低碳社会昭但是为这个年代的主旋律和热门。
我国自污染防治攻坚战以来,污水处理建造迅猛展开,遍地开花且出资力度逐年加大,到2020年,全国城市污水处理率到达95%(“十三五”规划方针),乡村污水处理率到达25.5%(2021年全国生态环境维护大会泄漏)。逐步完备的、巨大的污水处理职业在低碳年代的应战在哪里?机会几许?这已是这个职业进入2021年的一个重大课题。
污水处理被以为是一个高耗能职业,传统污水处理实际上是停留时刻、处理空间、投入动力、物耗资源四个维度上的调整与组合,乃至能够说高规范的出水水质,是以能耗、物耗的办法施行的污染形态转移来完结的,有人以为:碧波的一起未必是蓝天,耗能导致的水污染物转为CO2、CH4、N2O、NH3、H2S等温室气体,特别是对污水处理规范再三进步,能耗越来越高,这样的转换也越来突出(现在针对污水厂的提标晋级计划现在首要包含:针对现有工艺的优化;添加投药,如添加化学除磷和外加碳源;添加后续物化处理单元如高效沉积和砂滤池、添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职业碳排放量大约占全球碳排放量2%左右。美国2017年动力耗费量中约2% 用于饮用水和污水处理系统,发生约4100万吨温室气体。
我国污水处理职业在许多当地存在其建造先天缺乏,其展开后天失调。以快速地大幅进步污水处理率,补环境根底设备短板为责任导向的污水处理建造形式,面临了规划的盲目性、技能的稠浊性、管网的滞后性诸多问题,以污染物总量减排、流域水环境质量合格为方针导向的污水处理运转形式,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。现在,怎么消化这些先天缺乏与后天失调,契合各类环保督察要求,已让各地污水处理厂殚精竭力,在这样的根底上,在这样的时刻节点上,咱们又迎来了低碳旋风,进入了低碳绿色展开年代。无论是站位或跟风绿色低碳展开的外力,仍是节能降耗进步企业中心竞争力的内需,污水处理职业的新格局调整已不行回避。
什么是污水处理新格局?在攻占山头之后,咱们回到本来的问题,咱们处理的对象是什么?污水是一个污染物,咱们就转化它,让它合格。污水是一个领域,咱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,咱们就需求将污水处理厂逐步演变为“养分物Nutrient工厂”、“动力Energy工厂”、“再生水Water厂”(即,荷兰提出的污水处理NEWs概念)。这三个进程,咱们能够将其别离视为污水处理的1.0、2.0、3.0版本(为比较表述,非界说),咱们刚完结了1.0,正在2.0中探究时,就要面向或升入3.0,这便是咱们面临的污水处理新格局。
从全球可持续性展开的视点而言,污水处理的方针不只仅是缓解水污染问题,而应该是多方针归纳考虑,可持续地运用或收回动力和资源,以此安身,方可完结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,又是一个被方针驱动的职业,谁提早敞开低碳革新,谁将赢得更大的主动权和更广阔的展开空间。
幸福的容貌?
污水处理3.0的幸福容貌:表里兼修,讨好了社会的面子,做足了企业的里子。
城市污水处理技能的研讨与运用阅历了100 多年的展开进程,逐步形成了一级处理、二级处理和深度处理等处理形式,展开了多种物理、物化和生物等处理技能。物化+生物的二级处理是城市污水处理厂通行的处理形式,而生物处理技能是国表里遍及选用的城市污水处理办法。
在活性污泥法诞生100年后,人们开始从头总结与回顾污水处理技能的展开方向进程,从节能降耗视点审视污水处理进程的高能耗,从物质的视点审视污水处理的高“碳脚印”,这是至今以惯例活性污泥工艺为干流的污水处理技能缺欠,于是,一些耦合资源和动力收回的概念道路不断涌现。现在世界范围内,对“污水”的认知已经从“废物处理”对象转向“资源及动力收回”的载体,根据资源收回、动力开发与运用与碳平衡理念的未来污水处理厂在一些发达国家、世界范围内抢先的环境公司已经开始实践。奥地利斯特拉斯(Strass)污水处理厂以干流传统工艺(AB法)与侧流现代工艺(厌氧氨氧化)相结合办法完结剩下污泥产值最大化,早在2005年经过厌氧消化产甲烷并热电联产完结了动力自给率,到达碳中和运转方针。现在,该厂运用剩下污泥与厂外厨余废物厌氧共消化,使得动力自给率高达200%,不只完结动力自给自足,并且还有一半所发生的能量能够向厂外供应,已成为当之无愧的“动力工厂”。作为美国碳中和运转的榜样,Sheboygan污水处理厂经过开源与节省并举的技能办法不只向美国并且也向世界展示了其污水处理能耗根本能够完结自给自足。2013年,该厂已完结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,根本完结了碳中和运转方针。2020年4月开工的江苏宜兴城市水资源概念厂正在探究我国的污水处理新概念,除了污染物减少根本功能,还具有城市动力工厂、水源工厂、肥料工厂等新功能,根据碳中和的新型环境根底设备。
在此根底上,许多国家拟定了应对气候变化的污水厂能耗自给或碳中和技能道路。美国水环境研讨基金(WERF)提出 “Carbon-free Water”,更是拟定出至2030年一切污水处理厂均要完结碳中和运转的方针。荷兰拟定了2030年NEWs技能道路图。新加坡提出了从Brownfield(棕色水厂)到Greenfield(绿色水厂)的时刻表与道路图。日本有关部分发布“Sewerage Vision 2100”,指出到本世纪末将彻底完结污水处理动力自给自足。我国提出的2030年碳达峰,2060年碳中和,这关于污水处理职业也是一个时刻表。
富丽的回身?
关于2030碳达峰和2060年碳中和的国家方针,污水处理职业怎么知道?
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微观经济社会展开战略而言的,材料、动力等经济、社会的根底需求在未来十年仍是刚需在此根底上以操控碳排放强度为主,操控碳排放总量为辅。就污水处理企业而言,在污水处理规划与规划规划确认的根底上,应确认现有GHG排放状况为基准的峰值操控准则,任何的技能改造、晋级都应以此为基准,施行碳减排,直至终究的碳中和。就污水处理系统而言,笔者以为,碳达峰的意义应该是两个方面的:一是“应收尽收,应处尽处”将污水搜集率与处理率到达城市或区域的最大化;二是完善搜集系统,不断进步污水搜集质量,不渗不漏,其污水处理厂的进水浓度“达峰”。
误区二:污水处理进程动力的“自给自足”加“中水回用“— “净—零”便是碳中和。
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,应与其建造和运营进程中材料与设备的加工、污水处理中能耗与物耗、污泥处置中运送与运用等全生命周期排放等要素都有关,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注重问题,不是技能问题
尽管1997年《京都议定书》列出了有助于减少温室气体排放的方针或做法。但是,迄今为止,咱们对全球变暖所涉要素的了解非常有限。这是一个非常复杂的领域,必须考虑到各种温室气体来历以及天然波动。尽管世界上遍及不以为城市废水处理中的碳排放不被以为是形成全球变暖的温室气体的一部分。这种碳代表最近固定C的分化,被以为是生物或快速碳循环的一部分,但是污水处理进程中的CH4或N2O和污泥处理需求在核算中加以考虑。但是,怎么根据不同的条件确认不同处理工艺的GHG和LCA取值,至今依然存在较大的争议。污水处理厂污染物去除协同操控温室气体核算的规范系统没有形成,例如,关于污泥填埋、堆肥、燃烧等工艺,不同国家乃至得出成果截然不同的不同成果,此外,有机质协同消化、协同燃烧等工艺测算值因为地域性和工艺不同很大,导致难以确认污水、污泥处理工艺的指导性准则。
误区四:碳中和是方针导向,不是经济导向
环境问题既是国家大政,也应该以技能经济为根底和导向兢兢业业的推动。治大国如烹小鲜,依靠标语和“弯道超车“的投机意识,难免会像之前的光伏、碳买卖市场相同,看着热烈,冷暖自知。鉴于碳中和衡量和检查难度很大,靠层层任务分化和监督检查很难处理问题。
污水处理厂(WWTPs)完结碳中和富丽回身的三个维度:
能量维度。许多研讨与工程试验已被用于探知从污水中收回动力,以满意污水处理运转现场能量自给自足的可行性。一方面支出最小化,运用清洁动力并在污水处理进行中摸索低能耗计划;二方面收入最大化,污水中所包含的如此巨大的能量,捕获污水中所包含的有机化学能、热能就地转换为电能,欧美等国家一些施行碳中和运转方针的污水处理厂也大都以剩下污泥厌氧消化转化动力为首要手段。理论上能够完结能耗的彻底自给乃至能够变成能量输出厂,有充沛的理论与实践根据标明,未来污水处理厂不是动力的耗费者而应该成为动力供应方。这些举措支撑了减少污水处理厂全生命周期温室气体GHG排放的相关方针。
资源收回维度。从污水中收回资源具有广大的范围,污水处理最大的资源收回是中水回用与再生水运用,如新加坡的NEWATER项目,再生水用处一般为非饮用目的,如用作工业冷却、园林绿化灌溉、景观用水等,当然亦有弥补地下水,作为直接饮用水用处,根据国内经过点评大连某污水厂生命周期环境进程的研讨,标明当出水回用率到达 70%时,回用水经过抵消自来水出产获得的环境效益能够抵消新增深度处理设备带来的环境影响,然后对原有二级处理工艺 LCA 环境影响进行减量。
另一个在欧美广受注重,而被咱们忽视的污水资源收回问题是对磷这一不行再生资源收回。尽管现在有关污水处理磷收回的研讨许多,就现在的鸟粪石工艺从污泥中收回磷与磷矿开发运用之间进行经济效益比较是不合理的,也许正是这个原因,现在没有将磷收回纳入污水处理厂LCA 点评系统之中,它在污水处理环境归纳影响方面的减量效果也未能表现。当然,从资源的视点优化原料投入环节也十分重要,污水处理本质是经过生化反响来去除水中污染物,在处理环节需求投加碳源和多种化学药剂,这些原材料在出产和运送进程中耗费动力,在投加进程中也耗费一定动力,因而,优化投料环节,有助于节能降耗减少碳排放。
碳平衡维度。污水处理碳中和运转中,剩下污泥是重要的动力化、资源化载体物质,需求从污水系统碳平衡的维度,以增量办法去获得,需求改动污泥减量化的现行观念,以碳中和运转为方针的污泥增量近年来已在世界上悄然兴起。为此,以城市碳平衡系统来考虑,经过COD内源截留与外源挖潜办法最大限度地去完结“污泥增量”。“污泥增量”的两个途径:一是内源途径,进步污水处理厂进水COD负荷,经过完备、完善的管网系统搜集污水,最大限度防止污水碳源丢失,减少乃至无需弥补反硝化的外加碳源,完结处理进程中的碳平衡。二是外源途径,在日子污水搜集时,在确保系统安全的条件下,可考虑食品、屠宰等高碳类出产废水接入;在后端的污泥厌氧消化时,可混入餐厨废物、果蔬废物、园林残枝等有机废物施行后端厌氧共消化技能。
康庄的大路?
这是康庄大路,仍是一次绵长的告别?
面临低碳年代污水处理向着资源、动力收回与碳中和转变的世界大趋势,先天缺乏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办理、技能、运转走向问题。
当今我国经济有一个明显特征,风口经济。以风投的心态投入抢风头的战斗,业界有一句话: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。关于已运转污水处理厂,当务之急是先要让既有污水处理设备运转到达它们规划之初的既定方针,打好根底、练好内功、不断改善。关于这些仍在规划中的污水处理厂建造,应在既有污水处理厂业已取得实际效果并积累了很多运转经验的前提下,可量体裁衣地考虑施行资源/动力收回工艺,有条件的可一步到位施行污水处理碳中和工艺并运转。
怎么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作业,确认鸿沟并协同推动。现在能够起步的作业:
从头界说根据流域系统的水环境方针:
应该进一步反思此前根据污染源操控的水环境维护策略,近年来,各地政府一而再,再而三地把方针盯在污水处理厂,希望用不断进步的污水处理规范来完结水环境方针,乃至一些当地在环评中将污水处理规范定在地表水三类水质规范。已有的LCA研讨标明,越高的污水排放规范,具有越大的生态环境负效应,完结碳中和的方针越难。流域水环境维护方针的完结需求就流域系统考虑,既要做污染负荷的减量,又要做生态容量的增量。污水排放规范的拟定与修订要考虑碳源转向动力化、资源化途径后对后续脱氮工艺的影响,高排放规范与碳中和运转的完结方针矛盾,“鱼和熊掌不行兼得”,不实事求是地界说污水处理规范,我国污水处理完结碳中和很难。应该把出资和管控要点放到经过海绵城市完结源头减污,经过CSO进行初雨调蓄,经过管网改造、雨污分流完结应收尽收等历史遗留问题的处理上。
进步污水进水有机负荷。关于我国污水处理碳中和而言,要做好的一个重要根底作业就管网系统完善,经过甲烷(CH4)热电联产(CHP)能够获得一定量有机物动力,这是污水处理碳中和的一个要点,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,我国市政污水碳源遍及低下,能量衡算标明,进水COD为400mg/L,在完结脱氮除磷碳源运用后发生的剩下污泥,经厌氧消化+热电联产最多也只能发生0.20kW·h/m3电当量。若污水处理能耗为0.40kW·h/m3,这意味着距碳中和方针还有50%能量赤字,只有当进水COD为800
mg/L时方能牵强满意0.40kW·h/m3碳中和需求。现在,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造,改造晋级管网运营办理形式,加强漏损点勘测、整治和潜在漏损风险的防备,进步进水COD浓度,供给有用碳源,作为污水碳中和的根底作业。
改动污水厂的查核规范和形式:
正如张悦司长屡次着重,我国的水污染问题在水里,根子在岸上。形成我国水环境污染的首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遍及偏低,假如进一步进步不只将触及现行化粪池规划规范的修改,还需求对管网、CSO等设备进行很多的出资,远水难解近渴的状况下,建议适时修订《乡镇污水处理厂污染物排放规范》,将乡镇污水处理厂出水查核合格率与“减少污染物总量“相结合,鼓励污水厂以生态环境优先,充沛运用其污染物规划负荷余量,处理雨季的溢流污水。对超负荷运转的污水厂设置合格率查核,而非现行的超标处分准则。在污水付费系统上,探究按照污染物减少总量付费的形式,并将全进程碳减排纳入查核目标。
精细化污水处理办理,充沛挖掘和运用污水热能:
量体裁衣积极采取各种办法对污水处理厂进行精细化办理,完结能耗、物耗节省,这也是绿色低碳展开的重要组成部分。一方面是不断优化运转参数,优化设备、设备运转状况,一起树立根据DO反应的准确曝气操控(尽管不同处理工艺能耗不同,但曝气系统整体能耗占比最大,因而,污水处理厂节能降耗关键点在晋级改造曝气系统。),在确保出水合格的前提下,按需供给微生物所需的溶解氧,到达供需平衡,防止曝气能耗的糟蹋。另一方面,在确保出水水质合格的前题下,政府办理部分应该充许运转企业自主调整运转流程、运转参数,不要一味僵硬地按照环评的工艺流程和运转进程参数来督察与查核,防止污水处理系统不必要的能耗与物耗糟蹋。
污泥共消化发挥了基质间的协同效果,进步了底物的降解速率和降解程度,使动力转化功率明显进步。假如有条件可将厨余废物、绿化草木残体、果蔬废物等有机废弃物与剩下污泥一并共消化,这不只是污水处理碳中和的途径,并且也为归纳处置城市市政有机固体废弃物拓荒一条可持续展开之路。建议赶快树立污水处理厂污染物去除协同操控温室气体核算的规范系统。
方针引导,鼓励资源型、动力型污水厂的建造:
因为低碳污水厂技能风险大、出资本钱高,建议从国家层面拟定污水处理厂碳减排补偿和动力工厂补助机制,经过方针加经济的手段,浅层气浮厂家引导和推动更多有创新性的企业加入到碳中和污水厂的建造和运营中来;
改动污水本钱定价监审办法和增值税办理办法,将节能降耗添加的本钱纳入监审本钱,由此发生的利润全额奖赏给污水厂;
一起,进一步下降污水回用的门槛,经过水资源配给机制和回用水收费机制弥补水资源的缺乏;
加大碳买卖机构的建造和规范建造,鼓励经过GHG减排买卖完结工业投入的回报机制。
鼓励污水厂充沛运用太阳能、水源热泵等技能,减少电能的耗费,完结动力自给。研讨标明,水源热泵能有用地将污水中的热能转化为污水处理厂和附近建筑物的热能,当1m3的出水冷却1℃时,可供给0.26kWh/m3℃的净电当量。
分层次展开LCA点评:
现在,针对污水处理系统的点评是以住宅建造部分、环境维护部分对污水处理作业查核为中心的点评,要点仅在污水处理进程中的环境绩效、运转规范等污水处理的单要素点评。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视点、全方位的归纳考虑,对污水处理系统的可持续展开性进行更加全面的点评是污水处理职业点评的晋级。根据 LCA 的归纳点评办法,是一种世界上遍及认同的、用于点评产品或服务相关的环境要素及其整个生命周期环境影响的东西。生命周期点评经过归纳污水处理系统中的物耗、能耗、污染物排放等要素,将成果统一量化为资源耗费、环境变化、毒性等影响目标,也可进行加权得到归纳目标。因为生命周期点评考虑的是污水处理系统的整个生命周期,不只仅局限于某个阶段,故能够全面的点评该系统的总环境影响、社会可持续性、企业可持续性,有利于完结污水处理的系统办理。在污水处理系统展开LCA点评,我国已有许多研讨与事例,面临低碳年代要求,需进行相应的点评规范、基准、办法规范,由学术领域走向行政办理与职业自审准则设置。就污水处理系统而言,需分层次、以不同的鸿沟展开LCA点评:一是污水处理厂(WWTPs)鸿沟,在污水处理企业树立点评清单,确认点评指数,定时展开LCA点评,以此点评作为政府、利益相关方对污水处理职业查核的根据,环境绩效查核不只是污水合格状况,还需查核温室气体GHG排放;二是扩展污水处理 LCA 剖析的系统鸿沟,不再只是局限于污水处理厂,而是包含了整个城市水/废水系统,即从污水处理规划、建造,污水搜集、管网、处理、回用、排放等全进程树立LCA点评系统,作为上级政府与部分对下级城市政府污水处理系统查核与点评的根据。LCA 点评能够更加客观提醒污水处理的“大气-水-土地”彼此联动的生态事实,归纳考虑污水厂出产进程中二氧化碳、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”进程的问题定量展示,防止一味靠“提标”,为仅到达单一改善水环境的目而转移生态环境问题,然后挑选归纳计划来完结最小化总生态环境影响,如在磷收回决议计划上,是否进行磷收回?是单独从湿污泥中以鸟粪石工艺收回,仍是让污泥燃烧,从燃烧的干灰中收回?都应放在LCA的层面,寻觅最优决议计划。
树立污水处理GHG清单:
 
 
经过绿色信贷、绿色债券、绿色股票指数和相关产品、绿色展开基金、绿色保险、碳金融等金融东西和相关方针支撑绿色污水厂转型。
经过最新改扩建,8000立方米暂时污水调蓄池已经投用,从一个多月的投用状况来看,现在该厂日均处理污水量已达11.5万吨,对自流井城区、大安老城区、高新区等地的污水进行了会集回收气浮维修
 
“鄙人大雨、污水处理厂满负荷或超负荷运转时,我们就会将雨污混合水或许污水收集进调蓄池,当污水处理厂有剩余的处理才能后,再将调蓄池中的水接入污水处理厂进行处理,大大降低了河道的污染负荷。”据市污水处理厂厂长肖元敬介绍,使用厂区旁这座新建好的8000立方米暂时污水调蓄池,对截污干管早晚来水顶峰进行抽提调蓄,实现了截污干管来水的“削峰填谷”,提升了污水处理系统安全平稳运转。“现在实际每日污水处理量达11.5万吨,超出了设计规划的10万吨
综上所述,污水处理职业完结碳中和是一项长期的系统性工程。就系统而言,需求政府相关部分和企业全面晋级办理运营思想与形式,需求从多维度与多层次进行顶层规划、系统规划和统筹安排。这不单是整个职业技能和理念的更新,并且是整个城市物质流认知的革命。