探索可持續(xù)新工藝 促進污水處理領域碳減排
污水處理行業(yè)碳排放量占全社會總排放量的1-2%，位居前十大碳排放行業(yè)，是不可忽視的減排領域。隨著各地提標改造的實施，我國污水處理能耗將進一步增大。面對巨大的能耗物耗，污水處理領域的碳減排工作已迫在眉睫。
全球變暖導致的自然災害頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)退化，是當今人類可持續(xù)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)。在全球變暖的嚴峻形勢下，國際社會積極采取應對措施。2016年4月22日，170多個國家在紐約簽署了全球性的氣候新協(xié)議《巴黎協(xié)定》，承諾將全球氣溫升高幅度控制在2℃之內。2016年9月3日，中國加入《巴黎協(xié)定》，與各國一道積極應對全球氣候變化，承諾到2020年單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40-45%，到2030年下降60-65%。
按照主要發(fā)達國家的統(tǒng)計，污水處理行業(yè)碳排放量占全社會總排放量的1-2%，位居前十大碳排放行業(yè)，是不可忽視的減排領域。據(jù)美國EPA2016年溫室氣體歷年排放清單統(tǒng)計，2014年美國污水處理行業(yè)N2O的碳排放當量和CH4的碳排放當量分別占全社會相應碳排放當量的1.2%和2.0%。據(jù)歐洲統(tǒng)計辦公室(Eurostat)2014年歐洲統(tǒng)計報告，污水處理與固體廢棄物處理組成的廢物處理行業(yè)是第五大碳排放行業(yè)，占全社會總碳排放量的3.3%。
發(fā)達國家污水處理行業(yè)的碳減排
1. 美國
美國對污水處理廠出水水質及達標有嚴格要求，在運營管理方面有一套九步驟的能源管理系統(tǒng)方案，并且非常注重高效設備的使用，這使得美國污水處理廠能量效率大大提高，總體能耗下降了大約10%，每年節(jié)省電耗100 多億kWh，也即每年節(jié)約了將近75 億美元的花費。具體來說，美國EPA 主要通過使用高效的機電設備，配合控制策略和管理手段來實現(xiàn)。EPA 還提出了污水處理廠提高能效的多項技術，內容主要涉及泵、曝氣、攪拌等高能耗單元，這些新型設備的應用可以為污水處理廠的運行節(jié)省大量投資成本與能耗。美國EPA 預測在下一個15 年里，污水處理廠的電能消耗將增加20%。
2. 加拿大
加拿大污水處理廠強調全廠控制，對于目前我國污水處理廠處于粗放調控的現(xiàn)狀具有很強的指導作用。目前正在廣泛應用的CCP綜合校正技術嚴格地分為兩個階段四個步驟，重點在于對污水處理廠設備的自我評估、性能短板和存在問題的識別、處理性能的改善和提高，內容涵蓋了預處理、一級處理、二級處理和某些具體單元運行過程的優(yōu)化技術與建議，重視運行優(yōu)化調試過程中指標的監(jiān)測和控制設備的使用。該技術已在北美污水處理廠運行優(yōu)化中大量采用，并已漸成技術體系。
3. 歐盟
歐盟在污水處理方面強調應用先進的控制技術，提倡各方廣泛地研究與交流。針對污水處理的精確控制，歐盟開展了各國間的科技合作，為污水處理廠提標或新建廠提供技術支持。應用精確的數(shù)學模型控制化學混凝，實現(xiàn)了污水處理廠可以根據(jù)進水水質及水量按比例精確加藥，達到了節(jié)省絮凝劑消耗、提升自動化控制水平、提高出水水質和降低污泥管理成本的目的。歐洲已經(jīng)成功的污水處理廠案例顯示，采用智能加藥控制系統(tǒng)能成功地優(yōu)化加藥劑量，每年藥劑節(jié)約量可達18%，污泥產(chǎn)量減少33%，在穩(wěn)定出水水質的前提下，大大減少了碳排放量，減少了藥劑購買以及污泥處理的費用。
4. 日本
日本應對污水處理碳減排采取了一系列綜合的措施，首先是高效設備的應用，例如在曝氣環(huán)節(jié)采用微孔曝氣器，可減少20%的曝氣能耗；在污泥處理環(huán)節(jié)采用帶渦輪增壓的流化床焚化爐，可降低85%的N2O 產(chǎn)生量，降低4%的CO2排放量；其次是能源的回收和新型能源的利用，例如污泥厭氧消化產(chǎn)氣的回收、太陽能的利用、污泥生物質能的利用等等；另外，日本強調加強與學術機構和其他企業(yè)的合作，研發(fā)新的管理方式和處理技術，實現(xiàn)污水處理的低碳運行。
中國污水處理行業(yè)碳排放狀況
我國城鎮(zhèn)污水處理設施經(jīng)過“十一五”和“十二五”時期的高速建設，已經(jīng)形成規(guī)?；奶幚砟芰?。污水處理過程造成了大量的碳排放，據(jù)估算，2003-2009 年我國污水處理過程的直接排放類溫室氣體量均呈逐年增加趨勢，自2003 年的0.53 億噸CO2當量增加到2009 年的0.75 億噸CO2當量，年平均增加5.95%。2015 年，我國污水處理行業(yè)總電耗高達140 億 kWh，單位電耗為0.275kWh/m3。
隨著各地提標改造的實施，我國污水處理能耗將進一步增大。面對巨大的能耗物耗，污水處理領域的碳減排工作已迫在眉睫。由國外污水處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，“以高能耗高物耗為基礎的優(yōu)質出水”以及由此帶來的“減排水污染物、增排溫室氣體”局面不利于我國污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，低碳污水處理應是未來的發(fā)展方向。
全球變暖導致的自然災害頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)退化，是當今人類可持續(xù)發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)。在全球變暖的嚴峻形勢下，國際社會積極采取應對措施。2016年4月22日，170多個國家在紐約簽署了全球性的氣候新協(xié)議《巴黎協(xié)定》，承諾將全球氣溫升高幅度控制在2℃之內。2016年9月3日，中國加入《巴黎協(xié)定》，與各國一道積極應對全球氣候變化，承諾到2020年單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40-45%，到2030年下降60-65%。
按照主要發(fā)達國家的統(tǒng)計，污水處理行業(yè)碳排放量占全社會總排放量的1-2%，位居前十大碳排放行業(yè)，是不可忽視的減排領域。據(jù)美國EPA2016年溫室氣體歷年排放清單統(tǒng)計，2014年美國污水處理行業(yè)N2O的碳排放當量和CH4的碳排放當量分別占全社會相應碳排放當量的1.2%和2.0%。據(jù)歐洲統(tǒng)計辦公室(Eurostat)2014年歐洲統(tǒng)計報告，污水處理與固體廢棄物處理組成的廢物處理行業(yè)是第五大碳排放行業(yè)，占全社會總碳排放量的3.3%。
發(fā)達國家污水處理行業(yè)的碳減排
1. 美國
美國對污水處理廠出水水質及達標有嚴格要求，在運營管理方面有一套九步驟的能源管理系統(tǒng)方案，并且非常注重高效設備的使用，這使得美國污水處理廠能量效率大大提高，總體能耗下降了大約10%，每年節(jié)省電耗100 多億kWh，也即每年節(jié)約了將近75 億美元的花費。具體來說，美國EPA 主要通過使用高效的機電設備，配合控制策略和管理手段來實現(xiàn)。EPA 還提出了污水處理廠提高能效的多項技術，內容主要涉及泵、曝氣、攪拌等高能耗單元，這些新型設備的應用可以為污水處理廠的運行節(jié)省大量投資成本與能耗。美國EPA 預測在下一個15 年里，污水處理廠的電能消耗將增加20%。
2. 加拿大
加拿大污水處理廠強調全廠控制，對于目前我國污水處理廠處于粗放調控的現(xiàn)狀具有很強的指導作用。目前正在廣泛應用的CCP綜合校正技術嚴格地分為兩個階段四個步驟，重點在于對污水處理廠設備的自我評估、性能短板和存在問題的識別、處理性能的改善和提高，內容涵蓋了預處理、一級處理、二級處理和某些具體單元運行過程的優(yōu)化技術與建議，重視運行優(yōu)化調試過程中指標的監(jiān)測和控制設備的使用。該技術已在北美污水處理廠運行優(yōu)化中大量采用，并已漸成技術體系。
3. 歐盟
歐盟在污水處理方面強調應用先進的控制技術，提倡各方廣泛地研究與交流。針對污水處理的精確控制，歐盟開展了各國間的科技合作，為污水處理廠提標或新建廠提供技術支持。應用精確的數(shù)學模型控制化學混凝，實現(xiàn)了污水處理廠可以根據(jù)進水水質及水量按比例精確加藥，達到了節(jié)省絮凝劑消耗、提升自動化控制水平、提高出水水質和降低污泥管理成本的目的。歐洲已經(jīng)成功的污水處理廠案例顯示，采用智能加藥控制系統(tǒng)能成功地優(yōu)化加藥劑量，每年藥劑節(jié)約量可達18%，污泥產(chǎn)量減少33%，在穩(wěn)定出水水質的前提下，大大減少了碳排放量，減少了藥劑購買以及污泥處理的費用。
4. 日本
日本應對污水處理碳減排采取了一系列綜合的措施，首先是高效設備的應用，例如在曝氣環(huán)節(jié)采用微孔曝氣器，可減少20%的曝氣能耗；在污泥處理環(huán)節(jié)采用帶渦輪增壓的流化床焚化爐，可降低85%的N2O 產(chǎn)生量，降低4%的CO2排放量；其次是能源的回收和新型能源的利用，例如污泥厭氧消化產(chǎn)氣的回收、太陽能的利用、污泥生物質能的利用等等；另外，日本強調加強與學術機構和其他企業(yè)的合作，研發(fā)新的管理方式和處理技術，實現(xiàn)污水處理的低碳運行。
中國污水處理行業(yè)碳排放狀況
我國城鎮(zhèn)污水處理設施經(jīng)過“十一五”和“十二五”時期的高速建設，已經(jīng)形成規(guī)?；奶幚砟芰?。污水處理過程造成了大量的碳排放，據(jù)估算，2003-2009 年我國污水處理過程的直接排放類溫室氣體量均呈逐年增加趨勢，自2003 年的0.53 億噸CO2當量增加到2009 年的0.75 億噸CO2當量，年平均增加5.95%。2015 年，我國污水處理行業(yè)總電耗高達140 億 kWh，單位電耗為0.275kWh/m3。
隨著各地提標改造的實施，我國污水處理能耗將進一步增大。面對巨大的能耗物耗，污水處理領域的碳減排工作已迫在眉睫。由國外污水處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，“以高能耗高物耗為基礎的優(yōu)質出水”以及由此帶來的“減排水污染物、增排溫室氣體”局面不利于我國污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，低碳污水處理應是未來的發(fā)展方向。
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