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根据住房与城乡建设部发布的《中国城镇排水与污水处理状况公报:2006-2015》和《2015年城乡建设统计公报》显示,从2005年到2014年,城镇j9游会真人游戏第一品牌处理能力从不到7000万立方米/日增加到1.7亿立方米/日,增幅高达143%;城镇j9游会真人游戏第一品牌处理厂数量从1000座增加到4436座。城镇生活j9游会真人游戏第一品牌厂正常运转是削减生活j9游会真人游戏第一品牌污染的最主要的途径,生活j9游会真人游戏第一品牌和污泥处理过程含碳、氮污染物的降解转化会伴随着甲烷、氧化亚氮和二氧化碳等温室气体的产生和排放,并且j9游会真人游戏第一品牌处理设施需要消耗大量电力和化学药剂,不可避免的会产生大量的温室气体和消耗大量的能源。
传统j9游会真人游戏第一品牌处理实际上为“以能消能、污染转嫁”方式,碧水的同时未必是蓝天。确实,COD+O2→CO2+H2O的传统有机物去除方式是用能量(曝气)去摧毁能量(有机物),并且随着j9游会真人游戏第一品牌厂出水标准日益提高,其所需能源也将大幅提升,结果,j9游会真人游戏第一品牌处理有可能让水环境变干净,但因耗能导致的CO2等气体则会贡献温室气体。
据研究表明2015年全国整个j9游会真人游戏第一品牌处理行业(市政j9游会真人游戏第一品牌、农村生活j9游会真人游戏第一品牌、工业j9游会真人游戏第一品牌和畜禽与水产养殖j9游会真人游戏第一品牌)的碳排放总量为1.97亿吨CO2eq,占全国温室气体排放总量的1.71%。其中市政j9游会真人游戏第一品牌行业的碳排放强度稳定在0.92kgCO2eq/m3左右,若沿用当前的排放强度,我国市政j9游会真人游戏第一品牌行业将在2030年排放8316万吨CO2eq温室气体,整个j9游会真人游戏第一品牌行业将产生碳排放3.65亿吨CO2eq,占全国总排放量的2.95%。所以j9游会真人游戏第一品牌处理系统产生碳排放的量是巨大的,是我国碳排放的重要一环,为实现我国的“双碳”目标,j9游会真人游戏第一品牌处理厂的碳减排工作意义重大。
一、j9游会真人游戏第一品牌处理厂典型工艺
j9游会真人游戏第一品牌处理厂典型工艺为j9游会真人游戏第一品牌通过j9游会真人游戏第一品牌管网收集,然后泵送至j9游会真人游戏第一品牌处理厂进行处理。j9游会真人游戏第一品牌进入j9游会真人游戏第一品牌处理厂后先经过一级处理,去除j9游会真人游戏第一品牌中所含的固体和悬浮物;然后,经过生物处理去除大部分有机物和氮磷,并产生剩余污泥;为了达到严格的出水标准,常常采用三级处理以进一步去除氮磷。符合出水标准的出水将被排放到自然水体中,产生的污泥经浓缩、调质、脱水后,进行无害化处置。
其中j9游会真人游戏第一品牌处理的主体生物处理工艺中除了传统的活性污泥法(CAS),还包括厌氧-好氧工艺(AO)、厌氧-缺氧-好氧活性污泥法(AAO)、氧化沟工艺、序批式活性污泥法(SBR)、膜生物反应器(MBR)、曝气生物滤池(BAF)、生物膜法等。实践发现不同工艺的耦合可以得到更高质量的出水,比如AAO与生物膜法的耦合,AO与MBR的耦合,氧化沟工艺与BAF的耦合等等。
j9游会真人游戏第一品牌处理过程会产生大量剩余污泥,一般j9游会真人游戏第一品牌厂将剩余污泥脱水后委外处理,常见污泥处理步骤为:重力沉淀,加入氯化铁、石灰或有机髙分子絮凝剂促进固液分离,最后使用带式压滤、板框压滤或离心脱水等技术进行脱水。脱水后的污泥进行无害化处置,国内外常用的污泥处置方法有卫生填埋、焚烧、建筑材料利用等。
二、j9游会真人游戏第一品牌处理行业的碳排放有哪些?
直接碳排放主要来自生物反应过程中CH4、N2O和CO2的逸散,间接碳排放主要是生产过程中电力、药剂等消耗
碳达峰碳中和影响着各行各业的神经,j9游会真人游戏第一品牌处理行业也不例外。论坛上,有专家指出,j9游会真人游戏第一品牌处理行业碳排放量占全社会碳排放总量的1%~2%。那么,j9游会真人游戏第一品牌处理厂的碳排放有哪些?
中国人民大学低碳水环境技术研究中心主任王洪臣表示,在j9游会真人游戏第一品牌处理系统运行过程中,甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、电耗三个载体直接或间接产生的碳排放量大体相当。其中,CH4排放主要发生在化粪池、管道淤积、j9游会真人游戏第一品牌直接排放等情景,N2O排放主要发生在j9游会真人游戏第一品牌好氧处理过程和受纳水体,而电耗、物耗等产生的间接碳排放取决于j9游会真人游戏第一品牌处理厂的管理水平。
郑州新区j9游会真人游戏第一品牌处理厂厂长张艳介绍说,他们的j9游会真人游戏第一品牌处理厂碳排放主要分为直接碳排放和间接碳排放,而直接碳排放主要来自生物反应过程中CH4、N2O和CO2的逸散,间接碳排放主要是生产过程中电力消耗、药剂消耗等。
“直接碳排放主要受工艺选型影响,j9游会真人游戏第一品牌处理厂运行过程中控制更多的是间接碳排放部分。”张艳告诉记者,他们对间接碳排放环节进行分析后发现,碳排放量排在前三位的工艺环节分别是曝气系统、提升系统和回流(推流)系统,这三个系统是j9游会真人游戏第一品牌处理厂实现碳减排的关键环节。
北京城市排水集团有限责任公司(以下简称北京排水集团)副总经理张荣兵则指出,“十三五”时期,北京排水集团的间接碳排放99%来源于电力消耗,而电力消耗主要集中在j9游会真人游戏第一品牌处理、污泥处理和再生水供应板块,占北京排水集团碳排放总量的96.4%。
三、j9游会真人游戏第一品牌处理厂碳减排路径展望
从碳排放尺度而言,j9游会真人游戏第一品牌处理过程是一个高耗能行业,未来j9游会真人游戏第一品牌处理行业的碳减排首先应该从全局入手,在规划理念、工艺选择、运行管理的方案比选中引入“碳尺”概念,j9游会真人游戏第一品牌收集、输送、处理、处置全方位采用低碳技术,削减“碳源”,增加“碳汇”。所以未来j9游会真人游戏第一品牌厂“碳中和”目标的实现可以从两个方面进行,一是“开源”,即挖掘j9游会真人游戏第一品牌中潜在能量,例如从生化处理过程、污泥处理过程进行能量回收利用,探索能源自给模式可行性,从而降低能源损耗;二是“节流”,即通过技术革新、智能装备、工艺优化等方式降低电耗,从而降低碳排放。
国外工程实例
芬兰Kakolaj9游会真人游戏第一品牌处理厂处理规模为10×104m3/d,为了实现低碳排放,Kakola热泵厂毗邻Kakolaj9游会真人游戏第一品牌处理厂建设,利用出水余热,为图尔库地区的公共建筑和家庭供热/供冷。
图3 芬兰Kakolaj9游会真人游戏第一品牌处理厂
波兰一j9游会真人游戏第一品牌厂采用热电联产方式,实现发电1.02MWe、7700MWh/a、产热1.05MWt、28647GJ/a。利用生物质能源替代化石能源,是碳减排同时减少大气污染的重要途径之一。
图4 波兰Poznan(波兹南)
日本岩手县以都南j9游会真人游戏第一品牌处理厂(处理能力195600m3/d)能源自给为目的,优化设备运转方式,降低电耗。具体措施为水泵避免转速过低和频繁启停,风机根据处理负荷选择最合适风量和最佳机型,搅拌器厌氧池和污泥储槽中的搅拌器间歇运行。以2015年为基准,2019年(试验后)电耗减少3.3%。
国内案例——j9游会真人游戏第一品牌处理概念厂
在深入研究了解国外先进j9游会真人游戏第一品牌处理厂理念、工艺、技术和工程实践的同时,中国学术界和产业界也在积极探索新的j9游会真人游戏第一品牌处理模式。2014年,中国工程院院士曲久辉等6位专家提出“建设面向未来的中国j9游会真人游戏第一品牌处理概念厂”的构想。j9游会真人游戏第一品牌处理概念厂将实现以下需求:
1出水水质满足水环境变化和水资源可持续循环利用;
2大幅提高j9游会真人游戏第一品牌处理厂能源自给率,在有适度外源有机废物协同处理的情况下,做到零能耗;
3追求物质合理循环,减少对外部化学品的依赖与消耗;
4感官舒适、建筑和谐、环境互通、社区友好。
2020年4月,宜兴概念厂正式破土动工,于2021年全部建成投运。宜兴概念厂采用水质净化中心、有机质协同处理中心和生产型研发中心“三位一体”生态综合体“构造肌理”,颠覆了传统j9游会真人游戏第一品牌厂形态,将示范j9游会真人游戏第一品牌处理厂从污染物削减基本功能扩展至城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂等多种应用场景。该厂的投运,将引领“j9游会真人游戏第一品牌是资源,j9游会真人游戏第一品牌厂是资源工厂”的新环保理念,将重新诠释j9游会真人游戏第一品牌厂和城市的关系,打造出生态、生活、生产“三生”融合一体、开放共享的新型城市空间。
图6 宜兴概念厂
综上所述,未来j9游会真人游戏第一品牌处理行业碳减排应该借鉴各类经验,采用全生命周期管理理念,从j9游会真人游戏第一品牌厂建设初期关注工艺、技术、装备、循环经济;运营过程提高综合能效、减少物料消耗,实现低碳运行;以碳减排思路建立碳排放监管体系,为实现我国未来j9游会真人游戏第一品牌处理行业碳中和、碳减排奠定扎实基础。