污水處理行業(yè)五大低碳化路徑逐漸明晰

北極星水處理網(wǎng)獲悉，4月27日上午，北控水務集團在京召開“創(chuàng)新求是，突破引領”技術(shù)發(fā)布會，首次公開發(fā)布BEAOA與北控速粒兩項技術(shù)產(chǎn)品。

這兩項技術(shù)都聚焦減污降碳：

BEAOA是北控水務與中國工程院彭永臻院士合作研發(fā)的高效深度脫氮除磷新型處理工藝，成為污水處理過程中的減污降碳利器，目前已在國內(nèi)外率先成功開展百噸中試和萬噸級原位改造工程應用實踐；（點擊了解該技術(shù)詳情：北控水務攜手彭永臻院士團隊研發(fā)！AOA技術(shù)已在萬噸級工程成功應用）

北控速粒技術(shù)是北控水務根據(jù)中國的低碳氮比污水水質(zhì)特點，基于好氧顆粒污泥技術(shù)自主研發(fā)打造的新技術(shù)產(chǎn)品，具有緊湊性、低碳性和智能性的核心優(yōu)勢，主要適配2萬噸/日處理規(guī)模以內(nèi)的污水處理項目，可在分散式污水、中小規(guī)模城鎮(zhèn)污水、工業(yè)點源污水和重點區(qū)域村鎮(zhèn)污水等場景快速應用。

不單北控水務，在以減污降碳協(xié)同增效作為重點戰(zhàn)略方向的新時期，高碳排的水處理行業(yè)自然肩扛重擔，水務企業(yè)減碳的DNA自然也都隨之而動，并且逐漸在探索中找到了如污水熱能利用、污水處理廠精細化智能管控、污水處理廠與光伏系統(tǒng)結(jié)合、污水處理新技術(shù)研發(fā)、污泥的能源利用等實現(xiàn)低碳化的路徑。可以說，污水處理行業(yè)低碳化路徑已逐漸明晰。

路徑1 污水熱能利用

污水熱能利用，即污水源熱泵的應用。研究指出，地源熱泵與空氣源熱泵的能效比分別在3.3~3.8 和2.8~3.4，均低于污水源熱泵（3.5~4.6），這說明污水源熱泵（Wastewater source heat pumps，WSHP）比地源熱泵和空氣源熱泵都更省電，因此污水源熱泵技術(shù)在污水處理能量回收中得到了廣泛應用。

一些地方也明確出臺政策鼓勵污水源熱泵應用。如《北京市“十四五”時期城市管理發(fā)展規(guī)劃》中指出，充分利用余熱資源。推進東北、東南熱電中心余熱利用改造試點。逐步降低城市熱網(wǎng)回水溫度，提高電廠余熱利用效率。推進燃氣鍋爐房煙氣、數(shù)據(jù)中心等余熱回收利用，有條件的地區(qū)采用污水源熱泵供熱替代。

多家龍頭企業(yè)對污水源熱泵供熱替代深表認同并率先實踐。

北控水務執(zhí)行總裁李力曾表示，在污水處理廠配套水源熱泵，可在利用水資源的同時，進一步開發(fā)利用“水能源”，對于減碳有比較大的貢獻。

首創(chuàng)環(huán)保在山西太原城南污水處理廠，以處理后的污水作為冷熱源，利用水源熱泵機組進行廠區(qū)建筑物的制冷和制熱。

光大水務也在污水源熱泵項目方面有所實踐。

中環(huán)水務貴陽項目污水100%回用，經(jīng)深度處理后，20%作為高品質(zhì)回用水，80%排入河道作為生態(tài)補水；同時污水經(jīng)水泵提升至水源熱泵系統(tǒng)進行冷熱量利用，可為地面綜合體提供供暖、供冷,實現(xiàn)清潔功能和低碳排放。

但此技術(shù)并非完美無缺，其也存在短板，專家指出，污水所含余溫熱能只能通過水源熱泵轉(zhuǎn)換為約60 ℃的低品位熱源，不能直接用于發(fā)電，限制了該技術(shù)的應用和推廣。

路徑2 污水節(jié)能降耗

污水節(jié)能降耗，即污水處理廠精細化智能管控。據(jù)不完全統(tǒng)計，通過精細化智能管控污水處理廠的電耗可降低10%或者更高（主要為曝氣管系統(tǒng)），藥劑投配率降低30%以上甚至更高（主要為碳源投加）。

據(jù)統(tǒng)計，目前在我國已建立的城鎮(zhèn)污水處理廠中，電費和加藥費用約占污水處理成本的50%以上。因此在達標排放的前提下，污水處理廠亟需實施優(yōu)化運行以達到節(jié)能降耗的目標。

針對此，近日，京津冀國家技術(shù)創(chuàng)新中心環(huán)境工程研究所施漢昌教授團隊提出了污水處理工程STEM模型（Sewage Treatment Engineering Model）。該模型緊密結(jié)合污水處理廠的實際運行特點，可采用污水處理廠常規(guī)指標數(shù)據(jù)進行模型矯正分析。具體應用包括工藝模擬、精確曝氣、智能加藥和優(yōu)化運行專家系統(tǒng)等，可有效實現(xiàn)污水處理廠的優(yōu)化運行，達到節(jié)能降耗的目標。

再比如近日入圍“2022全球水獎（GWA 2022）”中Smart Water Project of the Year（年度智慧水務項目）的煙臺市套子灣污水處理有限公司智能化系統(tǒng)改造項目，該智能系統(tǒng)包含了在線預警預測、預案管理、智能加藥、設備管理、日志報表等主要功能；在水質(zhì)預警預報、預案管理的基礎上針對反硝化碳源投加進行優(yōu)化控制投加，在保證水質(zhì)達標的基礎上實現(xiàn)降低碳源投加成本的降低；實現(xiàn)了碳源投加量同比減少10%，碳排放減少231t（CO?當量）；節(jié)省用電近100萬kwh，間接減少碳排放1000t（CO?當量），從而達到污水廠節(jié)能降耗的目標。

路徑3 污水廠與光伏系統(tǒng)結(jié)合

2020年4月，國家5部委出臺文件，鼓勵污水處理企業(yè)綜合利用場地空間，采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”模式建設光伏發(fā)電項目。

2021年11月，浙江省能源局正式印發(fā)了全國首個針對整縣推進分布式光伏開發(fā)試點工作的省級實施工作導則。文件明確，對現(xiàn)有污水廠和自來水廠的光伏安裝比例要求90%以上，成為分布式光伏開發(fā)重點工作之一。

雙碳目標下，污水處理廠節(jié)能降耗被提上日程，專業(yè)人士認為，如果全國4000多座污水處理廠按照每個污水廠平均可建設5兆瓦光伏電站預估，則這些污水廠可建設光伏電站的規(guī)模將超20吉瓦。為了提高污水處理效率及水質(zhì)，越來越多的污水廠開始探索光伏發(fā)電的模式，污水處理廠+光伏電站這一CP也越來越多地出現(xiàn)在大眾的視野里，且大有爆發(fā)之勢。（“水光CP”不斷出現(xiàn)：這些污水處理廠已披上光伏外衣）

光伏發(fā)電在白天負荷高峰時期采用“自發(fā)自用”的方式，光伏電站所有發(fā)電量直接被污水處理廠的用電負荷所消納，一方面減少對電網(wǎng)的電能質(zhì)量影響，減少并網(wǎng)發(fā)電向電網(wǎng)饋送電能時與電力運行公司發(fā)生的業(yè)務糾紛，另一方面可以充分利用國家對新能源分布式發(fā)電的政策補貼，降低電力成本。

許多行業(yè)龍頭也是在此方面大有作為。

如三峽集團主導的長江大保護項目就與光伏項目多次合體：蕪湖市朱家橋污水處理廠分布式光伏項目一期工程已于2020年9月并網(wǎng)；蕪湖市城東污水處理廠分布式光伏項目于2021年9月開始發(fā)電；蕪湖市三山區(qū)的高安污水處理廠于2021年11月上旬正式并網(wǎng)發(fā)電，其余規(guī)劃中的4座污水廠分布式光伏項目將陸續(xù)投入運營。蕪湖市這7座污水廠分布式光伏項目規(guī)劃總裝機容量約2萬千瓦，預計建成后平均每年可為電網(wǎng)提供約2300萬千瓦時清潔電能，相較于火電每年可節(jié)約標煤0.72萬噸，減少排放二氧化硫約0.07萬噸，二氧化碳約1.97萬噸。

運營王小郢污水廠這個超級光伏電站的節(jié)能國禎此前也在投資者互動平臺表示，公司在安徽、華東、華南、華中、西北、華北等地區(qū)的污水處理項目大部分具備添加分布式光伏項目條件。

武漢控股打造了全國最大的污水處理廠分布式光伏發(fā)電項目——北湖污水處理廠分布式光伏項目。據(jù)測算，北湖光伏發(fā)電項目并網(wǎng)發(fā)電后，在25年運營期內(nèi)，每年可提供約2200萬度的綠色清潔電能；節(jié)約發(fā)電燃煤約0.8萬噸，相當于減少二氧化碳(CO2）排放量約2萬噸，環(huán)保效益突出，節(jié)能減排效果顯著。

光大水務山東淄博的污水處理項目啟動了廠內(nèi)光伏項目試點；該光伏設施已于二零二一年八月并網(wǎng)發(fā)電，預計發(fā)電量可滿足項目廠區(qū)用電的9%，為未來推廣廠內(nèi)光伏試點積累良好經(jīng)驗。

而隨著對減污降碳要求的逐步提高，污水+光伏二合一已然不是最厲害的，三合一項目也多有出現(xiàn)。

日前，華東勘測設計研究院EPC總承包的仙居縣污水處理二期工程榮獲2020—2021年度國家優(yōu)質(zhì)工程獎。這座新概念式的污水處理廠集污水處理、濕地公園、光伏發(fā)電于一體，在服務污水處理需求的同時，為居民提供了一座科普教育、休閑游覽的親水公園，為高質(zhì)量綠色發(fā)展提供生動實踐。（污水處理+濕地公園+光伏發(fā)電三合一！這座污水處理廠獲國家優(yōu)質(zhì)工程獎）

近日，聊城市水務污水處理有限公司2.13MW分布式光伏發(fā)電項目開工，該項目擬利用水源熱泵技術(shù)回收污水中的熱能和有機物能量等，實現(xiàn)綜合能源利用，開創(chuàng)了全省污水處理廠+光伏+綜合能源應用的先河。

路徑4 污水處理新技術(shù)研發(fā)

污水處理新技術(shù)研發(fā)，即通過新技術(shù)的替代與升級，降低能耗，減少碳排放，在這點上，以北控水務、粵海水務、首創(chuàng)環(huán)保、碧水源、節(jié)能國禎為首的行業(yè)龍頭已率先發(fā)力并實現(xiàn)成功應用。

北控水務新發(fā)布了BEAOA和北控速粒技術(shù)，其中BEAOA已成功開展百噸中試和萬噸級原位改造工程應用實踐。

粵海水務依托馬軍院士“重力流直接超濾凈水關(guān)鍵技術(shù)”成果，已經(jīng)開展了模塊化裝配凈水廠的應用探索。

首創(chuàng)環(huán)保集團自主研發(fā)的污水生物處理數(shù)學模擬技術(shù)、CREATE好氧顆粒污泥技術(shù)可實現(xiàn)碳源投加量降低50%-70%以上，節(jié)約電耗 25%，運行成本降低35%，節(jié)約建筑占地50%。

碧水源最新研發(fā)的振動MBR技術(shù)成功應用于竇店再生水廠，這項技術(shù)降低了污水處理過程的曝氣需求和能耗。對于日處理能力為1.5萬方的竇店再生水廠來說，一年能節(jié)省近40萬元的電費，同時出水總氮低于5mg/L，一年能產(chǎn)出500多萬方高品質(zhì)的再生水。目前，碧水源公司已在北京等多地投用或計劃投用這項技術(shù)，累計污水日處理能力50萬方，每年能節(jié)省電費在1300萬元左右。

近日，中國節(jié)能“AAO工藝高標準處理城鎮(zhèn)污水低碳集成技術(shù)”經(jīng)鑒定委員會專家評估，一致認定該技術(shù)達到國際先進水平。“AAO工藝高標準處理城鎮(zhèn)污水低碳集成技術(shù)”為中國節(jié)能所屬中節(jié)能國禎自主研發(fā)，經(jīng)第三方檢測，運用該技術(shù)后，出水主要污染物排放指標穩(wěn)定達到地表水類Ⅳ類標準，污水處理廠單位噸水能耗降低8%-16%，單位噸水藥劑（除磷、碳源）耗量降低15%-50%，直接運行成本降低10%-20%，CO?的排放量降低了10%以上。同步實現(xiàn)了節(jié)能降耗、減污降碳協(xié)同的污水處理運營管理效果。

路徑5 污泥的能源利用

污水處理副產(chǎn)物污泥的能源利用，即厭氧消化的沼氣利用和焚燒的熱能利用。

目前我國污泥處理處置工藝的選擇主要依據(jù)技術(shù)適用性和經(jīng)濟成本?？紤]到未來碳達峰和碳中和目標，碳排放作為污泥處理處置工藝路線選擇的重要指標之一，是未來的發(fā)展趨勢。

據(jù)悉，污泥厭氧消化過程的碳排放量相對較低，且具備實現(xiàn)負碳排放的可能。污泥厭氧消化耦合沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目，可以實現(xiàn)熱、電兩種能源的回收利用，提高能源利用效率。目前我國污泥熱電聯(lián)產(chǎn)已應用在多個項目上，并取得了明顯的碳減排效果。

上海白龍港污水處理廠采用中溫厭氧消化系統(tǒng)，處理規(guī)模為204噸總干污泥量/天，沼氣產(chǎn)量約為40 000立方米/天，沼氣轉(zhuǎn)化為熱能用于厭氧消化系統(tǒng)熱能供應，厭氧消化熱能自給率達100%。多余的沼氣還可用于部分污泥干化對熱能的需求。

北控水務的北戴河新區(qū)污泥處理廠項目的日處理規(guī)模為300噸(80%含水率)，處理工藝采用分級/分相厭氧消化工藝，產(chǎn)生的沼氣經(jīng)提純后，一部分可用于預處理單元的原泥預熱，另一部分可用作車用燃氣。

戴曉虎曾在論文中指出：干化焚燒屬于中等碳排放水平，重點在于開發(fā)高效低耗深度脫水技術(shù)和環(huán)境友好型脫水藥劑，降低污泥干化的能耗，減輕對后續(xù)焚燒過程結(jié)焦和飛灰的影響，以及提升工藝設計合理性和整體智能化集成水平。從未來的發(fā)展來看，厭氧消化-干化焚燒工藝有望成為污泥處理處置的重要發(fā)展方向。

結(jié)語

“十四五”時期，我國生態(tài)文明建設進入以降碳為重點戰(zhàn)略方向、推動減污降碳協(xié)同增效的關(guān)鍵時期，水處理行業(yè)低碳發(fā)展勢在必行，也希望越來越多的水處理企業(yè)能夠真正行動起來，助力水處理行業(yè)早日實現(xiàn)“碳中和”。

參考資料：

1、《碳中和形勢下污水處理廠的減碳實現(xiàn)途徑》 環(huán)保我?guī)湍?/p>

2、《專訪北控水務執(zhí)行總裁李力：“減污降碳協(xié)同增效”帶來新的轉(zhuǎn)型機遇，環(huán)保企業(yè)需走輕資產(chǎn)道路》 每日經(jīng)濟新聞

3、《戴曉虎等：碳中和背景下污泥處理處置與資源化發(fā)展方向思考》給水排水