污水處理領(lǐng)域的碳減排如何做?

文章來(lái)源:蘇創(chuàng)環(huán)境碳交易網(wǎng)2022-03-22 13:01

導(dǎo) 讀
 
污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。
 
污水處理是社會(huì)中較小的行業(yè),但屬于能源密集型行業(yè),美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家污水處理行業(yè)電耗占全社會(huì)總電耗的1%左右,高能耗導(dǎo)致大量間接碳排放。
 
污水處理過(guò)程會(huì)產(chǎn)生并逸散大量CH4和N2O,是重要的直接碳排放源。
 
據(jù)歐洲統(tǒng)計(jì)辦公室2014年歐洲統(tǒng)計(jì)報(bào)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(huì)總碳排放量的3.3%。
 
美國(guó)EPA統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè),全球污水行業(yè)2015年CH4和N2O逸散量分別為5.4億t 和0.9億t CO2當(dāng)量,預(yù)測(cè)2020年將分別達(dá)到5.65億t和0.94億t CO2當(dāng)量,2030年將分別超過(guò)6億t 和1億t CO2當(dāng)量,約占非CO2總排放量的4.5%。
 
總體上,污水處理行業(yè)碳排放量占全社會(huì)總排放量的1%~2%。
 
而碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出,對(duì)“十四五”水污染防治工作也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
 
首先中國(guó)很多地方缺水,而污水治理達(dá)標(biāo)后又白白排放掉了,非??上?。如果把這些再生水循環(huán)利用起來(lái),對(duì)每一個(gè)城市來(lái)講就都是一個(gè)巨大的穩(wěn)定的水源,在確保安全的前提下可以利用起來(lái)。
 
一方面,這樣可以減少污染源的排放;另一方面,也可以減少碳的排放,因?yàn)檫@些水的回用就意味著處理過(guò)程的能耗、藥耗省掉了。
 
按照國(guó)際經(jīng)驗(yàn),采用高效的設(shè)備,對(duì)水廠運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制,電耗可降低20-50%,則進(jìn)行水廠的提效改造可節(jié)省耗電量為28-70億kWh,相當(dāng)于減少排放CO2e 279-698萬(wàn)t/a,產(chǎn)生效益約為22.4-56 億元人民幣。
 
目前我國(guó)污水處理廠在運(yùn)行過(guò)程中,既有由于運(yùn)行調(diào)控的不合理以及管理不當(dāng)所導(dǎo)致的能源浪費(fèi),也有各處理單元設(shè)備效率低下造成的碳排放量過(guò)高。
 
對(duì)于中國(guó)污水處理廠的低碳運(yùn)行有兩個(gè)方面需要重視:一是基于全生命周期的碳排放量低,主要面向污水處理過(guò)程中所用的構(gòu)筑物、產(chǎn)品或服務(wù);另一種是終端消耗的碳排放量低,需要關(guān)注處理電耗、藥耗以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的節(jié)能減排。
 
1. 提高污水處理綜合能效   
 
第一,采用高效機(jī)電設(shè)備,新建設(shè)施直接采購(gòu)高效設(shè)備,已有設(shè)施逐步更新成高效設(shè)備。污水處理機(jī)電設(shè)備主要包括水力輸送、混合攪拌和鼓風(fēng)曝氣三大類。采用高效電機(jī)通??蓪?shí)現(xiàn)5-10%的效率提高。
 
第二,加強(qiáng)負(fù)載管理,滿足工藝要求的前提下要使負(fù)載降至最低,同時(shí),設(shè)備配置要與實(shí)際荷載相匹配,避免“大馬拉小車(chē)”。
 
主要包括以下幾個(gè)方面:① 污水提升以及污泥回流等單元的水力輸送設(shè)備絕大部分時(shí)段在低效工況運(yùn)行,應(yīng)予以改造。②污泥混合攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)攪拌功率普遍偏大,處于過(guò)度攪拌狀態(tài),準(zhǔn)確把握攪拌器與介質(zhì)之間力和能量的傳遞關(guān)系,可以準(zhǔn)確衡量實(shí)際工況所需攪拌器的大小,有效避免電耗浪費(fèi)。③優(yōu)化推進(jìn)器和曝氣系統(tǒng)的位置和距離,可以使系統(tǒng)的能量損失最小。④ 曝氣系統(tǒng)的電耗約占污水處理總電耗的50-70%,是加強(qiáng)負(fù)載管理的重點(diǎn)。
 
第三,建立需求響應(yīng)機(jī)制,根據(jù)實(shí)際工況的需求及其變化,動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。目前污水行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)感應(yīng)式調(diào)速和線性調(diào)速的水力輸送和攪拌設(shè)備,此類設(shè)備可以有效優(yōu)化水力輸送和攪拌系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
 
采用內(nèi)置智能控制系統(tǒng)的水力輸送設(shè)備和攪拌器,在特定工況條件下,與傳統(tǒng)設(shè)備相比,甚至可以節(jié)省50%以上的能耗。
 
2. 大力回收能源   
 
污水中蘊(yùn)含著大量的能量,理論上是處理污水所需能量的很多倍。污水經(jīng)處理后,其中的能量大部分轉(zhuǎn)移到了污泥中,因此開(kāi)發(fā)回收污泥中的能量具有極大的潛力。
 
污泥能源化主要集中在厭氧方向,污泥厭氧能源化包括厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙醇、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫和厭氧消化產(chǎn)甲烷三個(gè)技術(shù)路徑。
 
傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)能源轉(zhuǎn)化率在30-40%,而高級(jí)厭氧消化技術(shù)可提高到50-60%。高級(jí)厭氧消化技術(shù)包括高溫厭氧消化、溫度分級(jí)厭氧消化(TPAD)、酸—氣兩相厭氧消化和延時(shí)厭氧消化。
 
采用傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)可使污水處理廠實(shí)現(xiàn)20-30%的能源自給率,預(yù)處理、高級(jí)厭氧消化、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池以及熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)等技術(shù)的耦合使用,有望使污水處理實(shí)現(xiàn)30-50%的能源自給率,及大大降低間接碳排放量,又降低甲烷產(chǎn)生并逸散導(dǎo)致的直接排放。
 
3. 探索可持續(xù)新工藝   
 
(1)針對(duì)有機(jī)物去除的工藝
 
基于有機(jī)污染物去除的可持續(xù)污水處理新工藝主要是厭氧處理技術(shù),能耗低,且可回收能源。
 
高濃度有機(jī)廢水的厭氧技術(shù)已成熟,但城市污水有機(jī)物濃度低,厭氧處理存在投資大和占地大等障礙。
 
可以尋找市場(chǎng)上相關(guān)新材料新技術(shù),如特種吸附材料相關(guān)配套工藝進(jìn)行針對(duì)性有機(jī)物的去除。
 
(2)針對(duì)脫氮的低能耗、低藥耗工藝
 
低能耗、低碳源消耗的脫氮工藝主要包括基于短程反硝化原理的SHARON工藝和基于厭氧氨氧化的ANNAMOX/DEMON工藝。與傳統(tǒng)的AAO工藝相比,SHARON可節(jié)約25%的能耗、40%的碳源消耗,而ANNAMOX工藝可節(jié)約60%的能耗、90%的碳源消耗。
 
目前,SHARON和ANNAMOX在高濃度氨氮污水處理中已較成熟。ANNAMOX工藝在典型城鎮(zhèn)污水處理上雖有進(jìn)展,但離實(shí)際應(yīng)用仍有差距。
 
(3)碳氮兩段法工藝
 
未來(lái)革命性的可持續(xù)污水處理工藝方向是碳氮兩段法:首先對(duì)污水中的有機(jī)物進(jìn)行分離,分離出的污泥通過(guò)厭氧消化產(chǎn)生CH4,或?qū)ξ鬯苯舆M(jìn)行厭氧處理產(chǎn)能,分離后含有氨氮的污水通過(guò)主流厭氧氨氧化進(jìn)行脫氮。
 
根據(jù)理論估算,采用上述碳氮兩段法,處理1人口當(dāng)量的污染物將產(chǎn)生24瓦時(shí)能量,使污水處理廠真正成為“能源工廠”,且污泥產(chǎn)量?jī)H為活性污泥法的四分之一。
 
專家們認(rèn)為,在投資建設(shè)領(lǐng)域,應(yīng)貫穿生命周期成本理念,關(guān)注工藝、技術(shù)、機(jī)電裝備建設(shè)成本,更要注重運(yùn)營(yíng)過(guò)程的節(jié)能低耗,要低碳建設(shè)污水處理設(shè)施;在運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)領(lǐng)域,應(yīng)構(gòu)建清潔生產(chǎn)技術(shù)體系,提高綜合能效、降低物料消耗,實(shí)現(xiàn)污水處理設(shè)施的低碳運(yùn)營(yíng);在監(jiān)督管理領(lǐng)域,應(yīng)提出減排目標(biāo),建立以碳審計(jì)為核心的碳排放監(jiān)管制度體系,引導(dǎo)行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展。
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