碳中和視角下污水處理現(xiàn)狀與展望

碳中和視角下污水處理現(xiàn)狀與展望摘要：污水處理廠是溫室氣體的主要排放來源之一，為保護(hù)環(huán)境走可持續(xù)發(fā)展道路，我國(guó)的污水處理廠正在以達(dá)標(biāo)排放向可持續(xù)污水處理的方向轉(zhuǎn)變，碳中和將成為污水處理的核心內(nèi)容。現(xiàn)如今，在碳中和的背景下，我國(guó)污水處理廠不僅要實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)性，還要進(jìn)行碳減排。本文以內(nèi)蒙古長(zhǎng)泰水務(wù)有限公司污水廠為例，分析了碳中和視角下污水處理的現(xiàn)狀，總結(jié)了碳中和視角下污水處理的方法，以及未來所要面臨的挑戰(zhàn)及展望。關(guān)鍵詞：碳中和；污水處理；碳排放；資源回收；能量利用隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活質(zhì)量的提升，溫室效應(yīng)問題愈發(fā)嚴(yán)重，導(dǎo)致全球氣候變暖、惡劣天氣頻繁、海平面上升等生態(tài)環(huán)境問題，為減緩這些問題，碳中和理念應(yīng)運(yùn)而生。碳中和指的是企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的溫室氣體的排放總量，需要通過節(jié)能減排、植樹造林等方式抵消這些排放量，達(dá)到生態(tài)平衡的目的。這就需要污水處理廠采取相應(yīng)的手段，開發(fā)應(yīng)用污水處理工藝與技術(shù)，向著實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)前進(jìn)。一、碳中和視角下污水處理的現(xiàn)狀國(guó)外的一些污水處理廠在能量利用和資源回收方面走在世界前沿，為我國(guó)的污水廠提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。例如德國(guó)、美國(guó)、荷蘭等國(guó)家污水廠的案例，說明了污水處理廠實(shí)現(xiàn)碳中和具有非常大的必要性和可行性。但由于我國(guó)可持續(xù)污水處理廠概念提出的相對(duì)較晚，并且受到水行業(yè)技術(shù)水平的限制，因此暫時(shí)尚未建成真正可實(shí)現(xiàn)碳中和的污水處理廠。但直至目前，以資源為導(dǎo)向的污水處理成為全球水處理行業(yè)追求的主要目標(biāo)，我國(guó)也將積極開拓污水處理廠的發(fā)展道路，讓凈化水質(zhì)實(shí)現(xiàn)碳中和成為新概念污水廠的目標(biāo)。對(duì)此，我國(guó)有一些污水處理廠已經(jīng)開始探尋污水處理新模式，例如，內(nèi)蒙古長(zhǎng)泰水務(wù)有限公司污水廠由原元寶山區(qū)污水處理廠升級(jí)改造建成，處理能力為日處理污水5萬噸，提標(biāo)改造工程采用連續(xù)流分段進(jìn)水工藝，出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB189182002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)蒙古長(zhǎng)泰水務(wù)有限公司污水廠目前的日平均處理水量約2.4萬噸，年均負(fù)荷率達(dá)到75%以上，出水全指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。其污水處理工藝流程為：污水一粗格柵…平流沉砂池f提升泵房f細(xì)格柵f初沉池f多段氧化池…二沉池…平流沉淀池一中間水池一纖維過濾器一清水池（消毒）一出水；污泥處理工藝流程為：二沉池f污泥泵房f脫水泵房f污泥烘干間f外運(yùn)。近三年，污水廠運(yùn)行質(zhì)量穩(wěn)中有升，2019年污水處理量846.23萬噸，產(chǎn)泥量2319噸，耗電量588萬kw.h，絮凝劑用量25.16噸，2020年污水處理量850.3萬噸，產(chǎn)泥量3950噸，耗電量530萬kw.h，絮凝劑用量34.57噸，2021年污水處理量888.9萬噸，產(chǎn)泥量4679噸，耗電量550萬kw.h，絮凝劑用量30.44噸，近三年在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行良好，達(dá)標(biāo)率和傳輸有效率全部合格。將傳統(tǒng)污水廠打造成了可持續(xù)發(fā)展的污水處理廠［1］。二、碳中和視角下污水處理的途徑（一） 碳捕捉污水作為能源的載體，其潛能的挖掘引領(lǐng)污水處理行業(yè)向著新的方向發(fā)展。將碳捕捉技術(shù)應(yīng)用到污水處理過程中，可以提高整體的可持續(xù)性。由于污水處理廠碳中和的運(yùn)行率和碳捕捉量呈正相關(guān)，污水廠COD捕捉率越高，污水廠可以獲得的能源自給率就越高。因此，為了提升污水處理廠碳捕捉率，減少COD被氧化成二氧化碳，需要用高效碳源分離技術(shù)進(jìn)行碳捕捉，或是利用高溫高壓、超聲等強(qiáng)化手段，提升污水厭氧消化率。（二） 厭氧消化厭氧消化技術(shù)是污水處理廠為實(shí)現(xiàn)剩余污水穩(wěn)定和資源化的一種處理技術(shù)，可以幫助污水處理廠回收并持續(xù)利用污水中的自然資源。污水處理廠的厭氧消化裝置可以利用沼氣向污水廠提供大量運(yùn)行電耗，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和發(fā)揮著重大作用。然而，單方面的厭氧消化很難實(shí)現(xiàn)污水處理廠碳中和的需求，需要尋求外源有機(jī)物和污水共同進(jìn)行厭氧消化，能有效彌補(bǔ)污水廠能量運(yùn)行不足的缺陷，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展［2］。（三） 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是從沼氣里獲取能量最有成效的一種技術(shù)。甲烷和剩余污泥可以通過熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)推動(dòng)微型風(fēng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、新型燃料電池對(duì)電能及熱能進(jìn)行回收利用，從而實(shí)現(xiàn)污水處理廠的能源自給自足。為了保障發(fā)電效率與熱力循環(huán)暢通，污水處理廠熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中要做好發(fā)電系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)的定期維護(hù)與檢修，還要對(duì)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)度，做好發(fā)電系統(tǒng)調(diào)控。（四） 磷回收磷是人體維持生命所必需的一種元素，由于其具有不可再生的性質(zhì)，因而受到強(qiáng)烈關(guān)注，但僅依靠磷進(jìn)行自然循環(huán)，很難滿足人們對(duì)磷的需求，因此，開創(chuàng)可持續(xù)用磷的方法，遏制無序開采磷的現(xiàn)象成為重中之重。高效回收磷元素，不僅可以緩解全球林資源緊缺，推動(dòng)污水處理可持續(xù)發(fā)展，還能彌補(bǔ)污水處理廠運(yùn)行能耗緊缺。焚燒污泥是回收磷元素的主要方法，焚燒后的灰分中幾乎含有污泥中全部的磷元素，這種方法不僅回收簡(jiǎn)單便捷，而且回收量巨大。例如，荷蘭的污水處理廠每天可以從消化液和富磷濃縮液中回收兩千噸鳥糞石，再進(jìn)一步包裝成優(yōu)質(zhì)的肥料二次利用。在碳中和的背景下，回收能量與資源成為污水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，由此為磷元素的回收發(fā)展帶來無限契機(jī)［3］。（五） 再生水利用被回收處理過的污水再次利用可以提升水資源利用率以及污水廠的經(jīng)濟(jì)效益。再生水在農(nóng)田灌溉、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域進(jìn)行循環(huán)利用能夠減少碳足跡，降低能源開發(fā)密集型水資源導(dǎo)致的高耗能。污水處理廠實(shí)現(xiàn)水資源再生的方法可以分為混凝沉淀法和介質(zhì)過濾法，考慮到再生水的安全性，膜處理將成為再生水技術(shù)的核心發(fā)展趨勢(shì)。打造高品質(zhì)再生水具有廣闊的發(fā)展空間和前景，有望成功解決因水污染造成的水資源緊缺等問題［4］。（六） 余溫?zé)崮芾萌粘＜彝ブ袨榱诉_(dá)到清潔、洗滌的目的，將使用的水加熱到舒適溫度，甚至是更高的溫度。熱量的輸入使生活污水的出戶溫度比入戶溫度高，如果節(jié)約6%的熱水或是回收10%的污水熱量，那么就可以補(bǔ)償污水處理過程中消耗的總能量。余溫?zé)崮芾玫姆椒?，不僅能夠滿足污水廠廠內(nèi)的需求，還能滿足周邊住宅的制冷供熱需求。污水余溫?zé)崮芾糜谖勰喔苫軌蜃屛勰嗪繌?0%降低到40%，因此，從可持續(xù)發(fā)展的角度看，污泥被干化后進(jìn)行焚燒可以實(shí)現(xiàn)余溫?zé)崮軓牡推焚|(zhì)向高品質(zhì)轉(zhuǎn)換。從污水里回收熱能具有重大意義，未來污水處理廠發(fā)展的必經(jīng)之路就是減少碳排放，毋庸置疑，對(duì)污水里的余溫?zé)崮苓M(jìn)行回收再利用能夠更加有效地減少碳排量，從而實(shí)現(xiàn)碳中和的最終目標(biāo)。結(jié)束語：在碳中和的理念下，處理污水工作要加大對(duì)污水和污泥的利用率，積極解決過去處理污水過程中的問題。我國(guó)的污水處理廠更要加快提升自身對(duì)污水處理時(shí)碳中和的技術(shù)水平，不僅要凈化水質(zhì)，還要實(shí)現(xiàn)碳中和這一最終目標(biāo)。探索新型的污水處理方式，對(duì)資源和能力進(jìn)行高效的回收再利用，實(shí)現(xiàn)污水處理廠的能源自給自足。雖然我國(guó)污水處理廠仍面臨諸多困難和挑戰(zhàn)，但更要積極探尋適合自己的發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)碳中和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。參考文獻(xiàn)：蔣彬,劉中亞，陳垚，等.碳中和視角下污水處理現(xiàn)狀與展望[J].工業(yè)水處理,2022,42