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污水處理行業(yè)低碳化發(fā)展5大路徑

路徑1 污水熱能利用

      污水熱能利用，即污水源熱泵的應(yīng)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(yīng)用。

      一些地方也明確出臺(tái)政策鼓勵(lì)污水源熱泵應(yīng)用。如《北京市“十四五”時(shí)期城市管理發(fā)展規(guī)劃》中指出，充分利用余熱資源。推進(jìn)東北、東南熱電中心余熱利用改造試點(diǎn)。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(jìn)燃?xì)忮仩t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(rèn)同并率先實(shí)踐。

      北控水務(wù)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(shí)，進(jìn)一步開發(fā)利用“水能源”，對于減碳有比較大的貢獻(xiàn)。

      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(jī)組進(jìn)行廠區(qū)建筑物的制冷和制熱。

      光大水務(wù)也在污水源熱泵項(xiàng)目方面有所實(shí)踐。

      中環(huán)水務(wù)貴陽項(xiàng)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(bǔ)水；同時(shí)污水經(jīng)水泵提升至水源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行冷熱量利用，可為地面綜合體提供供暖、供冷,實(shí)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?zé)崮苤荒芡ㄟ^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(yīng)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(xì)化智能管控。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，通過精細(xì)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(jì)，目前在我國已建立的城鎮(zhèn)污水處理廠中，電費(fèi)和加藥費(fèi)用約占污水處理成本的50%以上。因此在達(dá)標(biāo)排放的前提下，污水處理廠亟需實(shí)施優(yōu)化運(yùn)行以達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

      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(tuán)隊(duì)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(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，可采用污水處理廠常規(guī)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型矯正分析。具體應(yīng)用包括工藝模擬、精確曝氣、智能加藥和優(yōu)化運(yùn)行專家系統(tǒng)等，可有效實(shí)現(xiàn)污水處理廠的優(yōu)化運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。

      再比如近日入圍“2022全球水獎(jiǎng)（GWA 2022）”中Smart Water Project of the Year（年度智慧水務(wù)項(xiàng)目）的煙臺(tái)市套子灣污水處理有限公司智能化系統(tǒng)改造項(xiàng)目，該智能系統(tǒng)包含了在線預(yù)警預(yù)測、預(yù)案管理、智能加藥、設(shè)備管理、日志報(bào)表等主要功能；在水質(zhì)預(yù)警預(yù)報(bào)、預(yù)案管理的基礎(chǔ)上針對反硝化碳源投加進(jìn)行優(yōu)化控制投加，在保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)降低碳源投加成本的降低；實(shí)現(xiàn)了碳源投加量同比減少10%，碳排放減少231t（CO?當(dāng)量）；節(jié)省用電近100萬kwh，間接減少碳排放1000t（CO?當(dāng)量），從而達(dá)到污水廠節(jié)能降耗的目標(biāo)。

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(tái)文件，鼓勵(lì)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(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目。

      2021年11月，浙江省能源局正式印發(fā)了全國首個(gè)針對整縣推進(jìn)分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)工作的省級實(shí)施工作導(dǎo)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(diǎn)工作之一。

      雙碳目標(biāo)下，污水處理廠節(jié)能降耗被提上日程，專業(yè)人士認(rèn)為，如果全國4000多座污水處理廠按照每個(gè)污水廠平均可建設(shè)5兆瓦光伏電站預(yù)估，則這些污水廠可建設(shè)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(fù)荷高峰時(shí)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(fù)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(shí)與電力運(yùn)行公司發(fā)生的業(yè)務(wù)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(bǔ)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(tuán)主導(dǎo)的長江大保護(hù)項(xiàng)目就與光伏項(xiàng)目多次合體：蕪湖市朱家橋污水處理廠分布式光伏項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目將陸續(xù)投入運(yùn)營。蕪湖市這7座污水廠分布式光伏項(xiàng)目規(guī)劃總裝機(jī)容量約2萬千瓦，預(yù)計(jì)建成后平均每年可為電網(wǎng)提供約2300萬千瓦時(shí)清潔電能，相較于火電每年可節(jié)約標(biāo)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(yùn)營王小郢污水廠這個(gè)超級光伏電站的節(jié)能國禎此前也在投資者互動(dòng)平臺(tái)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(xiàng)目大部分具備添加分布式光伏項(xiàng)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(xiàng)目——北湖污水處理廠分布式光伏項(xiàng)目。據(jù)測算，北湖光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電后，在25年運(yùn)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(dāng)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(wù)山東淄博的污水處理項(xiàng)目啟動(dòng)了廠內(nèi)光伏項(xiàng)目試點(diǎn)；該光伏設(shè)施已于二零二一年八月并網(wǎng)發(fā)電，預(yù)計(jì)發(fā)電量可滿足項(xiàng)目廠區(qū)用電的9%，為未來推廣廠內(nèi)光伏試點(diǎn)積累良好經(jīng)驗(yàn)。

      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(xiàng)目也多有出現(xiàn)。

      日前，華東勘測設(shè)計(jì)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(jiǎng)。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(wù)污水處理需求的同時(shí)，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(dòng)實(shí)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(jiǎng)）

      近日，聊城市水務(wù)污水處理有限公司2.13MW分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目開工，該項(xiàng)目擬利用水源熱泵技術(shù)回收污水中的熱能和有機(jī)物能量等，實(shí)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(yīng)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(diǎn)上，以北控水務(wù)、粵海水務(wù)、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(shí)現(xiàn)成功應(yīng)用。

      北控水務(wù)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(yīng)用實(shí)踐。

      粵海水務(wù)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(yīng)用探索。

      首創(chuàng)環(huán)保集團(tuán)自主研發(fā)的污水生物處理數(shù)學(xué)模擬技術(shù)、CREATE好氧顆粒污泥技術(shù)可實(shí)現(xiàn)碳源投加量降低50%-70%以上，節(jié)約電耗 25%，運(yùn)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(dòng)MBR技術(shù)成功應(yīng)用于竇店再生水廠，這項(xiàng)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(fèi)，同時(shí)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(jì)劃投用這項(xiàng)技術(shù)，累計(jì)污水日處理能力50萬方，每年能節(jié)省電費(fèi)在1300萬元左右。

      近日，中國節(jié)能“AAO工藝高標(biāo)準(zhǔn)處理城鎮(zhèn)污水低碳集成技術(shù)”經(jīng)鑒定委員會(huì)專家評估，一致認(rèn)定該技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。“AAO工藝高標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)用該技術(shù)后，出水主要污染物排放指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到地表水類Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行成本降低10%-20%，CO?的排放量降低了10%以上。同步實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗、減污降碳協(xié)同的污水處理運(yùn)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(jì)成本?？紤]到未來碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，碳排放作為污泥處理處置工藝路線選擇的重要指標(biāo)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(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放的可能。污泥厭氧消化耦合沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，可以實(shí)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(yīng)用在多個(gè)項(xiàng)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(yīng)，厭氧消化熱能自給率達(dá)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(wù)的北戴河新區(qū)污泥處理廠項(xiàng)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(yù)處理單元的原泥預(yù)熱，另一部分可用作車用燃?xì)狻?/span>

      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(diǎn)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(shè)計(jì)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(shí)期，我國生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)入以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向、推動(dòng)減污降碳協(xié)同增效的關(guān)鍵時(shí)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(dòng)起來，助力水處理行業(yè)早日實(shí)現(xiàn)“碳中和”。

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