节能降耗、污泥厌氧消化产甲烷、与工艺相干的能源哄骗等计谋可有助在碳减排，但这些通例要领潜力距碳中以及方针仍有相称间隔。外洋诸多案例注解，污水余温热能哄骗技能是污水处置惩罚范畴实现碳中以及运行的可行方案。于总结污水处置惩罚范畴碳减排计谋的根蒂根基上，评价阐发其对于碳中以及的孝敬。经由过程对于海内案例计较阐发余温热能潜力并与有机（COD）能转化率举行比力发明，污水中蕴含的余温热能潜力为有机化学能的9倍。余温热能哄骗可以使污水处置惩罚厂到达碳中以及方针，还可将残剩热能（约75%~85%）以供热/制冷情势向外输出，或者用在原位低温污泥干化，实现污水处置惩罚厂向“能源工场”转型。 于污水处置惩罚历程中，因为年夜量药剂，和曝气、污泥脱水装备、水泵等的电耗很是年夜，是以，污水处置惩罚行业于掩护水情况的同时，也是高耗能财产。同时，一些污水处置惩罚历程还伴有CH四、N2O等直接温室气体排放，污水处置惩罚历程的、中碳排放问题不成小觑。 以实现碳中以及（Carbon neutrality）或者能量自给自足(Energy self-sufficiency)为方针，多个国度对于污水处置惩罚碳中以及运行制订了相干政策。荷兰提出NEWs观点，将将来污水处置惩罚厂描写为“养分物（Nutrient）”、“能源（Energy）”、“再生水（Water）”三厂（Factories）合一的运行模式；新加坡国度水务局奉行“NEWater”规划，并制订水行业能源自给自足的三阶段方针，其远期方针为彻底实现能源自给自足，甚至向外提供能量；美国以“Carbon-free Water”为方针，指望实现对于水的取用、分配、处置惩罚、排放全历程以实现碳中以及；日本发布“Sewerage Vision 2100”，公布本世纪末将彻底实现污水处置惩罚历程中能源自给自足。 已经有存于一些经由过程差别手腕实现污水处置惩罚厂“能量中以及”或者“碳中以及”的外洋案例。奥地利Strass污水处置惩罚厂哄骗初沉池可扣留进水悬浮物（SS）中近60%的COD，并以A/B工艺最年夜化富积残剩污泥，将初沉与残剩污泥共厌氧消化并热电联产（CHP）后可实现108%能源自给率。美国Sheboygan污水处置惩罚厂哄骗厂外高浓度食物烧毁物与残剩污泥厌氧共消化并热电联产实现产电量与耗电量比值达90%~115%、产热量与耗热量比值达85%~90%。德国Bochum-Ölbachtal污水处置惩罚厂经由过程节能降耗与热电联产实现能源中以及率96.9%、碳中以及率63.2%。德国Köhlbrandhöft/Dradenau污水处置惩罚厂经由过程厌氧消化与污泥干化点火实现能源中以及率>100%，并实现42.3%的碳中以及率。希腊Chania污水处置惩罚厂经由过程厌氧消化实现70%的能源中以及率，碳中以及率到达58.5%。德国布伦瑞克市Steinhof污水处置惩罚厂经由过程残剩污泥零丁厌氧消化并热电联产得到79%的能源中以及率，再经由过程增补出水农灌、污泥回田等手腕分外实现了35%的碳减排量，使碳中以及率高达114%。芬兰Kakolanmäki污水处置惩罚厂经由过程热电联产与余温热能收受接管终极实现高达640%能源中以及率与332.7%碳中以及率。 以上案例注解，为实现碳中以及方针，外洋污水处置惩罚厂多数采纳超量有机物厌氧消化并热电联产的方案。然而，我国市政污水处置惩罚厂遍及存于碳源低下的环境，该路径可能没法实现我国污水处置惩罚厂碳中以及。这就需要全方位阐发污水自身潜能及哄骗体式格局来制订相宜在我国污水处置惩罚范畴的碳中以及路子。于海内，基在碳中以及的污水处置惩罚运行机制研究才刚起步。于技能层面，各类节能降耗、能量收受接管体式格局直接或者间接赔偿污水处置惩罚碳排放量好像是实现污水处置惩罚碳中以及的主要手腕。基在此，本文从能量中以及与碳中以及基本观点入手，梳理污水处置惩罚行业碳减排计谋，同时切磋其能量潜力、技能路径及可操作性等，以期为我国污水处置惩罚范畴选择相宜的碳中以及路径提供参考。 1 污水处置惩罚碳减排路子及案例阐发 1）技能进级实现节能减排 污水处置惩罚历程碳排放分直接碳排放与间接碳排放。此中，按IPCC划定由污水中生源性COD孕育发生的CO2（直接排放）不该纳入污水处置惩罚碳排放清单，而CH四、N2O及污水COD中化石身分孕育发生的CO2则应纳入污水处置惩罚直接碳排放清单。是以，间接碳排放包孕：电耗（化石燃料）碳排放，即，污水、污泥处置惩罚全历程触及能耗，和药耗碳排放（指污水处置惩罚所用碳源、除了磷药剂等于出产与运输历程中形成的碳排放）。 于污水、污泥处置惩罚历程中，直接孕育发生的CH四、N2O是节能减排中应重点存眷的温室气体。节制污水处置惩罚历程中孕育发生的CH4有两种体式格局：一是谨防其从污泥厌氧消化池中逃逸，二是于污水处置惩罚其它单位（出格是污泥脱水以及储泥单位）及管道中防止沉积物聚积的逝世角，也要留意沉砂池（需选用曝气沉砂池或者旋流沉砂池）有用去除了砂粒外貌有机物。对于N2O节制则比CH4显患上难度要年夜，N2O重要孕育发生在硝化以及反硝化历程。今朝，有关N2O形成的机理研究已经渐清楚，硝化历程是N2O形成的主因，反硝化历程对于N2O形成的作用为次因。按照N2O孕育发生机理，提高硝化历程DO浓度，增长反硝化历程有用碳源量有助在按捺N2O形成，然而，这必将会增长CO2排放量。 间接排放重要是能耗以及药耗。因为于污水处置惩罚厂运行中最直接反应的是能耗，而药耗形成的碳排放一般于污水处置惩罚之外的行业（化工、运输等）孕育发生（但应计入污水处置惩罚碳排放清单），故污水处置惩罚厂其实不体贴。图1为差别国度污水处置惩罚能耗和所对于应的碳排放量。差别地域能耗差异较为较着，但年夜数国度的处置惩罚能耗为0.5~0.6 kW·h·m-3；我国平均处置惩罚能耗0.31 kW·h·m-3（居中），巴西以及印度处置惩罚能耗仅为0.22 kW·h·m-3，而丹麦、比利时、萨摩亚（1.4 kW·h·m-3）等国度污水处置惩罚平均能耗跨越1.0 kW·h·m-3。然而，碳排放量成果显示，瑞士、巴西单元水处置惩罚碳排量最低，仅为0.05 kg CO2-eq·m-3，墨西哥最高，达0.76 kg CO2-eq·m-3，我国则处在中等程度（平均值约0.28 kg CO2-eq·m-3）。高能耗一般陪同着严酷的出水排放尺度。图1注解，上述高能耗国度碳排放量程度却处在与我国同样的中等程度（≤0.4 kg CO2-eq·m-3）。调研显示，以上国度的污水处置惩罚多数哄骗了污泥厌氧消化与热电联产、甚至余温热能等清洁能源哄骗体式格局，从而抵消了一部门碳排放量。 药耗碳排放因工艺自己使用的药剂所孕育发生，是以，应思量削减碳源与化学除了磷药剂投加量，以削减此类间接碳排放。是以，以削减对于碳源以及药剂的依靠的强化生物脱氮除了磷技能将是此后污水处置惩罚的主流。例如，德国Bochum-Ölbachtal污水处置惩罚厂经由过程对于原有前置反硝化工艺举行改造，不仅出水可满意严酷排放尺度，并且能耗也从本来的0.47 kW·h·m-3降至0.33 kW·h·m-3。 别的，经由过程模子软件对于工艺流程举行优化，或者基在于线数据实实际时参数调解也可实现污水处置惩罚工艺节能降耗。欧盟开发了“ENEWATER”项目，用在污水处置惩罚厂能量于线均衡分配。该项目可接纳恍惚逻辑、人工神经收集及随机丛林等呆板进修技能，对于现实污水处置惩罚厂水泵、鼓风机等装备举行优化，可差别水平降低污水处置惩罚厂运行能耗，最高节能可达80%。然而，“零能耗”的污水处置惩罚工艺是很难实现的，除了非接纳基在天然的处置惩罚体系（nature-based solutions，NBS）。是以，仅仅靠节能降耗这类间接碳减排体式格局，尚不克不及彻底实现碳中以及运行的方针。 2）污泥厌氧消化产CH4以实现能源转化 于我国碳中以及方针提出后，残剩污泥厌氧消化重获存眷。上述从污水中获取有机（COD）能源来填补污水处置惩罚中能耗案例好像成为实现碳中以及方针的有用路子。然而，污泥厌氧消化所能收受接管的有性能量取决在进水中有机物浓度（BOD/COD）的多寡和厌氧消化有机物能源转化效率，尚不克不及彻底照搬。 因糊口程度、食品布局、无化粪池设置等缘故原由，泰西等国度地域污水处置惩罚厂进水COD遍及高在我国，COD年夜在600 mg·L-1的环境很是遍及。是以，经由过程初沉池以悬浮固体（suspended solid，SS）情势扣留年夜部门COD，和残剩污泥厌氧共消化并热电联产可得到较高的有性能源转化率。别的，以上经由过程污泥厌氧消化并热电联产实现碳中以及案例年夜多还经由过程外源有机物添加（厨余垃圾或者食物废料）来增长进水有机物的浓度，从而包管实在现碳中以及运行方针。然而，我国市政污水的进水COD遍及偏低，COD通常是100~300 mg·L-1，甚至难以满意基本脱氮除了磷对于碳源的需求，以至在为保留碳源而不设初沉池已经成为主流工艺设计思绪。这也使患上仅依赖残剩污泥厌氧消化转化有性能源没法实现碳中以及运行方针，纵然存于热水解等手腕强化污泥厌氧消化，于最好运行状态下也难冲破50%CH4的增产量。 表1为几个污水处置惩罚厂污泥有性能源收受接管历程中COD均衡数据，展示了污泥厌氧消化有性能源转率。数据注解，进水COD中有性能终极只有不到15%可经由过程厌氧消化与热电联产转化为电或者热。例如，进水COD为400 mg·L-1（理论电当量1.54kW·h·m-3）的市政污水于完成脱氮除了磷目的后所孕育发生的残剩污泥经中温厌氧消化产CH4并热电联产，转化率仅13%，即现实转化电当量仅为0.20 kW·h·m-3。 3）与污水处置惩罚相干的清洁能源工艺 既然仅靠节能降耗以及污泥厌氧消化并热电联产很难实现碳中以及方针，那可思量经由过程接收/捕获CO2（如，植树造林）或者于污水处置惩罚工艺或者厂区使用清洁能源来到达碳减排目的。是以，传统意义上的可再生能源成为首要选择。最近几年来，微型发机电、光伏能、风能等新型能源用在英国、土耳其以及Australia等国的污水处置惩罚厂，孕育发生的新能源约莫可填补7%~60%的污水处置惩罚厂能耗。POWER等[30]将微型发机电技能乐成用在英国以及爱尔兰等国的污水处置惩罚厂，孕育发生约50%的电能，用在填补厂区能耗。Australia的污水处置惩罚厂充实哄骗太阳能、风能以及污水水力发电技能，终极孕育发生能源可满意该水厂69%的运行能耗。希腊克里特岛某污水处置惩罚厂哄骗光伏发电项目减排25%、风力发电环减省排25%、人工莳植林固碳减排至少30%，并辅以污泥厌氧消化能源收受接管方来实现碳中以及方针。具备可行性清洁能源另有太阳能。然而，受限在污水处置惩罚厂的地舆位置、天然情况（光照、风速）等前提，经具体测算，纵然将太阳能光伏发电板铺满整个污水处置惩罚厂至多也只能填补约10%~15%的污水处置惩罚能耗，间隔碳中以及方针仍有差距。 4）经由过程余温热能哄骗收受接管能源的相干技能 污水中被轻忽的别的一种潜能——水热（余温热能）现实上潜力伟大，可经由过程热互换（水源热泵）体式格局收受接管并加以哄骗。污水余热（ 2 各类碳减排计谋合用前提对于比 现有研究注解，污泥厌氧消化有性能源转化率遍及不高，仅靠此路径很难实现碳中以及方针，且厌氧消化至少另有50%有机质需举行进一步不变处置惩罚，是以，于污泥处置惩罚中跃过厌氧消化，而直接干化、点火污泥应该是污泥措置与能源收受接管的上策，同样成为海内外遍及接纳的要领。前文说起的进水COD为400 mg·L-1的案例，若接纳直接干化点火工艺来处置惩罚污泥，其有性能转化率可升至0.50 kW·h·m-3（电当量），远远高在厌氧消化的0.20 kW·h·m-3，扣除了污水处置惩罚厂运行能耗（0.37 kW·h·m-3）后，可红利电当量0.12 kW·h·m-3。若再进一步思量出水热能哄骗，按上述热能现实转化计较，水源热泵提取4 ℃温差后，可得到热能1.77 kW·h·m-3（电当量），再扣除了污泥干化能耗0.61 kW·h·m-3，可红利热能1.16 kW·h·m-3（电当量）（见图2）。是以，污泥点火热能与余温热能收受接管可实现污水处置惩罚自身能源中以及、甚至碳中以及运行，还可以使其酿成能源工场，向社会输电、供热。 以上案例注解，污水处置惩罚仅靠节能降耗难以实现碳中以及，还应经由过程开源来到达方针。哄骗光伏发电、残剩污泥化学能厌氧消化收受接管与水源热泵余温热能收受接管体式格局，别离核算3种能量收受接管体式格局对于运行能耗的孝敬率。成果注解，若进水COD为400 mg·L-1，污水化学能经由过程厌氧消化产CH4并热电联产（CHP）至多仅可填补约一半的污水处置惩罚运行能耗，残剩一半能量赤字仍需靠其它路子来增补。若哄骗出水余温热能，仅需要 余温热能收受接管与运用并没有技能障碍，独一的哄骗装备——水源热泵已经较为成熟。热能哄骗的最年夜问题是余温热能乃一种低品位能源（60~80 ℃），只合适热量直接哄骗，其实不能用来发电。看成为热源外输冬日供暖时，较低的水温又决议了其热量有用运送半径不克不及太年夜，仅合用在3~5 km的运送半径。并且于余温热能现实哄骗中，当局部分决议计划与计划最为主要。个体北欧国度的作法值患上借鉴，其热能哄骗已经涵盖修建供暖、温室加温、人工养鱼等多个方面。例如，瑞典首都斯德哥尔摩修建物中有40%接纳水源热泵技能供热，此中，10%热源来自污水处置惩罚厂出水；芬兰Kakolanmäki污水处置惩罚厂对于出水余温热能予以收受接管哄骗，并向图尔库市住民供热、制冷，形成为了年夜量负碳；荷兰在2021年于乌特勒支De Stichtse Rijnlanden污水处置惩罚厂建成25 MW水源热泵体系，为周边10 000户家庭提供供热办事。奥地利学者经由过程全生命周期影响评价（life cycle impact assessment, LCIA）要领患上出，该国统共173个污水处置惩罚厂中约3/4的出水潜热可被哄骗，并于厂区周围有不变的热源用户。 只管对于污水处置惩罚厂余温热能近间隔外输哄骗可年夜年夜中以及工艺自己能耗，但当余热难之外输时，只能于污水处置惩罚厂内部当场消纳，可思量将余温热能原位用在低温干化污泥，然后将污泥集中输送至具备邻避效应的点火厂集中点火哄骗。如许即可将不克不及发电的低品位热能间接转化为可以高温发电的高品位热能。别的，于冬日严寒的北方都会，还可思量用出水余温热能加热前端进水，以确保于冬日维持生物处置惩罚效率。 3 结语 “碳中以及”已经成为热词。污水处置惩罚厂当然可以经由过程节能降耗、污泥厌氧消化、太阳能等体式格局很年夜水平上削减碳排放量。可是，因为我国污水存于有机质含量低的特色，要经由过程这些通例手腕实现碳中以及方针差距较年夜。只管污水余温热能的哄骗是使污水处置惩罚厂转型为“能源工场”的有用手腕，但于我国污水余温热能还没有被视为清洁能源，更未被列入碳生意业务清单。是以，除了了于通例“降碳”技能上下功夫，还应于治理层面，从整个污水处置惩罚范畴的总体计划、污水处置惩罚厂的设计结构，和碳汇政策等多方面着手，来选择合适我国国情的污水处置惩罚厂碳中以及路径。光荣的是，北京已经将污水余温热能哄骗列入议事日程，但但愿余温热能哄骗能同一计划而不是各自为政，应该集中在污水处置惩罚厂出水，而不是零丁楼宇的原污水原位哄骗，由于楼宇原位哄骗会降低流入污水处置惩罚厂污水温度，对于北方冬日污水处置惩罚运行极其倒霉。
13253338363
