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污水處理行業低碳化發展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”時期城市管理發展規劃》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。逐步降低城市熱網回水溫度，提高電廠余熱利用效率。推進燃氣鍋爐房煙氣、數據中心等余熱回收利用，有條件的地區采用污水源熱泵供熱替代。

      多家龍頭企業對污水源熱泵供熱替代深表認同并率先實踐。

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

      首創環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。

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

      但此技術并非完美無缺，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換為約60 ℃的低品位熱源，不能直接用于發電，限制了該技術的應用和推廣。

路徑2 污水節能降耗

      污水節能降耗，即污水處理廠精細化智能管控。據不完全統計，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），藥劑投配率降低30%以上甚至更高（主要為碳源投加）。

      據統計，目前在我國已建立的城鎮污水處理廠中，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化運行以達到節能降耗的目標。

      針對此，近日，京津冀國家技術創新中心環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）。該模型緊密結合污水處理廠的實際運行特點，可采用污水處理廠常規指標數據進行模型矯正分析。具體應用包括工藝模擬、精確曝氣、智能加藥和優化運行專家系統等，可有效實現污水處理廠的優化運行，達到節能降耗的目標。

      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改造項目，該智能系統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；在水質預警預報、預案管理的基礎上針對反硝化碳源投加進行優化控制投加，在保證水質達標的基礎上實現降低碳源投加成本的降低；實現了碳源投加量同比減少10%，碳排放減少231t（CO?當量）；節省用電近100萬kwh，間接減少碳排放1000t（CO?當量），從而達到污水廠節能降耗的目標。

路徑3 污水廠與光伏系統結合

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

      2021年11月，浙江省能源局正式印發了全國首個針對整縣推進分布式光伏開發試點工作的省級實施工作導則。文件明確，對現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重點工作之一。

      雙碳目標下，污水處理廠節能降耗被提上日程，專業人士認為，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模將超20吉瓦。為了提高污水處理效率及水質，越來越多的污水廠開始探索光伏發電的模式，污水處理廠+光伏電站這一CP也越來越多地出現在大眾的視野里，且大有爆發之勢。（“水光CP”不斷出現：這些污水處理廠已披上光伏外衣）

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

      許多行業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；蕪湖市城東污水處理廠分布式光伏項目于2021年9月開始發電；蕪湖市三山區的高安污水處理廠于2021年11月上旬正式并網發電，其余規劃中的4座污水廠分布式光伏項目將陸續投入運營。蕪湖市這7座污水廠分布式光伏項目規劃總裝機容量約2萬千瓦，預計建成后平均每年可為電網提供約2300萬千瓦時清潔電能，相較于火電每年可節約標煤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電項目——北湖污水處理廠分布式光伏項目。據測算，北湖光伏發電項目并網發電后，在25年運營期內，每年可提供約2200萬度的綠色清潔電能；節約發電燃煤約0.8萬噸，相當于減少二氧化碳(CO2）排放量約2萬噸，環保效益突出，節能減排效果顯著。

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

      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。

      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年度國家優質工程獎。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，為高質量綠色發展提供生動實踐。（污水處理+濕地公園+光伏發電三合一！這座污水處理廠獲國家優質工程獎）

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

路徑4 污水處理新技術研發

      污水處理新技術研發，即通過新技術的替代與升級，降低能耗，減少碳排放，在這點上，以北控水務、粵海水務、首創環保、碧水源、節能國禎為首的行業龍頭已率先發力并實現成功應用。

      北控水務新發布了BEAOA和北控速粒技術，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鍵技術”成果，已經開展了模塊化裝配凈水廠的應用探索。

      首創環保集團自主研發的污水生物處理數學模擬技術、CREATE好氧顆粒污泥技術可實現碳源投加量降低50%-70%以上，節約電耗 25%，運行成本降低35%，節約建筑占地50%。

      碧水源最新研發的振動MBR技術成功應用于竇店再生水廠，這項技術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，一年能節省近40萬元的電費，同時出水總氮低于5mg/L，一年能產出500多萬方高品質的再生水。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，累計污水日處理能力50萬方，每年能節省電費在1300萬元左右。

      近日，中國節能“AAO工藝高標準處理城鎮污水低碳集成技術”經鑒定委員會專家評估，一致認定該技術達到國際先進水平。“AAO工藝高標準處理城鎮污水低碳集成技術”為中國節能所屬中節能國禎自主研發，經第三方檢測，運用該技術后，出水主要污染物排放指標穩定達到地表水類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。同步實現了節能降耗、減污降碳協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技術適用性和經濟成本。考慮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，是未來的發展趨勢。

      據悉，污泥厭氧消化過程的碳排放量相對較低，且具備實現負碳排放的可能。污泥厭氧消化耦合沼氣熱電聯產項目，可以實現熱、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產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，處理規模為204噸總干污泥量/天，沼氣產量約為40 000立方米/天，沼氣轉化為熱能用于厭氧消化系統熱能供應，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污泥處理廠項目的日處理規模為300噸(80%含水率)，處理工藝采用分級/分相厭氧消化工藝，產生的沼氣經提純后，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，重點在于開發高效低耗深度脫水技術和環境友好型脫水藥劑，降低污泥干化的能耗，減輕對后續焚燒過程結焦和飛灰的影響，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展方向。

結語

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

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