城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)碳排特性與減碳路徑探討
0 引言
據(jù)統(tǒng)計,2019年全球碳排放量接近600億t,其中主要溫室氣體CO2、CH4 和N2 O 的碳排放當(dāng)量占比分別為74%、17%和6%,合計超過97%[1-2]。據(jù)國際水行業(yè)機(jī)構(gòu)大致估算,城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的碳排放量占總碳排量的比例為1%～2%,包括污水收集處理系統(tǒng)厭氧過程產(chǎn)生的CH4、氮素轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的N2 O等直接碳排,以及能耗、物耗等引發(fā)的間接碳排[3-4]。其中,生活污水處理過程中有機(jī)物分解產(chǎn)生的CO2 屬于生源碳,原則上不納入碳核算范圍。
目前,我國城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)非CO2 碳排放主要來源為污水收集(輸送)管網(wǎng),尤其化糞池的厭氧過程,其次為污水處理廠的污水與污泥處理工藝過程。據(jù)測算,污水收集系統(tǒng)非CO2 碳排放量占到污水系統(tǒng)非CO2 碳排放總量的70%～80%。污水收集管網(wǎng)非CO2 碳排放主要是CH4,污水處理廠非CO2 碳排放主要為N2 O 及CH 4[5-8]。究其原因,我國城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)化糞池存量規(guī)模巨大,化糞池由于清通頻率低、維護(hù)不到位導(dǎo)致的污染物沉積嚴(yán)重,厭氧環(huán)境下的碳排,特別是甲烷生成和排放量巨大;而我國城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)長期處于高水位、低流速,污染物沉積嚴(yán)重,厭氧環(huán)境下也會產(chǎn)生大量CH4 和N2 O�；诖�,我國近年陸續(xù)出臺的《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019-2021年)》《城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施補短板強弱項實施方案》等政策文件,要求將污水收集系統(tǒng)的提質(zhì)增效作為未來重點工作來抓,將“錯位”淤積于污水管網(wǎng)或排入水環(huán)境的污染物“歸位”于污水處理廠,這已成為城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)實現(xiàn)碳減排的重要發(fā)展方向。
針對我國城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)缺乏碳減排實施路徑依據(jù)和方向指引的現(xiàn)狀問題,結(jié)合城鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施的能耗物耗特征、溫室氣體產(chǎn)排規(guī)律等內(nèi)容,識別城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)主要碳排問題,探討排水系統(tǒng)碳排放的重要節(jié)點與碳減排核心方向,基于全過程管理、源頭管控、提質(zhì)增效及穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、資源能源回用、安全高效、生態(tài)、智慧的整體原則,提出了包含源頭設(shè)施、過程設(shè)施、末端設(shè)施及全系統(tǒng)管理在內(nèi)的污水系統(tǒng)碳減排重點方向,從全鏈條、全要素維度形成了菜單式低碳發(fā)展路徑,以期對我國城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)綠色低碳轉(zhuǎn)型提供技術(shù)指導(dǎo)。
1 我國城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
“十二五”以來,我國污水處理廠的數(shù)量和處理能力不斷攀升,城市污水處理設(shè)施實現(xiàn)了全面普及,根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《中國城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》(2022年),到2022年底,城市污水處理廠的數(shù)量達(dá)到2 894座,污水處理能力為21 606.1萬m3/d,分別較2011年增長了82.2%、91.2%,見圖1。隨著城市黑臭水體治理和污水提質(zhì)增效工作的推進(jìn),我國在排水管網(wǎng)建設(shè)方面不斷加大投資力度,著力補齊排水管網(wǎng)與污水處理設(shè)施之間的差距,城市排水管網(wǎng)持續(xù)呈現(xiàn)快速遞增的趨勢,如圖2 所示,到2022年底,城市排水管道長度達(dá)到91 萬km,較2011年增長120.6%,其中污水管道、雨水管道和雨污合流管道長度分別為42萬km、41萬km 和8.59萬km。
圖1 城市污水處理廠建設(shè)情況(2011-2022年)
Fig.1 Construction status of urban sewage treatment plants( 2011-2022)
圖2 城市排水管道建設(shè)發(fā)展情況(2011-2022年)
Fig.2 Development of urban drainage pipeline construction (2011-2022)
從我國城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量、規(guī)模及排水/污水管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模均得到長足發(fā)展的同時,其運行效能已經(jīng)越來越受到行業(yè)管理部門的關(guān)注,《2022年城市建設(shè)狀況公報》公布了2022年我國城市生活污水集中收集率僅為68.6%,1/3左右的污水未有效收集到污水處理廠,這意味著這些污染物或存留于收集系統(tǒng)如化糞池、管網(wǎng)、泵站等點位,或降雨沖刷至城鎮(zhèn)水環(huán)境,導(dǎo)致大量直接碳排的同時,致使城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水碳源不足,碳源投加等間接碳排大大提升,因此,在新時期國家碳減排、碳中和的背景下,識別污水收集處理系統(tǒng)碳減排的關(guān)鍵問題,提出低碳發(fā)展基本原則和轉(zhuǎn)型方向,可為實現(xiàn)城市污水收集處理設(shè)施低碳發(fā)展提供可行的技術(shù)路徑。
2 城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)主要碳排問題識別
2.1 化糞池的高碳排問題
化糞池是城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展特定歷史階段的產(chǎn)物,在污水收集與處理系統(tǒng)尚未全面普及、污水處理以有機(jī)物去除為主要目標(biāo)的早期發(fā)展階段,定期清掏養(yǎng)護(hù)的化糞池在病原體、SS、COD、BOD5 等污染物控制方面表現(xiàn)出良好的效果。但隨著氮磷營養(yǎng)物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,有機(jī)物在污水處理廠中的角色已由“去除”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;利用”,城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水出現(xiàn)碳氮磷比例失衡、碳源嚴(yán)重不足的問題,導(dǎo)致排水行業(yè)開始重新審視化糞池的功能與角色。
我國城鎮(zhèn)化糞池的管理職能多數(shù)在物業(yè),而非市政管理部門,由于缺乏相關(guān)技術(shù)人員和重視程度,普遍存在化糞池清掏不及時現(xiàn)象,導(dǎo)致化糞池截留顆粒態(tài)有機(jī)物的同時,長期厭氧環(huán)境下產(chǎn)生大量甲烷氣體。有關(guān)測算表明[5-6],我國城鎮(zhèn)化糞池產(chǎn)生的CH4 總量高達(dá)3 000萬t CO2-eq/a,與市政集中式污水處理廠CH4 和N2 O 直接碳排放量(2 512萬t CO2-eq/a)和總碳排放量(3 985萬t CO2-eq/a)處于同一水平。因此,化糞池CH4 排放量是一種不可小覷的“隱性”碳排放源,化糞池取舍應(yīng)結(jié)合未來甲烷的控排綜合考慮。
2.2 污水管網(wǎng)污染物傳輸過高碳排問題
污水管道的直接碳排放。在我國已實施的城市黑臭水體治理、水環(huán)境綜合整治等涉及管網(wǎng)檢測修復(fù)的大規(guī)模工程實踐中,污水管道(合流制管道或分流制污水管道)普遍存在高水位、低流速的問題。由污水管道運維不到位、專業(yè)化清淤隊伍缺乏、資金不到位等因素,導(dǎo)致的高水位、低流速異常運行及污染物沉積問題相當(dāng)嚴(yán)重。大量沉積在管道內(nèi)污染物隱藏于水層以下,經(jīng)長時間積累壓實,底泥層變得相對穩(wěn)定牢固,在管道內(nèi)相對封閉的厭氧環(huán)境下,厭氧狀態(tài)下COD容易產(chǎn)生一定數(shù)量的CH 4,其中大部分CH4 會停留在底泥層中,而不直接釋放到大氣環(huán)境。只有出現(xiàn)管道清淤、降雨沖刷擾動、季節(jié)溫度及氣壓變化等造成污泥層破壞的情況時,CH4 才會排入大氣環(huán)境,形成直接碳排放。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn),污水管道中溫室氣體產(chǎn)生量與污水處理過程本身相當(dāng)?shù)臏厥覛怏w效應(yīng)[11-12],污水管道中CH4 產(chǎn)生量是排水系統(tǒng)總產(chǎn)生量的60%以上[13-15]。
清水混入導(dǎo)致的間接碳排放。我國城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)普遍存在地表水、施工降水、處理后的工業(yè)廢水等清水入流問題。流入管網(wǎng)的大量清水直接導(dǎo)致管道水位的上升及流速減緩,如前所述,大量污染物沉積在管道內(nèi)部導(dǎo)致碳排放增加;與此同時,達(dá)到較嚴(yán)格行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)廢水,通常會采用高級氧化工藝,處理出水表現(xiàn)為較高的氧化還原電位(ORP),來自于淺層地下水的施工降水,以及“不黑不臭”的城鎮(zhèn)河湖地表水也通常呈現(xiàn)較高ORP值,這些“清水”流入污水管道,必然與管道中較低ORP值的污水發(fā)生化學(xué)或生物反應(yīng)過程,直接導(dǎo)致污水中還原性物質(zhì)被大量消耗。這就是我國城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水有機(jī)組分含量偏低、碳源不足的主要成因之一,實際運行中需要投加反硝化碳源和除磷藥劑,以保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。因此,解決污水管網(wǎng)的清水入流是避免污水廠進(jìn)水有機(jī)物濃度偏低,相應(yīng)降低藥劑量和間接碳排量的關(guān)鍵性對策。
管道質(zhì)量問題導(dǎo)致的間接碳排放。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程和市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快,我國城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的存量資產(chǎn)已升至世界第一,但長期存在對地下管線設(shè)施建設(shè)與養(yǎng)護(hù)工作重視程度不夠的問題,不少城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的質(zhì)量堪憂,普遍存在著淤積、堵塞、結(jié)垢等功能性缺陷,變形、錯位、破裂、脫節(jié)、腐蝕等結(jié)構(gòu)性缺陷,以及錯接、混接、漏接等系統(tǒng)性缺陷。各種缺陷交織疊加嚴(yán)重影響污水管網(wǎng)的污染物收集輸送能力,導(dǎo)致本應(yīng)通過污水管網(wǎng)收集至污水廠的污染物或淤積在管道內(nèi),或溢流排入河湖水體,或滲漏地下。轉(zhuǎn)移并累積在污水管道底部、河湖水體底部的有機(jī)污染物,在厭氧條件下可轉(zhuǎn)化成CH4,從而形成的非CO2 碳排放量不容忽視。
2.3 污水處理廠高碳排問題
2.3.1 污水處理過程的直接碳排缺乏系統(tǒng)性管控
污水處理廠直接碳排主要包括工藝處理流程的CO2、CH4、N2 O的直接排放,從污水中有機(jī)物來源分析,進(jìn)水有機(jī)物絕大多數(shù)為生源性的碳,因此不計入直接碳排,而投加外碳源時,部分有機(jī)物被分解產(chǎn)生的CO2 應(yīng)作為化石性碳,被計作直接碳排,但其量較小。污水處理廠的直接碳排重點考慮非CO2的直接碳排分析如表1所示。
表1 城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)各工藝單元的直接碳排放分析
Tab.1 Direct carbon emission analysis of various process units in urban sewage treatment systems
從表1中可知,污水處理與污泥處理過程的非CO2 的直接碳排的排放點位和產(chǎn)生點位不盡相同,如預(yù)處理主要排放為CH4,排放點位主要為進(jìn)水泵房、預(yù)處理跌水井、曝氣沉砂池等點位,排放的原因主要為跌水過程的釋放或曝氣過程攜帶排出。生物處理過程的N2 O 主要為硝化反硝化過程產(chǎn)生的N2 O,但厭缺氧區(qū)產(chǎn)生的N2 O會在好氧區(qū)隨曝氣溢出。目前對城鎮(zhèn)污水處理廠的氣體控制以加蓋除臭為主,但好氧區(qū)及反硝化濾池等由于基本不產(chǎn)生臭氣,加蓋除臭處理較少,導(dǎo)致這些點位的CH4 逸散及其嚴(yán)重,成為非CO2 的直接碳排未來管控的重點。
污泥處理過程中,厭氧消化池(氣密性不佳)的CH4 泄漏與污泥脫水過程的CH4 逃逸均為主要碳排點,厭氧消化過程的氣密性提升以及脫水過程的逃逸甲烷捕獲均為后續(xù)減碳的重點。
2.3.2 進(jìn)水低有機(jī)物濃度導(dǎo)致的藥耗間接碳排問題
根據(jù)全國城市生活污水BOD5 濃度統(tǒng)計,城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水BOD5 濃度低于100 mg/L的比例高達(dá)40%。同時,結(jié)合城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),2023年全國投加外碳源、化學(xué)除磷藥劑的污水處理廠比例分別為26%、35%。藥劑消耗特別是碳源消耗已成為污水處理廠的重要消耗,其經(jīng)濟(jì)成本和間接碳排量均在污水處理過程占據(jù)較高比例。
2.3.3 無機(jī)組分含量高與低運行效能的矛盾
我國污水無機(jī)組分含量高,有機(jī)組分含量低的問題普遍存在,導(dǎo)致初沉池、沉砂池與生物系統(tǒng)底部積砂嚴(yán)重,調(diào)研發(fā)現(xiàn),生物系統(tǒng)積砂高度可達(dá)40 cm,大量的積砂不僅導(dǎo)致工藝單元實際水力停留時間大幅縮短,同步導(dǎo)致曝氣盤/管污堵、攪拌器磨損等,嚴(yán)重影響工藝運行效能。處理能力的下降意味著功能區(qū)與能耗的無效消耗,導(dǎo)致碳排的提升。
2.3.4 用電設(shè)備優(yōu)化調(diào)控空間不足與能耗高的矛盾
結(jié)合污水處理廠的能耗調(diào)研分析,城鎮(zhèn)污水廠的主要用電設(shè)備包括：污水與污泥提升、曝氣與混合、污泥減容減量是主要能耗單元,其中污水提升約占總能耗的10%～20%,污水生物處理(曝氣與混合)約占50%～70%,污泥處理約占10%～20%,三者占總能耗的70%以上。但我國污水處理廠進(jìn)水泵設(shè)計一般缺乏應(yīng)對進(jìn)水量波動的優(yōu)化設(shè)計,運行調(diào)控空間不足,特別是面向新建區(qū)域的污水處理廠來說,污水收集受新建區(qū)域建設(shè)周期與人口數(shù)量上漲速度決定,進(jìn)水泵大馬拉小車現(xiàn)象嚴(yán)重,能耗浪費嚴(yán)重;其次是污水生物處理的曝氣與混合能耗,曝氣的粗放式管理還是普遍現(xiàn)象,針對進(jìn)水水質(zhì)季節(jié)性變化,水廠風(fēng)機(jī)調(diào)控受風(fēng)機(jī)調(diào)控幅度小、管路氣量平衡分配能力不足、氣路閥門精準(zhǔn)調(diào)控難度大、DO 儀表的讀數(shù)失穩(wěn)失準(zhǔn)等條件制約,導(dǎo)致曝氣系統(tǒng)不易調(diào)節(jié),風(fēng)機(jī)能耗居高不下,浪費嚴(yán)重�；旌蠑嚢杵鲾嚢韫β矢�,攪拌的速度與角度不易調(diào)節(jié)也是導(dǎo)致混合能耗高的主要問題。
2.3.5 污水處理過程的能源回收欠缺
污水中蘊含著大量的能源,包括化學(xué)能、生物質(zhì)能、重力勢能等�；瘜W(xué)能利用主要是通過水源熱泵提取污水中的熱能,供給水廠自身或周邊區(qū)域的集中供熱供冷。生物質(zhì)能主要為通過污泥厭氧消化產(chǎn)沼氣,目前主要在污水處理廠內(nèi)利用,包括沼氣發(fā)電、驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī)或水泵以及直接采用沼氣鍋爐進(jìn)行污泥加熱等。污泥后續(xù)焚燒發(fā)電,主要是以污泥無害化和穩(wěn)定化為目標(biāo),同步回收部分的生物質(zhì)能。重力勢能主要在重慶等具備高差優(yōu)勢的地區(qū)進(jìn)行水力發(fā)電。目前從污水處理過程提取能源的城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量相對較少,大量的能源處于未開發(fā)狀態(tài),低碳潛力巨大。
3 污水系統(tǒng)低碳發(fā)展原則構(gòu)建
從污水系統(tǒng)低碳發(fā)展的核心目標(biāo)出發(fā),以安全為基礎(chǔ)、以高效為核心、以生態(tài)為指導(dǎo)、以智慧為目標(biāo)的高質(zhì)量發(fā)展定位,構(gòu)建安全、高效、生態(tài)、智慧的四位一體的污水系統(tǒng)低碳發(fā)展原則,其中,“安全”作為污水系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基本前提,應(yīng)通過設(shè)施功能增效,彈性韌性提升,聯(lián)動響應(yīng)保障等措施,實現(xiàn)系統(tǒng)的安全目標(biāo);“高效”是指在建設(shè)和運行過程中,以最小的資源能源消耗和空間占用,保障設(shè)施服務(wù)功能最優(yōu),通過共建共享提升設(shè)施效率,實現(xiàn)集約高效目標(biāo);“生態(tài)”是指建立節(jié)水、節(jié)能即節(jié)碳的基本理念,在保障需求的基礎(chǔ)上,通過節(jié)能降耗措施,盡可能降低碳排,通過技術(shù)更新實現(xiàn)資源能源循環(huán)利用,盡可能將生態(tài)自然理念融入污水收集、處理、回用的全環(huán)節(jié);“智慧”是指將傳統(tǒng)市政基礎(chǔ)設(shè)施與5G、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代化數(shù)字技術(shù)耦合,逐步實現(xiàn)市政基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化升級與智慧化管控。
安全、高效、生態(tài)、智慧的四位一體低碳發(fā)展原則,也是一個目標(biāo)循序升級過程,從行業(yè)基礎(chǔ)問題和需求出發(fā),污水系統(tǒng)低碳發(fā)展需要在保障安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,提高系統(tǒng)的收集、處理、回用的效能,將節(jié)水節(jié)能降耗、自然生態(tài)理念融入污水系統(tǒng)全過程,最終用智慧的手段將安全、高效、生態(tài)融為一體,有機(jī)結(jié)合,實現(xiàn)污水系統(tǒng)數(shù)字化、智能化、智慧化的迭代升級。
4 污水系統(tǒng)減排方向與低碳發(fā)展路徑
城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)主要由城鎮(zhèn)污水收集、輸送、處理、排放、利用等工程設(shè)施組成,是市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)涉及到多個環(huán)節(jié)和子系統(tǒng),其運行過程中產(chǎn)生了大量碳排放。城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)中不同環(huán)節(jié)的碳排放強度差異明顯,這主要與源頭、過程、末端設(shè)施的碳排放特征密切相關(guān)。因此,識別城市污水系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)碳排放要素組成,分析碳排放影響因素及特征,對于科學(xué)系統(tǒng)評估污水系統(tǒng)碳排放具有重要的意義。本文從源頭、過程、末端全鏈條角度出發(fā),系統(tǒng)識別污水系統(tǒng)不同類型設(shè)施的碳排放特征,綜合提出菜單式城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)碳減排核心方向。
4.1 污水系統(tǒng)碳排放來源分析及關(guān)鍵節(jié)點識別
城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的主要構(gòu)成要素包括化糞池、污水管網(wǎng)(含污水管道、泵站等)、污水處理廠(含污水處理系統(tǒng)、污泥處理處置系統(tǒng))。如圖3所示,污水系統(tǒng)的直接碳排放源主要是指化糞池、污水管道、污水提升泵站、污水處理廠、污泥處理處置系統(tǒng)等產(chǎn)生的CH4,污水處理廠產(chǎn)生的N2 O 和CH4;間接碳排放源主要是指污水收集、轉(zhuǎn)輸、處理與回用環(huán)節(jié)設(shè)施運行所需電能、熱能及藥劑產(chǎn)生的碳排放;碳匯主要來自污水中化學(xué)能、生物質(zhì)能等能源的回收及再生水利用。污水系統(tǒng)碳排放關(guān)鍵節(jié)點及特征如表2所示。
表2 污水系統(tǒng)碳排放關(guān)鍵節(jié)點及特征
Tab.2 Key nodes and characteristics of carbon emissions in sewage systems
圖3 城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)碳排放源分解
Fig.3 Schematic diagram of carbon emission source decomposition in urban sewage system
4.2 污水系統(tǒng)碳減排方向及低碳路徑
按照城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)生命周期階段低碳發(fā)展的要求,基于全過程管理、源頭管控、提質(zhì)增效及穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、資源能源回用、安全高效、生態(tài)、智慧的整體原則,提出了包含源頭設(shè)施、過程設(shè)施、末端設(shè)施及全系統(tǒng)管理在內(nèi)的污水系統(tǒng)碳減排重點方向,從全鏈條、全要素維度形成了菜單式低碳發(fā)展路徑,如表3所示。
表3 污水系統(tǒng)碳減排重點方向及低碳路徑
Tab.3 Key directions and low-carbon paths for carbon reduction in sewage systems
污水系統(tǒng)源頭的碳減排方向主要包括管網(wǎng)空白區(qū)消除、化糞池差異化取舍、工業(yè)廢水實時監(jiān)控、清水入流管控。其中,管網(wǎng)空白區(qū)消除、居民生活污水應(yīng)收盡收是污水系統(tǒng)碳減排的基本要求;實行分流制排水體制的新建片區(qū)取消化糞池是降低碳排放的關(guān)鍵措施;清退工業(yè)廢水等清水是實現(xiàn)污水管網(wǎng)高效低碳運行的重要前提。
污水管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸過程的碳減排方向主要包括低水位運行、管道沉積物監(jiān)控、管網(wǎng)混錯接整治、管材質(zhì)量管控、管道缺陷修復(fù)、污水提升泵站能耗降低。其中,管網(wǎng)低水位、高流速運行是防止污水顆粒物過度沉積產(chǎn)生CH4 等溫室氣體的根本措施;整治雨污混錯接、保障管道結(jié)構(gòu)安全是解決污水處理廠進(jìn)水濃度低、無機(jī)組分含量高的重要措施;管控污水提升泵組運行能耗對降低污水系統(tǒng)間接碳排放具有重要意義。
污水系統(tǒng)末端的主要面向城鎮(zhèn)污水處理廠的低碳轉(zhuǎn)型,碳減排方向主要包括確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、改造重點設(shè)施、精細(xì)化運行管控、再生水生態(tài)補水利用、能源回收利用、重要節(jié)點碳捕捉措施。其中,污水處理廠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放是污水系統(tǒng)低碳發(fā)展的基本前提;好氧池、反硝化濾池等重點設(shè)施加蓋設(shè)置N2 O 捕捉系統(tǒng)、污泥脫水間加設(shè)CH4 捕捉系統(tǒng)等重要節(jié)點碳捕捉,及污泥厭氧消化系統(tǒng)氣密性優(yōu)化等改造措施是污水處理廠碳減排的重要手段;污水提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、攪拌器等用電設(shè)施調(diào)控優(yōu)化及碳源、除磷藥劑精準(zhǔn)投加系統(tǒng)設(shè)置等污水廠精細(xì)化運行是碳減排的重要保障條件;再生水及能源回收利用、利用敞開空間增設(shè)光伏系統(tǒng)是污水處理廠碳匯能力的主要來源。
污水系統(tǒng)全要素管理方面的碳減排方向主要包括提升污水集中收集率、廠網(wǎng)運行效能評估、設(shè)施專業(yè)化運維、廠網(wǎng)一體化智慧管控。其中,不斷提升污水集中收集率既是城市黑臭水體治理、污水處理提質(zhì)增效等相關(guān)政策的強力要求,也是污水減污降碳協(xié)同增效的重要組成部分;統(tǒng)籌廠網(wǎng)的系統(tǒng)效能評估、重點設(shè)施專業(yè)化運維及一體化智慧管控等先進(jìn)的管理理念與技術(shù)是污水系統(tǒng)全過程碳減排的核心支撐,同時也是污水系統(tǒng)逐步實現(xiàn)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的邏輯延續(xù)與技術(shù)接口。
5 結(jié)論
城鎮(zhèn)污水設(shè)施是城市基礎(chǔ)設(shè)施中重要組成部分,其低碳發(fā)展對于城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。為引領(lǐng)市政行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展,系統(tǒng)分析城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)碳排主要問題、關(guān)鍵節(jié)點、碳排方向,以“源頭→過程→末端+管理”的全鏈條邏輯為基礎(chǔ),創(chuàng)新構(gòu)建了包含污水收集率提升、管網(wǎng)高效低耗運行、污水處理節(jié)能降耗、廠網(wǎng)河智慧管控等方面的城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)菜單式低碳發(fā)展路徑,有助于推動市政基礎(chǔ)設(shè)施綠色發(fā)展,為我國城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)綠色低碳轉(zhuǎn)型提供指引。
[1] 郭盛杰, 黃海偉, 董欣, 等.中國城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)溫室氣體排放核算及其時空特征分析 [J].給水排水,2019,45(4)：56-62.
[2] DELRE A,MONSTER J,SCHEUTZ C.Greenhouse gas emission quantification from wastewater treatment plants,using a tracer gas dispersion method[J].Science of the Total Environment,2017,605/606：258-268.
[3] 郝曉地, 趙梓丞, 李季, 等.污水處理廠的能源與資源回收方式及其碳排放核算：以芬蘭Kakolanmaki污水處理廠為例[J].環(huán)境工程學(xué)報,2021,15(9)：2849-2857.
[4] 閆旭, 邱德志, 郭東麗,等.中國城鎮(zhèn)污水處理廠溫室氣體排放時空分布特征 [J].環(huán)境科學(xué),2018,39(3)：1256-1263.
[5] 蔡博峰, 高慶先, 李中華, 等.中國污水處理廠甲烷排放研究[J].中國環(huán)境科學(xué),2015,35(12)：3810-3816.
[6] 郝曉地, 楊文宇, 林甲.不可小覷的化糞池甲烷碳排量[J].中國給水排水,2017,33(10)：6.
[7] 王寶寶, 金鵬康, 郝曉宇, 等.城市污水管網(wǎng)中污染物轉(zhuǎn)化規(guī)律的模擬研究[J].中國給水排水,2015,31(15)：4.
[8] 金鵬康, 卞曉崢, 焦丁, 等.城市污水管網(wǎng)污染物沉積與沖刷釋放規(guī)律研究 [J].安全與環(huán)境學(xué)報,2016,16(5)：5.
[9] 趙楠.城市污水管網(wǎng)污染物遷移轉(zhuǎn)化模擬研究 [D].西安：西安建筑科技大學(xué),2021.
[10] 張成, 易建婷, 陳宏, 等.重慶市城鎮(zhèn)生活污水處理碳排放核算 [J].西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,36(9)：135-139.
[11] NGUYEN T,NGO H H,GUO W,et al.Insight into greenhouse gases emissions from the two popular treatment technologies in municipal wastewater treatment processes[J].Science of The Total Environment,2019,671(JUN.25)：1302-1313.
[12] 向文川.城市污水污泥干化焚燒工藝的碳排放研究 [D].成都：西南交通大學(xué),2011.
[13] 任佳雪, 高慶先, 陳海濤, 等.碳中和愿景下的污水處理廠溫室氣體排放情景模擬研究 [J].氣候變化研究進(jìn)展,2021,17(4)：410-419.
[14] MANNINA G,EKAMA G,CANIANI D,et al.Greenhouse gases from wastewater treatment-A review of modelling tools[J].Science of the Total Environment,2016,551-552(may 1)：254-270.
[15] YU S,HU X,LI L,et al.Does the development of renewable energy promote carbon reduction?Evidence from Chinese provinces[J].Journal of Environmental Management,2020,268：110634.
Discussion on Carbon Emission Characteristics and Carbon Reduction Path of Urban Sewage System
