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當污水處理面對碳減排——我國城鎮污水處理行業碳減排路徑及潛力

發布作者:佚名  發布時間:2017年04月18日  瀏覽次數:

污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。污水處理是社會中較小的行業,但屬于能源密集型行業,美國、德國、日本等國家污水處理行業電耗占全社會總電耗的1%左右,高能耗導致大量間接碳排放。污水處理過程會產生并逸散大量CH4和N2O,是重要的直接碳排放源。據歐洲統計辦公室2014年歐洲統計報告,污水處理與固體廢棄物處理組成的廢物處理行業是第五大碳排放行業,占全社會總碳排放量的3.3%。美國EPA統計預測,全球污水行業2015年CH4和N2O逸散量分別為5.4億t 和0.9億t CO2當量,預測2020年將分別達到5.65億t和0.94億t CO2當量,2030年將分別超過6億t 和1億t CO2當量,約占非CO2總排放量的4.5%。總體上,污水處理行業碳排放量占全社會總排放量的1%~2%。

1、我國城鎮污水處理行業的總體碳排放水平及趨勢

經過“十一五”和“十二五”時期的高速建設,中國城鎮污水處理設施已經形成規模化的處理能力。截至2015年底,全國設市城市和縣城建成并投入運行污水處理廠共3830座,日處理能力達1.62億m3,超過了美國1.25億m3(33240MGD)的處理能力。2015年全年實際處理污水511億m3。

基于各地區代表性污水處理廠典型工藝運行數據分析及實際監測,按照IPCC方法學以及相關方法學研究,初步計算,2015年全國污水處理逸散CH4和N2O產生的直接碳排放量為2 512.2萬tCO2當量,電耗產生的間接碳排放量為1 401.6萬t CO2當量,絮凝劑消耗產生的間接碳排放量為70.9萬t CO2當量。綜上,2015年中國污水處理行業碳排放量為3 984.7萬t CO2當量,單位水量的碳排放當量(碳排放強度)為0.78 kg/m3。

2015年,中國污水處理行業總電耗為140億kW˙h,僅占全社會總電耗的0.26%,遠低于西方國家1%的比例。主要原因有:污水收集系統不完善導致污水收集處理率較低、污水濃度也較低、處理標準總體不高以及污泥處理處置滯后等。隨著收集系統的完善、提標改造的實施以及污泥處理處置率的提高,污水處理電耗將逐年升高。“十二五”期間,污水處理電耗年平均增加12.9%。隨著城鎮化率、污水處理率、污泥處理處置率不斷提高以及排放標準的提高,污水處理電耗還將進一步增加,應及早采取措施提高行業能效,降低間接碳排放。

2、我國污水處理行業碳減排路徑

與能源、建筑、交通等行業相比,污水處理減排成本低,減碳效益大。發達國家意識到污水處理行業蘊含的高效減排潛力,將其列入碳減排領域,并探索出了一些可行的碳減排路徑。美國和日本強調通過高效機電裝備和控制對策節能降耗,同時加大污水污泥蘊含能源的開發回收力度。加拿大著力開發運營優化技術,目前已形成較完善的污水處理運營優化技術體系。歐洲重視低碳處理新工藝研發,在可持續污水處理工藝研究方面為西方國家的經驗為尋找我國污水處理行業的碳減排路徑提供了很好的借鑒。

2.1提高污水處理綜合能效

美國在供水和污水處理行業提出三個層面的能效提高路徑:一是采用高效機電設備,新建設施直接采購高效設備,已有設施逐步更新成高效設備;二是加強負載管理,滿足工藝要求的前提下要使負載降至低,同時,設備配置要與實際荷載相匹配,避免“大馬拉小車”;三是建立需求響應機制,根據實際工況的需求及其變化,動態調整設備的運行狀態。

2.1.1采用高效機電設備

污水處理機電設備主要包括水力輸送、混合攪拌和鼓風曝氣三大類。采用高效電機是這些設備具有較高機械效率的前提,目前污水行業的水力輸送和攪拌設備均已經出現具備IE4能效水平的高效電機,采用高效電機通常可實現5%~10%的效率提高。

水力輸送設備的水力端設計是關鍵,水力端需具備無堵塞、持續高效的特點,無堵塞技術可避免通道容量減少降低效率或長期超負荷運行燒毀電機。持續高效可確保電機長期高效運行,先進的水力端設計可以實現水力輸送設備全生命周期節省7%~25%的能耗,而且介質條件越惡劣,其節能效果相對會越明顯。

混合攪拌設備的水力端設計同樣關鍵,采用后掠式葉片設計可以提供額外的自清潔功能,使攪拌器具有良好的抗纏繞性能,從而避免攪拌效率降低甚至燒毀電機的風險。

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