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图2 污水处理典型工艺流程(摘自论文)
污水处理过程会产生大量剩余污泥,一般污水厂将剩余污泥脱水后委外处理,常见污泥处理步骤为:重力沉淀,加入氯化铁、石灰或有机髙分子絮凝剂促进固液分离,最后使用带式压滤、板框压滤或离心脱水等技术进行脱水。脱水后的污泥进行无害化处置,国内外常用的污泥处置方法有卫生填埋、焚烧、建筑材料利用等。
二、污水处理厂碳排放现状
污水处理系统中碳排放是一个多部门多流程的复杂过程,污水厂的碳排放分为直接排放和间接排放。直接排放是指污水生物处理过程有机物转化为CO2的排放,脱氮过程中N2O的排放,污泥处理过程中CH4的排放;间接排放主要来自污水处理系统中电耗,比如能耗较高的处理单元有污水提升设备单元,曝气系统单元,物质流循环单元,污泥处理单元及其他环节的机械设备,具体排放情况见下表。
三、污水处理厂碳减排路径展望
从碳排放尺度而言,污水处理过程是一个高耗能行业,未来污水处理行业的碳减排首先应该从全局入手,在规划理念、工艺选择、运行管理的方案比选中引入“碳尺”概念,污水收集、输送、处理、处置全方位采用低碳技术,削减“碳源”,增加“碳汇”。所以未来污水厂“碳中和”目标的实现可以从两个方面进行,一是“开源”,即挖掘污水中潜在能量,例如从生化处理过程、污泥处理过程进行能量回收利用,探索能源自给模式可行性,从而降低能源损耗;二是“节流”,即通过技术革新、智能装备、工艺优化等方式降低电耗,从而降低碳排放。
国外工程实例
芬兰Kakola污水处理厂处理规模为10×104m3/d,为了实现低碳排放,Kakola热泵厂毗邻Kakola污水处理厂建设,利用出水余热,为图尔库地区的公共建筑和家庭供热/供冷。
图3 芬兰Kakola污水处理厂
波兰一污水厂采用热电联产方式,实现发电1.02MWe、7700MWh/a、产热1.05MWt、28647GJ/a。利用生物质能源替代化石能源,是碳减排同时减少大气污染的重要途径之一。
图4 波兰Poznan(波兹南)
日本岩手县以都南污水处理厂(处理能力195600m3/d)能源自给为目的,优化设备运转方式,降低电耗。具体措施为水泵避免转速过低和频繁启停,风机根据处理负荷选择最合适风量和最佳机型,搅拌器厌氧池和污泥储槽中的搅拌器间歇运行。以2015年为基准,2019年(试验后)电耗减少3.3%。
图5 都南污水处理厂
国内案例——污水处理概念厂
在深入研究了解国外先进污水处理厂理念、工艺、技术和工程实践的同时,中国学术界和产业界也在积极探索新的污水处理模式。2014年,中国工程院院士曲久辉等6位专家提出“建设面向未来的中国污水处理概念厂”的构想。污水处理概念厂将实现以下需求:
1出水水质满足水环境变化和水资源可持续循环利用;
2大幅提高污水处理厂能源自给率,在有适度外源有机废物协同处理的情况下,做到零能耗;
3追求物质合理循环,减少对外部化学品的依赖与消耗;
4感官舒适、建筑和谐、环境互通、社区友好。
2020年4月,宜兴概念厂正式破土动工,于2021年全部建成投运。宜兴概念厂采用水质净化中心、有机质协同处理中心和生产型研发中心“三位一体”生态综合体“构造肌理”,颠覆了传统污水厂形态,将示范污水处理厂从污染物削减基本功能扩展至城市能源工厂、水源工厂、肥料工厂等多种应用场景。该厂的投运,将引领“污水是资源,污水厂是资源工厂”的新环保理念,将重新诠释污水厂和城市的关系,打造出生态、生活、生产“三生”融合一体、开放共享的新型城市空间。
图6 宜兴概念厂
综上所述,未来污水处理行业碳减排应该借鉴各类经验,采用全生命周期管理理念,从污水厂建设初期关注工艺、技术、装备、循环经济;运营过程提高综合能效、减少物料消耗,实现低碳运行;以碳减排思路建立碳排放监管体系,为实现我国未来污水处理行业碳中和、碳减排奠定扎实基础。
参考文献:
[1]刘智晓.未来污水处理能源自给新途径——碳源捕获及碳源改向[J].中国给水排水,2017,33(8):10.
[2]陆家缘.中国污水处理行业碳足迹与减排潜力分析[D].中国科学技术大学,2019.
[3]柏茜,徐冰峰.某城镇污水厂处理的碳排放分析[J].中国水运(下半月),2018,18(03):133-134.
[4]中国水网:张辰再谈城镇污水系统碳排放研究
[5]微信公众号江苏生态环境:第一!全国首座城市污水资源概念厂在宜兴建成投运!
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