污水处理行业五大低碳化路径

2021年3月15日，习近平总书记主持召开的中央财经委员会第九次会议强调：“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，拿出抓铁有痕的劲头，如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标，标志着作为“十四五”开局之年的2021年也正式成为了中国开启“碳中和”的元年，中国真正迈入低碳发展时代，低碳化成为各行各业的重要发展导向。

在排水系统中，污水处理行业既是能耗大户，还需要消耗大量药剂，间接排放温室气体。同时，污水处理过程中会产生并逸散大量甲烷(CH4)和一氧化二氮(N2O)，产生直接碳排放。一些水务行业纷纷开展了相应探索和实践，并逐渐找到了如污水热能利用、污水处理厂精细化智能管控、污水处理厂与光伏系统结合、污水处理新技术研发、污泥的能源利用等实现低碳化的路径。可以说，污水处理行业低碳化路径已逐渐明晰。

路径1 污水热能利用

污水热能利用，即污水源热泵的应用。研究指出，地源热泵与空气源热泵的能效比分别在3.3~3.8 和2.8~3.4，均低于污水源热泵（3.5~4.6），这说明污水源热泵（Wastewater source heat pumps，WSHP）比地源热泵和空气源热泵都更省电，因此污水源热泵技术在污水处理能量回收中得到了广泛应用。

一些地方也明确出台政策鼓励污水源热泵应用。如《北京市“十四五”时期城市管理发展规划》中指出，充分利用余热资源。推进东北、东南热电中心余热利用改造试点。逐步降低城市热网回水温度，提高电厂余热利用效率。推进燃气锅炉房烟气、数据中心等余热回收利用，有条件的地区采用污水源热泵供热替代。

但此技术并非完美无缺，其也存在短板，专家指出，污水所含余温热能只能通过水源热泵转换为约60 ℃的低品位热源，不能直接用于发电，限制了该技术的应用和推广。

路径2 污水节能降耗

污水节能降耗，即污水处理厂精细化智能管控。据不完全统计，通过精细化智能管控污水处理厂的电耗可降低10%或者更高（主要为曝气管系统），药剂投配率降低30%以上甚至更高（主要为碳源投加）。

据统计，目前在我国已建立的城镇污水处理厂中，电费和加药费用约占污水处理成本的50%以上。因此在达标排放的前提下，污水处理厂亟需实施优化运行以达到节能降耗的目标。

针对此，行业里有污水处理工程STEM模型（Sewage Treatment Engineering Model）紧密结合污水处理厂的实际运行特点，可采用污水处理厂常规指标数据进行模型矫正分析。具体应用包括工艺模拟、精确曝气、智能加药和优化运行专家系统等，可有效实现污水处理厂的优化运行，达到节能降耗的目标。再比如智能化系统改造项目，包含了在线预警预测、预案管理、智能加药、设备管理、日志报表等主要功能；在水质预警预报、预案管理的基础上针对反硝化碳源投加进行优化控制投加，在保证水质达标的基础上实现降低碳源投加成本的降低；实现了碳源投加量同比减少10%，碳排放减少231t（CO₂当量）；节省用电近100万kwh，间接减少碳排放1000t（CO₂当量），从而达到污水厂节能降耗的目标。

路径3 污水厂与光伏系统结合

2020年4月，国家5部委出台文件，鼓励污水处理企业综合利用场地空间，采用“自发自用、余量上网”模式建设光伏发电项目。

2021年11月，浙江省能源局正式印发了全国首个针对整县推进分布式光伏开发试点工作的省级实施工作导则。文件明确，对现有污水厂和自来水厂的光伏安装比例要求90%以上，成为分布式光伏开发重点工作之一。

双碳目标下，污水处理厂节能降耗被提上日程，专业人士认为，如果全国4000多座污水处理厂按照每个污水厂平均可建设5兆瓦光伏电站预估，则这些污水厂可建设光伏电站的规模将超20吉瓦。为了提高污水处理效率及水质，越来越多的污水厂开始探索光伏发电的模式，污水处理厂+光伏电站这一CP也越来越多地出现在大众的视野里，且大有爆发之势。（“水光CP”不断出现：这些污水处理厂已披上光伏外衣）

光伏发电在白天负荷高峰时期采用“自发自用”的方式，光伏电站所有发电量直接被污水处理厂的用电负荷所消纳，一方面减少对电网的电能质量影响，减少并网发电向电网馈送电能时与电力运行公司发生的业务纠纷，另一方面可以充分利用国家对新能源分布式发电的政策补贴，降低电力成本。

路径4 污水处理新技术研发

污水处理新技术研发，即通过新技术的替代与升级，降低能耗，减少碳排放，在这点上，以北控水务、粤海水务、首创环保、碧水源、节能国祯为首的行业龙头已率先发力并实现成功应用。

近日，中国节能“AAO工艺高标准处理城镇污水低碳集成技术”经鉴定委员会专家评估，一致认定该技术达到国际先进水平。“AAO工艺高标准处理城镇污水低碳集成技术”为中国节能所属中节能国祯自主研发，经第三方检测，运用该技术后，出水主要污染物排放指标稳定达到地表水类Ⅳ类标准，污水处理厂单位吨水能耗降低8%-16%，单位吨水药剂（除磷、碳源）耗量降低15%-50%，直接运行成本降低10%-20%，CO₂的排放量降低了10%以上。同步实现了节能降耗、减污降碳协同的污水处理运营管理效果。

路径5 污泥的能源利用

污水处理副产物污泥的能源利用，即厌氧消化的沼气利用和焚烧的热能利用。

目前我国污泥处理处置工艺的选择主要依据技术适用性和经济成本。考虑到未来碳达峰和碳中和目标，碳排放作为污泥处理处置工艺路线选择的重要指标之一，是未来的发展趋势。

据悉，污泥厌氧消化过程的碳排放量相对较低，且具备实现负碳排放的可能。污泥厌氧消化耦合沼气热电联产项目，可以实现热、电两种能源的回收利用，提高能源利用效率。目前我国污泥热电联产已应用在多个项目上，并取得了明显的碳减排效果。