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當汙水處理面對碳減排——我國城鎮汙水處理行業碳減排路徑及潛力

发布作者:佚名  发布时间:2017年04月18日  浏览次数:

污水处理碳排放包括间接排放和直接排放。污水处理是社会中较小的行业,但属于能源密集型行业,美国、德国、日本等国家污水处理行业电耗占全社会总电耗的1%左右,高能耗导致大量间接碳排放。污水处理过程会产生并逸散大量CH4和N2O,是重要的直接碳排放源。据欧洲统计办公室2014年欧洲统计报告,污水处理与固体废弃物处理组成的废物处理行业是第五大碳排放行业,占全社会总碳排放量的3.3%。美国EPA统计预测,全球污水行业2015年CH4和N2O逸散量分别为5.4亿t 和0.9亿t CO2当量,预测2020年将分别达到5.65亿t和0.94亿t CO2当量,2030年将分别超过6亿t 和1亿t CO2当量,约占非CO2总排放量的4.5%。总体上,污水处理行业碳排放量占全社会总排放量的1%~2%。

1、我國城鎮汙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,中國城鎮汙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並投入運行汙水處理廠共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年全年實際處理汙水511億m3。

基于各地区代表性污水处理厂典型工艺运行数据分析及实际监测,按照IPCC方法学以及相关方法学研究,初步计算,2015年全国污水处理逸散CH4和N2O产生的直接碳排放量为2 512.2万tCO2当量,电耗产生的间接碳排放量为1 401.6万t CO2当量,絮凝剂消耗产生的间接碳排放量为70.9万t CO2当量。综上,2015年中国污水处理行业碳排放量为3 984.7万t CO2当量,单位水量的碳排放当量(碳排放强度)为0.78 kg/m3。

2015年,中國汙水處理行業總電耗爲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:汙水收集系統不完善導致汙水收集處理率較低、汙水濃度也較低、處理標准總體不高以及汙泥處理處置滯後等。隨著收集系統的完善、提標改造的實施以及汙泥處理處置率的提高,汙水處理電耗將逐年升高。“十二五”期間,汙水處理電耗年平均增加12.9%。隨著城鎮化率、汙水處理率、汙泥處理處置率不斷提高以及排放標准的提高,汙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、我國汙水處理行業碳減排路徑

與能源、建築、交通等行業相比,汙水處理減排成本低,減碳效益大。發達國家意識到汙水處理行業蘊含的高效減排潛力,將其列入碳減排領域,並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,同時加大汙水汙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汙水處理運營優化技術體系。歐洲重視低碳處理新工藝研發,在可持續汙水處理工藝研究方面爲西方國家的經驗爲尋找我國汙水處理行業的碳減排路徑提供了很好的借鑒。

2.1提高汙水處理綜合能效

美國在供水和汙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

汙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,目前汙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,采用後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。