碳中和背景下我國(guó)污水處理技術(shù)思考

秦天

（武漢市城市排水發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

我國(guó)宣布在2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，這是我國(guó)作為負(fù)責(zé)任大國(guó)在應(yīng)對(duì)氣候變化方面的又一莊嚴(yán)承諾，而碳中和目標(biāo)則對(duì)我國(guó)各行業(yè)技術(shù)革新提出了不小的挑戰(zhàn)。本文主要集中在污水處理行業(yè)，對(duì)碳中和目標(biāo)進(jìn)行深入分析，對(duì)我國(guó)碳排放現(xiàn)狀和污水處理技術(shù)進(jìn)行分析，為污水處理企業(yè)提供解決思路，使企業(yè)碳中和技術(shù)能夠得到積極改進(jìn)并且提供適當(dāng)參考。

1 碳排放現(xiàn)狀分析

科技工業(yè)不斷地發(fā)展，全球二氧化碳排放量也在逐漸增加，二氧化碳排放量的不斷增長(zhǎng)，全球變暖而導(dǎo)致了海洋氣候變化無(wú)常，從而導(dǎo)致許多自然性災(zāi)難地發(fā)生，全球各國(guó)越來(lái)越重視二氧化碳排放問(wèn)題，自2019年以來(lái)全球二氧化碳排放量開(kāi)始減少。國(guó)際能源署（IEA）日前發(fā)布《全球能源回顧：2021 年二氧化碳排放》報(bào)告指出，2021 年，全球能源領(lǐng)域二氧化碳排放量達(dá)到363 億t，同比上漲6%，超過(guò)了新冠肺炎疫情暴發(fā)前的水平，創(chuàng)下歷史最高紀(jì)錄，2021 年飆漲的天然氣價(jià)讓燃煤發(fā)電強(qiáng)勢(shì)復(fù)蘇，成為能源領(lǐng)域碳排放量“強(qiáng)勁反彈”的主要原因。目前我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域積極推動(dòng)碳減排工作，需要對(duì)能源消耗進(jìn)行系列的分析。工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中需要結(jié)合污染防治來(lái)進(jìn)行污染排放的有效處理，需要對(duì)能源消耗和碳排放的具體情況進(jìn)行深入分析。因此為了達(dá)到碳減排的目的，需要對(duì)內(nèi)部能量進(jìn)行充分化解，可以從能源利用方面來(lái)對(duì)具體情況進(jìn)行綜合考慮，來(lái)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)[1]。污水處理行業(yè)主要是在碳中和背景之下積極推進(jìn)技術(shù)革新工作。

2 具有碳減排效果的污水處理技術(shù)

2.1 厭氧水處理技術(shù)

厭氧水處理技術(shù)主要是根據(jù)高濃度有機(jī)污水來(lái)進(jìn)行處理，對(duì)于污泥能夠促進(jìn)消化以及加強(qiáng)穩(wěn)定性。無(wú)論是高濃度污水還是污泥消化，都可以使用厭氧水處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行降解工作，內(nèi)部產(chǎn)生的氣體直接進(jìn)行收回，對(duì)于消化產(chǎn)生的氣體需要進(jìn)行收集，然后以燃燒產(chǎn)能的方式來(lái)進(jìn)行能量回收工作，可以把水中有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑蛘邿崮?，從而提供給企業(yè)。結(jié)合具體研究可以得知厭氧處理高濃度污水和泥污厭氧消化都能夠充分獲取能量，并且產(chǎn)能自給率可以高達(dá)200%[2]?，F(xiàn)如今我國(guó)污水當(dāng)中的有機(jī)物濃度普遍較低，并且在調(diào)控方面缺乏精細(xì)性，所以導(dǎo)致污泥消化產(chǎn)能自給率僅僅能達(dá)到50%左右。所以在厭氧處理技術(shù)推進(jìn)過(guò)程當(dāng)中需要了解到厭氧水處理技術(shù)控制具有復(fù)雜性，需要工作人員結(jié)合設(shè)備要求來(lái)進(jìn)行深入分析，還需要加強(qiáng)污水處理效果和能源回收能力。除此之外，企業(yè)需要加強(qiáng)自身的安全管控能力。

2.2 微生物燃料電池轉(zhuǎn)化

微生物燃料電池轉(zhuǎn)化主要是能夠?qū)⑽鬯械挠袡C(jī)物進(jìn)行微生物降解，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中電子會(huì)受到外遷移的影響，從而獲取更加穩(wěn)定的電流來(lái)進(jìn)行工作。主要是通過(guò)降解把污水中的有機(jī)物化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[3]。通過(guò)研究成果來(lái)進(jìn)行分析，那么開(kāi)路電壓和功率密度都能夠在污水有機(jī)物當(dāng)中得到電能轉(zhuǎn)化，這是目前污水作為能源最有前瞻性的技術(shù)之一。該技術(shù)目前仍然處于推廣階段，需要結(jié)合污水特性來(lái)進(jìn)行微生物的篩選、運(yùn)行方式、研究機(jī)制等都需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 水源熱泵余熱回收技術(shù)

污水當(dāng)中不僅僅含有有機(jī)物，而且還具有一些熱能利用潛力。例如，常規(guī)市政污水溫度不能低于15℃，在處理過(guò)程當(dāng)中還需要對(duì)污水廠有機(jī)物濃度來(lái)進(jìn)行分析，但冬季溫度即使是在北方嚴(yán)寒地區(qū)，達(dá)到了10℃左右，夏季一般是在20℃左右，環(huán)境溫度以冬暖夏涼為主。水源熱泵技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，污水溫度每下降1℃就代表產(chǎn)生了相應(yīng)的電能，因此通過(guò)水源熱泵技術(shù)可以達(dá)到綠色回收的目的。在工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)的一些工業(yè)廢水，如糠醛生產(chǎn)廢水，自身的溫度主要是90℃以上，能夠根據(jù)熱能情況來(lái)進(jìn)行充分的利用[4]。還有相關(guān)研究可以得知，需要根據(jù)化工廠熱水源熱泵技術(shù)以及常規(guī)鍋爐系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行綜合對(duì)比。大型污水處理廠通過(guò)采用水源泵可以獲取更高的碳交易利潤(rùn)。污水源熱泵技術(shù)在應(yīng)用方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，如節(jié)能效果和環(huán)境優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中并不會(huì)直接產(chǎn)生電能，主要是以熱能或者冷能為主來(lái)進(jìn)行有效推動(dòng)，但是目前的傳輸距離較短，服務(wù)半徑較小，需要對(duì)污水廠市區(qū)和居民區(qū)進(jìn)行充分分析，實(shí)際使用率也沒(méi)有達(dá)到理想的要求。為了實(shí)現(xiàn)熱能以及冷能的充分利用，就需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)解決。

2.4 污水處理固碳技術(shù)

污水處理固碳技術(shù)需要從源頭進(jìn)行充分分析，對(duì)二氧化碳進(jìn)行控制，并且技術(shù)路線主要是利用生物和化學(xué)等方法來(lái)進(jìn)行積極推動(dòng)，在有機(jī)物降解方面可能會(huì)產(chǎn)生CH4、CO2氣體對(duì)于封存當(dāng)中的生物體需要通過(guò)化學(xué)方式來(lái)進(jìn)行吸收，能夠阻止這些氣體進(jìn)入大氣當(dāng)中。現(xiàn)如今主要是采取厭氧污水處理技術(shù)、微藻固碳技術(shù)、人工濕地固碳技術(shù)、化學(xué)固碳技術(shù)等。在污水處理過(guò)程當(dāng)中需要結(jié)合具體內(nèi)容來(lái)進(jìn)行深入分析，并且相關(guān)有機(jī)污染物可以通過(guò)厭氧細(xì)菌來(lái)進(jìn)行消化器的分解和回收工作，主要是達(dá)到減少二氧化碳排放的目的。微藻固攤技術(shù)在污水處理過(guò)程當(dāng)中能夠發(fā)揮顯著的優(yōu)勢(shì)，充分利用光合作用來(lái)進(jìn)行微藻類生物的繁殖，把污水內(nèi)部的有機(jī)物都轉(zhuǎn)化到微藻生物體內(nèi)，可以減少二氧化碳的排放。目前該技術(shù)固化率表現(xiàn)較低、影響污水處理效果等問(wèn)題；人工濕地固碳技術(shù)需要發(fā)揮植物、動(dòng)物、微生物的作用，可以把污水當(dāng)中的有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化，具體轉(zhuǎn)化為植物、動(dòng)物和微生物的一部分，充分降低碳排放量。除了人工濕地系統(tǒng)之外，一些天然沼澤也具備相應(yīng)的功能。目前該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中速度較慢、效率不高、污水濃度不能得到有效緩解、地域和季節(jié)會(huì)造成較大影響等?；瘜W(xué)固碳技術(shù)主要依靠體回收裝置來(lái)進(jìn)行污水處理，二氧化碳以及其他溫室氣體都能夠進(jìn)行污水收集，充分利用化學(xué)試劑來(lái)進(jìn)行相應(yīng)反應(yīng)，二氧化碳可以和氣相進(jìn)行分離固定。目前該技術(shù)主要是依靠二氧化碳和其他溫室氣體得到有效應(yīng)用，低濃度條件之下可能會(huì)造成動(dòng)力不足。因此污水處理固碳技術(shù)仍然需要結(jié)合實(shí)際來(lái)進(jìn)行深入開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新。

3 碳中和技術(shù)在污水處理當(dāng)中的應(yīng)用

3.1 結(jié)合碳排放監(jiān)測(cè)指標(biāo)來(lái)提高污水廠精細(xì)化運(yùn)行水平

污水處理廠主要是采取粗放型控制方案，為進(jìn)一步減輕排放方面的壓力，內(nèi)部工藝環(huán)節(jié)需要進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)和配合，加強(qiáng)參數(shù)控制，能夠最大限度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。污水處理工作需要處理廠來(lái)針對(duì)進(jìn)水情況來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，曝氣設(shè)備電耗主要占據(jù)污水廠總電耗的60%以上。進(jìn)水變化調(diào)整過(guò)程當(dāng)中需要結(jié)合電量情況來(lái)進(jìn)行節(jié)省，補(bǔ)齊環(huán)境管理和技術(shù)短板，有利于污水處理行業(yè)碳減排目標(biāo)的達(dá)成。

3.2 多工藝技術(shù)聯(lián)合使用，是目前較為實(shí)用的技術(shù)

現(xiàn)如今我國(guó)主要是對(duì)多種技術(shù)來(lái)進(jìn)行有效聯(lián)合，碳減排得到進(jìn)一步的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。通過(guò)有關(guān)研究可以得知厭氧消化氣熱電聯(lián)產(chǎn)以及污水源熱泵技術(shù)主要是利用污水處理來(lái)進(jìn)行企業(yè)能源自給，那么需要對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，或聯(lián)合其他優(yōu)質(zhì)技術(shù)來(lái)滿足污水廠的能量需求。通過(guò)多種技術(shù)的融合，對(duì)于污水處理企業(yè)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能量自給效果更佳顯著。

4 碳中和背景下我國(guó)污水處理技術(shù)具體應(yīng)用

碳中和背景之下，我國(guó)污水處理技術(shù)已經(jīng)得到了有效應(yīng)用[5]。就以某縣為例，該縣農(nóng)村人口35 萬(wàn)，日排放污水量達(dá)到3.5 萬(wàn)t 的某縣為例來(lái)進(jìn)行分析。該縣的農(nóng)村地區(qū)沒(méi)有污水處理設(shè)施，污水直接進(jìn)入河流當(dāng)中，就會(huì)對(duì)周圍水環(huán)境和土壤造成污染，不但影響到村民的身體健康，還會(huì)限制當(dāng)?shù)匕l(fā)展。因此，急需對(duì)農(nóng)村地區(qū)的生活污水處理進(jìn)行加強(qiáng)，對(duì)農(nóng)村的居住環(huán)境進(jìn)行充分改善。縣委和縣政府也對(duì)農(nóng)村污水排放情況進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)實(shí)際來(lái)推動(dòng)生態(tài)立縣發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，該縣在農(nóng)村當(dāng)中率先采用厭氧水處理技術(shù)以及污水處理固碳技術(shù)等處理農(nóng)村生活污水，并且已經(jīng)獲得了一定的成就。適合農(nóng)村污水處理的技術(shù)需要得到進(jìn)一步的探索，主要是結(jié)合農(nóng)村生活污水分戶情況來(lái)進(jìn)行濕地處理，目前主要有動(dòng)力、微動(dòng)力、無(wú)動(dòng)力3 種模式10 種技術(shù)。包括PEZ、凈化槽、智慧型WTBOX、MSL 污水處理技術(shù)、集中生態(tài)濕地等。在進(jìn)行集中式污水處理過(guò)程當(dāng)中需要進(jìn)行污水處理設(shè)施的建設(shè)，主要是實(shí)現(xiàn)污水處理設(shè)施全縣覆蓋，并且污水處理率能夠達(dá)到58%以上。

4.1 集中式污水處理

現(xiàn)如今農(nóng)戶的居住都較為集中，因此這些污水大多數(shù)匯集一處，那么就需要采用污水集中處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生活污水的凈化工作，凈化之后的水源也能夠進(jìn)行農(nóng)田灌溉、綠化和景觀等。某村人口有2041 人，一共建設(shè)污水處理設(shè)施達(dá)到了5 座，污水處理率達(dá)到了95%以上。主要是采取厭氧水處理技術(shù)以及污水處理固碳技術(shù)來(lái)提高污水處理效率。

4.1.1 MSL 污水處理技術(shù)

MSL 污水處理技術(shù)在使用過(guò)程當(dāng)中具有無(wú)動(dòng)力等特點(diǎn)，應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中主要是結(jié)合原有污水處理固碳技術(shù)來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新，MSL 模塊工藝能夠得到充分的滿足，結(jié)合砂石、沸石、MSL 模塊來(lái)構(gòu)成相應(yīng)的比例，在模塊集中應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中也能夠根據(jù)介質(zhì)情況進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，在凈化過(guò)程當(dāng)中可以通過(guò)過(guò)濾、吸附、氧化、植物吸收和微生物分解等措施來(lái)進(jìn)行污水處理。水質(zhì)主要是按照污水處理廠污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行排放，技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中需要對(duì)污水滲透性進(jìn)行保障，防止堵塞問(wèn)題的產(chǎn)生。高濃度生活廢水處理占據(jù)面積較小，僅僅占據(jù)人工濕地的1/5，因此在應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中需要花費(fèi)較高的成本。

4.1.2 太陽(yáng)能污水處理技術(shù)

太陽(yáng)能污水處理技術(shù)現(xiàn)如今也得到了應(yīng)用，需要利用太陽(yáng)能來(lái)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，利用太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化技術(shù)，為污水處理增氧曝氣、攪拌、回流等提供動(dòng)力，強(qiáng)化氮、磷的處理，提高污水處理效率及處理深度。污水流入沉淀地來(lái)進(jìn)行沉淀工作，那么流入人工濕地就需要進(jìn)行再次過(guò)濾，水質(zhì)需要達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。太陽(yáng)能微動(dòng)力污水處理目前是針對(duì)農(nóng)村生活污水特性而得到應(yīng)用，清潔能源得到充分利用，占地較少，并且能取得良好的效果。但是在太陽(yáng)能利用過(guò)程當(dāng)中也存在一定的弊端，就是如果天氣一直是陰雨天，就會(huì)導(dǎo)致電力不足現(xiàn)象的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響處理效果。

4.2 分散式污水處理方式

分散式污水處理主要應(yīng)用于山區(qū)農(nóng)村地區(qū)，這些農(nóng)戶在居住方面具有分散性，那么生活污水也需要進(jìn)行管網(wǎng)敷設(shè)，開(kāi)挖過(guò)程當(dāng)中可能在成本方面出現(xiàn)一些問(wèn)題，主要是采取因地制宜的方式來(lái)進(jìn)行分散處理。某縣區(qū)資源豐富，現(xiàn)如今竹林面積已經(jīng)達(dá)到了108 萬(wàn)畝，年采伐量達(dá)到了3000 萬(wàn)支，一年就會(huì)消耗1.5 億支。竹子開(kāi)發(fā)利用過(guò)程當(dāng)中需要防蟲(chóng)防腐脫糖以及染色等相關(guān)工藝，其產(chǎn)生的廢水對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成一定的安全隱患[6]。因此目前由浙江大學(xué)專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)采用UASB（上流式厭氧污泥床反應(yīng)器）＋A/0（兼氧好氧技術(shù)），對(duì)全縣300 余家竹制品企業(yè)的高濃度廢水（以蒸煮雙氧水為主）進(jìn)行集中處理，并結(jié)合現(xiàn)有資源來(lái)進(jìn)行充分投入，能夠加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新工作，廢水經(jīng)過(guò)處理能夠?qū)崿F(xiàn)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。結(jié)合高濃度竹廢水來(lái)消除行業(yè)生產(chǎn)污染，企業(yè)得到升級(jí)轉(zhuǎn)型。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)目前污水處理行業(yè)能源消耗和碳排放巨大，已經(jīng)成為碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的障礙之一。解決這一問(wèn)題可以從控制碳間接排放和直接排放兩個(gè)方面入手。對(duì)于間接碳排放，應(yīng)該從污水能源回收利用方面出發(fā)，將污水中的能量回收利用，開(kāi)發(fā)能源回收型污水處理技術(shù)，大幅度降低污水處理能耗，從而降低污水廠的間接碳排放；對(duì)于直接碳排放，需要鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)高效型固碳技術(shù)，將碳源轉(zhuǎn)化固定，減少排放，從而實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)。而增加碳排放監(jiān)測(cè)指標(biāo)，提高企業(yè)管理水平、開(kāi)發(fā)新型節(jié)能減排技術(shù)、多工藝技術(shù)聯(lián)合使用是實(shí)現(xiàn)我國(guó)污水處理行業(yè)碳中和目標(biāo)較為實(shí)際的方法。