雙碳背景下城市污水處理廠清潔生產(chǎn)審核研究

連劍斌，譚杞安，王 奎

（1.清遠(yuǎn)市嘉清源環(huán)保水務(wù)有限公司；2.清遠(yuǎn)市清環(huán)環(huán)保有限公司；3.清遠(yuǎn)市供排水處理中心，廣東 清遠(yuǎn) 511500）

2020年，我國向世界鄭重宣布，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[1]。雙碳目標(biāo)的提出對經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型發(fā)展起到很好的導(dǎo)向作用，有助于加快高耗能、高污染型企業(yè)淘汰，推動企業(yè)生產(chǎn)工藝的迭代升級。從碳達(dá)峰到碳中和，我國提出的時間是30年。這就要求每個行業(yè)做到內(nèi)部挖潛，尤其是碳排放較大的行業(yè)，更要主動擔(dān)負(fù)責(zé)任，以實際行動降低碳排放，為雙碳目標(biāo)實現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。城市污水處理廠是碳排放大戶，具有極大的節(jié)能減排潛力。據(jù)統(tǒng)計，污水處理行業(yè)碳排放量占全社會總排放量的1%～2%[2]。城市污水處理廠直接承擔(dān)著城市大量污水處理責(zé)任，污水處理規(guī)模、處理工藝、處理設(shè)備等因素都會直接影響生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)能源消耗。此外，臭氣、生產(chǎn)噪聲及固體廢棄物也會在污水處理過程中產(chǎn)生，從而影響周邊環(huán)境[3]。

與發(fā)達(dá)國家已經(jīng)實現(xiàn)碳達(dá)峰相比，我國雙碳目標(biāo)任務(wù)還較艱巨。許多行業(yè)、系統(tǒng)還處于初始探索階段。我國政府為推動雙碳目標(biāo)預(yù)期實現(xiàn)，采取一系列重要措施，出臺一系列重要法律法規(guī)，也相繼圍繞土壤、大氣、水環(huán)境污染治理開展一系列專項行動。因地制宜推動污水資源化利用設(shè)施布局，在處理城市污水的同時，最大限度降低碳排放。全國各大城市要結(jié)合本地實際，圍繞城市污水處理規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，合理布局城市污水處理機(jī)構(gòu)，圍繞節(jié)能低碳、安全高效、系統(tǒng)協(xié)調(diào)，做好城市污水收集處理，并實現(xiàn)資源最大化利用。從碳排放角度來看，污水處理廠在處理污水的過程中既有直接的碳排放，也有間接的碳排放。其中，污水處理電力消耗、藥劑使用均為間接排放，清潔生產(chǎn)審核是源頭控制碳排放的重要手段，通過清潔生產(chǎn)審核將高耗能設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化、升級、改造，還可通過改進(jìn)污水處理廠生產(chǎn)工藝，降低污水處理過程的碳排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)目標(biāo)。

1 清潔生產(chǎn)審核預(yù)評估

某城市污水處理廠于2000年1月建成，并正式啟動運行。污水處理采用連續(xù)活性污泥系統(tǒng)（CASS），處理后達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級B 標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 現(xiàn)狀評價

審核小組采用現(xiàn)場資料收集、生產(chǎn)報表調(diào)閱等方式，了解該污水處理廠生產(chǎn)工藝、設(shè)備運行、原料及能源消耗、廢棄物處置等，并深入調(diào)查水耗、能耗大的環(huán)節(jié)。一是原輔材料及能耗。主要為電耗、水耗及絮凝劑消耗。其中，單位產(chǎn)品新鮮水、電、絮凝劑的消耗分別為36 t/萬t 產(chǎn)品、0.29 kW·h/t 產(chǎn)品、10.3 kg/萬t產(chǎn)品。二是產(chǎn)品。經(jīng)CASS 工藝處理，化學(xué)需氧量（COD）、懸浮物（SS）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）的去除率分別達(dá)到91.0%、97.5%、65.8%、88.3%、91.4%，處理效果穩(wěn)定。但是，總磷（TP）去除率為76.3%，出水濃度小于1 mg/L，效果不理想，要進(jìn)行工藝優(yōu)化，如表1所示。三是污染物。該污水處理廠在生產(chǎn)作業(yè)過程中會產(chǎn)生污染物。污水預(yù)處理階段會產(chǎn)生噪聲、臭氣等；污水處理過程會產(chǎn)生噪聲，排放含二氧化硫、硫化氫等氣體的污染物；污水處理末端還會生成污泥等。此外，污水提升泵、鼓風(fēng)機(jī)、污泥脫水機(jī)等設(shè)備運行過程會產(chǎn)生較大噪聲。污水處理廠的CASS 反應(yīng)池、污泥脫水車間等場所排放含硫惡臭污染物。脫水污泥為主要固體廢棄物。

表1 污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)及污染物的去除率

1.2 評價指標(biāo)

城市污水處理廠清潔生產(chǎn)審核評價分為定性評價和定量評價。定量評價指標(biāo)包括資源能源消耗、出水水質(zhì)、污染物產(chǎn)生、廢物回用等。定性評價則是指城市污水處理廠清潔生產(chǎn)定性指標(biāo)評價，通常以有沒有、正常不正常、能不能以及管理效率等進(jìn)行判斷，并將其以分值形式進(jìn)行量化，得出評價分值。定性評價指標(biāo)有環(huán)節(jié)管理及相關(guān)法規(guī)落實情況。通過審核指標(biāo)確定、資料收集、現(xiàn)場踏勘等，確定電耗、水耗、污染物去除率作為審核重點。

1.3 審核目標(biāo)

按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級A 標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置清潔生產(chǎn)審核目標(biāo)，如表2所示。能源消耗指標(biāo)包括單位產(chǎn)品新鮮水耗和單位產(chǎn)品電耗；產(chǎn)品指標(biāo)為出水TP 濃度。近期目標(biāo)的預(yù)期實現(xiàn)時間為2022年底，遠(yuǎn)期目標(biāo)的預(yù)期實現(xiàn)時間為2024年底。

表2 污水處理廠清潔生產(chǎn)審核目標(biāo)

2 清潔生產(chǎn)方案及實施

2.1 清潔生產(chǎn)方案篩選

根據(jù)投資高低，可將清潔生產(chǎn)方案進(jìn)一步細(xì)分為無費方案、低費方案、中費方案和高費方案。目前，城市污水處理廠清潔生產(chǎn)審核對此四類未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。綜合城市污水處理廠運營特殊性及該污水處理廠實際運行財務(wù)情況，明確不同類型清潔生產(chǎn)方案的劃分標(biāo)準(zhǔn)。一是無/低費方案，投入小于5 萬元；二是中費方案，投入介于5 萬～10 萬元；三是高費方案，投入大于10 萬元。經(jīng)設(shè)計，清潔生產(chǎn)方案有12 個，其中，中/高費方案有1 個。

2.2 中高費清潔生產(chǎn)方案

2.2.1 工藝優(yōu)化

該污水處理廠采用CASS 工藝，其能耗占總運行能耗的60%左右，因此要進(jìn)一步優(yōu)化CASS 工藝，提升生物反應(yīng)池內(nèi)溶解氧濃度。通過控制曝氣時間和曝氣閥開度，可降低能耗，提升污染物去除效果。將盤式曝氣器更換為管式微孔曝氣器（5 套）；將曝氣電動蝶閥更換為電動調(diào)節(jié)蝶閥（5 套），并更換配套曝氣總管，精準(zhǔn)控制曝氣量。雙碳背景下，應(yīng)提升污水回用率，減少碳排放。

2.2.2 設(shè)備選型

優(yōu)選先進(jìn)設(shè)備，淘汰落后低效設(shè)備，節(jié)能效益顯著[4]。該污水處理廠使用帶式污泥濃縮脫水一體機(jī)，故障頻發(fā)，污水和污泥常出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象，導(dǎo)致污泥脫水車間環(huán)境衛(wèi)生較差。為此，決定新增污泥濃縮脫水一體機(jī)2 臺。鼓風(fēng)機(jī)能耗占比較高，更換為效率高、能耗低的鼓風(fēng)機(jī)。將傳統(tǒng)曝氣器更換為低阻力的剛玉曝氣器。采用變頻水泵和普通水泵的組合方案，解決進(jìn)水量不穩(wěn)定難題。

2.2.3 智能控制

選用智能生物控制系統(tǒng)，根據(jù)污水處理廠水質(zhì)及運行狀況，自動給出控制參數(shù)，優(yōu)化內(nèi)外回流比，降低電耗。新增智能加藥系統(tǒng)一套，全自動計算與控制投加的聚合氯化鋁（PAC），確保除磷工藝按需自動加藥，降低藥劑使用量，減少碳排放。改造曝氣池，采用集成軟件和硬件的智能曝氣控制系統(tǒng)，自動控制調(diào)節(jié)閥、鼓風(fēng)機(jī)，按需調(diào)節(jié)、分配曝氣量，精準(zhǔn)控制溶解氧。

2.3 清潔生產(chǎn)方案實施

將清潔生產(chǎn)審核方案應(yīng)用于該污水處理廠，取得良好預(yù)期效果，方案實施前、后審核目標(biāo)各項指標(biāo)值如表3所示。

表3 污水處理廠清潔生產(chǎn)審核目標(biāo)指標(biāo)值對比

3 清潔生產(chǎn)效益分析

該污水處理廠實施的清潔生產(chǎn)無/低費方案有11 項，中/高費方案有1 項，清潔生產(chǎn)方案共計12 項。方案實施以來，該污水處理廠在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等方面取得良好效益。清潔生產(chǎn)審核方案的實施累計投資約112 萬元，每年可顯著節(jié)約水、電能和絮凝劑。本輪清潔生產(chǎn)審核結(jié)束后，優(yōu)化CASS 工藝，將盤式曝氣器更換為管式微孔曝氣器，將曝氣電動蝶閥更換為電動調(diào)節(jié)蝶閥，新增污泥濃縮脫水一體機(jī)，配套增加無軸螺旋輸送機(jī)，選用高效填料塔藥劑洗滌裝置，新增智能加藥系統(tǒng)一套，設(shè)備運行更加穩(wěn)定、高效和智能。近期單位產(chǎn)品新鮮水耗減少74.02%，單位產(chǎn)品電耗降低27.59%，總磷去除率提升31.58%。出水水質(zhì)指標(biāo)已能穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級A 標(biāo)準(zhǔn)。每年減少污染物排放量169.73 t，進(jìn)一步降低碳排放，處理后的中水用作城市綠化用水、市政用水，改善水體環(huán)境，取得良好環(huán)境效益[5]。

4 結(jié)語

雙碳背景下，城市污水處理廠清潔生產(chǎn)潛力大，要從定性指標(biāo)、定量指標(biāo)兩個方面確定城市污水處理廠清潔生產(chǎn)審核重點。城市污水處理廠要積極采用低碳處理工藝，提高污水處理效率和回用率，減少新鮮水消耗，優(yōu)化設(shè)備選型及布置，降低能耗。相比設(shè)備增加的投入，選用高效低耗設(shè)備，雙碳效益往往更佳，可以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。