我国城镇污水处理行业碳减排路径及潜力

全球变暖导致极端天气事件频发、生态系统退化，是人类当今面临的最大挑战之一。在这样的背景下，国际社会积极采取行动，应对气候变化。污水处理是重要的碳排放行业，亟需系统全面地开展碳减排工作。

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、我国城镇污水处理行业的总体碳排放水平及趋势

经过“十一五”和“十二五”时期的高速建设，中国城镇污水处理设施已经形成规模化的处理能力。截至2015年底，全国设市城市和县城建成并投入运行污水处理厂共3830座，日处理能力达1．62亿m3，超过了美国1．25亿m3（33240MGD）的处理能力。2015年全年实际处理污水511亿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，中国污水处理行业总电耗为140亿kW˙h，仅占全社会总电耗的0．26％，远低于西方国家1％的比例。主要原因有：污水收集系统不完善导致污水收集处理率较低、污水浓度也较低、处理标准总体不高以及污泥处理处置滞后等。随着收集系统的完善、提标改造的实施以及污泥处理处置率的提高，污水处理电耗将逐年升高。“十二五”期间，污水处理电耗年平均增加 12．9％。随着城镇化率、污水处理率、污泥处理处置率不断提高以及排放标准的提高，污水处理电耗还将进一步增加，应及早采取措施提高行业能效，降低间接碳排放。

2、我国污水处理行业碳减排路径

与能源、建筑、交通等行业相比，污水处理减排成本低，减碳效益大。发达国家意识到污水处理行业蕴含的高效减排潜力，将其列入碳减排重点领域，并探索出了一些可行的碳减排路径。美国和日本强调通过高效机电装备和高级控制对策节能降耗，同时加大污水污泥蕴含能源的开发回收力度。加拿大着力开发运营优化技术，目前已形成较完善的污水处理运营优化技术体系。欧洲重视低碳处理新工艺研发，在可持续污水处理工艺研究方面居于领先水平。西方国家的经验为寻找我国污水处理行业的碳减排路径提供了很好的借鉴。

2．1提高污水处理综合能效

美国在供水和污水处理行业提出三个层面的能效提高路径：一是采用高效机电设备，新建设施直接采购高效设备，已有设施逐步更新成高效设备；二是加强负载管理，满足工艺要求的前提下要使负载降至最低，同时，设备配置要与实际荷载相匹配，避免“大马拉小车”；三是建立需求响应机制，根据实际工况的需求及其变化，动态调整设备的运行状态。

2．1．1采用高效机电设备

污水处理机电设备主要包括水力输送、混合搅拌和鼓风曝气三大类。采用高效电机是这些设备具有较高机械效率的前提，目前污水行业的水力输送和搅拌设备均已经出现具备IE4能效水平的高效电机，采用高效电机通常可实现5％～10％的效率提高。

水力输送设备的水力端设计是关键，水力端需具备无堵塞、持续高效的特点，无堵塞技术可避免通道容量减少降低效率或长期超负荷运行烧毁电机。持续高效可确保电机长期高效运行，先进的水力端设计可以实现水力输送设备全生命周期节省7％～25％的能耗，而且介质条件越恶劣，其节能效果相对会越明显。

混合搅拌设备的水力端设计同样关键，采用后掠式叶片设计可以提供额外的自清洁功能，使搅拌器具有良好的抗缠绕性能，从而避免搅拌效率降低甚至烧毁电机的风险。

鼓风曝气包括鼓风机和曝气器两部分。容积式鼓风机虽然购置费用较低，但机械效率很低，应尽量避免采用。单级高速离心式鼓风机效率很高，且技术进步很快，采用空气悬浮或磁悬浮等高速无齿技术，可使电机与风机实现“零摩擦”驱动，实现超高速运行，显著提高机械综合效率及效益。不同材质不同结构形式的曝气器氧传质性能差别很大，采用抗撕裂、抗老化、寿命长的新型高分子聚氨酯材料以及超微孔结构设计的曝气产品具有充氧性能高、运行稳定和调节品质好的特征。另外，混合曝气、逆流曝气、限制性曝气、全布曝气都是可以采用的高效曝气形式。在进行曝气器数量的选择时应综合考虑水厂水质水量波动情况和鼓风机性能参数，使其在最优单头通气量范围内工作，也可明显提高充氧性能。

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