惟创环境：污水厂实现“碳中和”的途径

　　一、“碳中和”是右边等于（大于）左边

　　自从国家碳中和战略提上日程，各行各业都在探讨如何实现碳中和，作为环境治理行业排头兵的污水处理更是不例外。 然而，不看不知道，原来好多国家在迈向碳中和的路上已经走得好前好远，丹麦State Of Green还出了一份白皮书：《像丹麦那样思考，解锁污水的潜能》，介绍丹麦污水处理厂实现能量盈余的经验。

　　人家说，可怕的是比你优秀的人还比你努力。面对污水界学霸级的，比如丹麦，作为一惯享有“中国速度”美誉的咱们，相信一定能小步快跑，迎头赶上。 讨论碳中和，先得弄清楚什么是碳中和。 所谓碳中和（Carbon neutrality），是指组织或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳，通过植树造林、节能减排等方式全部抵销，实现碳的净“零排放”。

　　那么污水处理厂要抵销的碳排放包括哪些呢？ 首先是能耗，即用电。从能量转化的角度来说，传统污水处理模式本质是以能耗换水质，需要使用大量电能以去除污水中的污染物，间接产生大量二氧化碳排放。其次是污水处理需要消耗大量燃料和药剂，间接排放大量温室气体。另外，好氧段需要曝气，活性污泥吸收氧气并释放二氧化碳，同时，工作人员呼吸也会释放二氧化碳。 当然，能耗是大头。如果污水厂使用的电能不是来自于燃煤发电（2020年仍占我国总发电量的60.8%），而是水电、风电、光伏、核能等清洁能源，或者自产再生能源，碳中和就基本实现了。至于处理过程中其他碳排放，那都不是大事，栽点树种点草，搞搞绿化中和一下也差不多了。 所以，污水处理厂最易达成的碳中和途径是什么？一个字：等！等到国家把所有燃煤电厂都替代了，就坐着顺风车哼着歌愉快的实现了。

　　2021年1月1日起，全国碳市场首个履约周期（截止到今年12月31日）正式启动，涉及2225家发电行业的重点排放单位。这是我国第一次从国家层面将二氧化碳控排责任压实到企业，通过市场倒逼机制，促进产业技术升级。（啥时候会跟咱们污水处理行业签履约周期不？

看来，“等”字诀曙光在望啊! 但是，咱们环境产业的排头兵是靠等的吗？Of course not! 要中和，首先得搞清楚处理污水消耗的能量（左边）与污水中含有的能回收的能量（右边）之间的等式关系。然后想办法把右边搞得多多的，把左边搞得少少的，就能实现中和甚至盈余了。

　　据测算，污水中所含能量是污水处理本身所消耗能量的9-10倍之多。通过优化污水处理工艺，回收有机物能量，利用热电联产发电实现碳中和，理论上是可行的。 但这个基本是国外的数据，我国城市污水处理厂进水COD浓度偏低，只有欧美国家的40%-70%。国内首座“未来再生水厂”—北京市东坝再生水厂经测算，处理1吨污水回收的能量是其消耗的能量的4倍。但这也是在北方，南方进水的能量值更低，一般只能达到2倍左右。 不过，既然能量守恒定律摆在那里，本着“把右边搞得多多的，左边搞得少少的”的原则，办法总是比问题多很多。

　　二、如何把右边搞得多多的？

　　1、改善管网输送体系

　　在城市污水处理系统中，污水的收集和输送涉及大规模管网铺设和长距离输送，管网漏损、堵塞、覆盖率不高是造成我国污水进水碳源不高的主要原因。 提高排水管网输水性能和覆盖率，实现污水100%收集，同时进行雨污分流改造，提高污水处理厂进水碳氮比，如此就能解决碳源不足问题，有效提高污水处理厂有机质到甲烷的转化率，把污水处理厂变成发电厂，从根本上解决能耗问题。

　　2、外部碳源协同处理

　　厂内不足外源补。外源协同消化是很多国家污水厂实现能量自给所采取的方式。 美国希博伊根污水处理厂利用高浓度食品废物与污泥共同厌氧消化，产生的甲烷进行热电联产，同时采取节能措施，实现产电量与耗电量比值达90%~115%。 荷兰实现碳中和的策略是将污水处理厂改造或新建成能量工厂（NEWs），使污水处理厂与居民生活、工厂、资源回收、农业及大自然联结成一个整体，达到一种区域循环共生的状态。 荷兰最大的污水处理厂之一，阿姆斯特丹西污水厂（WWTP Amsterdam West）通过传统的污泥厌氧消化系统年产沼气约1200万立方米，共用给隔壁的废物焚烧厂。污水厂的污泥也在此焚烧处理。焚烧厂的热值利用率高达90%。除了处理污水厂的污泥，焚烧厂还为污水厂供应电力和热水。此外，还有剩余的电力和余热并入阿姆斯特丹的绿色电网和供暖系统。堪称协同处理实现能量自给并盈余的典范。 我国睢县、江苏宜兴城市水资源概念厂、北京东坝再生水厂、湖南先导洋湖再生水厂等均有此类尝试，这些项目将为中国污水处理行业绿色低碳发展和产业升级带来深远影响。 惟创环境定位于“区域环境综合治理服务商”，就是希望打通环境治理的“最后一公里”，进行区域综合规划，将环境治理设施打造成城市人居环境中最漂亮的地方，同时将污水、固废、气体等结合起来协同处理，实现区域综合循环，从而实现整体碳中和。

　　3、优化工艺，提升能量回收能力

　　在污水处理碳中和的路上，丹麦可算领头羊。Aarhus是丹麦的第二大城市，而Marselisborg是当地最大的污水厂。该厂在2016年名声大噪，原因是它宣布无需协同消化，仅用污水自身蕴含的能量就实现了能量盈余。

　　为了实现这一目标，Marselisborg的运营公司Aarhus水务从2006年就开始升级转型，他们将当地14座污水处理厂合并为两座，即Marselisborg污水厂和十几公里外的另一座污水厂，以提高处理效率。并花了170万欧元购入两台250kW和一台355kW的热电联产电机，实现年产电量达4.8GWh。同时，通过一系列节能降耗措施，使污水厂年电耗从4.2GWh降至3.15GWh，降幅达25%。这意味着厂区的发电量比电耗多出1.65GWh，盈余达53%。这些多余的电能卖给国家电网，此外还有2.5GW的热能直接用于地区供热。

奥登塞（Odense）是丹麦第三大城市，该城最大的Ejby Mølle污水厂早在2013年就声称实现能量100%自给。2018年，他们甚至宣布：污水厂的能耗盈余率高达88%！ 

 如此惊人的能量回收率是因为他们极力改善污泥消化工艺。例如：他们使用延时消化的 Torpey工艺，将出泥固液分离后再回流到消化池，以此减少消化池中的水量，提高生物质浓度，SRT延长约10%，以提高消化池性能。另外，他们更换了栅渣冲洗压榨机(Screening washing press)，以便更好地将格栅截留的碳源导流到消化池。2020年，他们还对氯化铁添加至污泥脱水工艺的效果进行测试，目的是减少残留污泥量和鸟粪石的沉淀。此外，他们也在初沉池对新的聚合物进行测试。

编辑：徐冰冰