眾(zhong) 所周知，二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)是造成全球變暖的主要原因，其排放主要涉及到4大行業(ye) ，分別是：
a、廢物處置（生活汙水處理、工業(ye) 廢水處理、垃圾處理）；b、工業(ye) 生產(chan) ；c、農(nong) 林畜牧；d、能源利用（ 燒煤、燃油、發電等）。
也正因如此，汙水處理行業(ye) 的減汙降碳工作得到了社會(hui) 各界的廣泛關(guan) 注。
前不久，北京京禹順環保有限公司就因“超出配額許可範圍進行排放，並且未在規定時間內(nei) 完成碳排放履約”被罰款245.455萬(wan) 元。
該消息一出，令很多同行感到詫異，認為(wei) 汙水廠因超標排放被處罰實屬正常，但因超出配額進行碳排放而被處罰，還是聞所未聞。
驚訝之餘(yu) ，也有同行很理性地表示“一點都不意外”，並追問：汙水處理碳排放量到底應該如何核算？
01
汙水廠碳排放相關(guan) 計算公式
開展汙水處理廠碳排放量核算是碳減排的基礎。
目前，汙水處理廠碳排放核算研究大多采用排放因子法，參考的是IPCC指南提供的參數因子。但由於(yu) 該方法的相關(guan) 計算參數取值大多都源於(yu) 國外，在我國汙水處理行業(ye) 碳排放方麵可能會(hui) 出現“水土不服”。
為(wei) 此，在IPCC核算方法框架的基礎上，中國環境保護產(chan) 業(ye) 協會(hui) 發布了我國汙水處理領域首個(ge) 低碳團體(ti) 標準《汙水處理廠低碳運行評價(jia) 技術規範》，規範了汙水處理廠碳排放核算、低碳運行評價(jia) 等內(nei) 容。
汙水處理碳排放主要考慮的是汙水處理過程中直接排放的CH4、N2O以及能耗、物耗間接排放的CO2。
1、直接碳排放
1）CH4直接排放量
汙水處理過程中，CH4直接排放主要發生在初沉池以及生物處理段存在的厭氧過程中，和汙水處理量、COD去除情況、汙泥產(chan) 生情況以及甲烷回收情況有關(guan) ，可根據以下公式計算，以CO2當量表示。
式中，
m(CH4)為(wei) CH4直接排放量，kgCH4；
Q2為(wei) 汙水處理廠進水水量，m3；
COD(進)為(wei) 汙水處理廠平均進水CODCr濃度，mg·L-1；COD(出)為(wei) 汙水處理廠平均出水CODCr濃度，mg·L-1；
SG為(wei) 汙水處理廠產(chan) 生的幹汙泥量，kg；
Pv為(wei) 汙水處理廠幹汙泥的有機分，%；
ρS為(wei) 汙泥中的有機物與(yu) CODCr的轉化係數，取值為(wei) 1.42kgCODCr·kg-1DS；
B0為(wei) CH4的產(chan) 率係數，取值為(wei) 0.25kgCH4·kg-1CODCr；
MCF為(wei) 汙水處理過程CH4修正因子，取值0.003；
Ｒ(CH4)為(wei) CH4回收體(ti) 積，m3；
f(CH4)為(wei) CH4溫室效應指數，取值為(wei) 28kgCO2·kg-1CH4。
E(CH4)為(wei) CH4直接碳排放量，kgCO2。
2）N2O直接排放量
汙水處理過程中，N2O直接排放主要產(chan) 生於(yu) 汙水生物處理段中，和汙水處理量、TN 去除情況有關(guan) ，可根據以下公式計算，以CO2當量表示。
式中，
m(N2O)為(wei) N2O直接碳排放量，kgN2O；
Q1為(wei) 汙水生物處理單元進水水量，m3；
TN(進)為(wei) 汙水生物處理單元平均進水TN濃度，mg·L-1；TN(出)為(wei) 汙水生物處理單元平均出水TN濃度，mg·L-1；
EF(N2O)為(wei) N2O排放因子，取值為(wei) 0.016kgN2O·kg-1TN;
C(N2O/N2)為(wei) N2O/N2分子量之比，取值為(wei) 44/28;
f(N2O)為(wei) N2O溫室效應指數，取值為(wei) 265kgCO2·kg-1N2O；
E(N2O)為(wei) N2O直接碳排放量，kgCO2。
2、間接碳排放
1）物耗碳排放量（藥劑）
物耗為(wei) 汙水處理廠生產(chan) 運行過程中消耗的混凝劑、絮凝劑、碳源、消毒劑以及清洗劑等化學藥劑，化學藥劑使用間接產(chan) 生碳排放，可根據以下公式計算。
式中，
E(物耗)為(wei) 物耗CO2排放當量，kgCO2；
i為(wei) 化學藥劑種類代號；
m為(wei) 化學藥劑種類數量；
fi為(wei) 第i種化學藥劑的CO2排放因子，kgCO2·kg-1（絮凝劑PAM排放因子1.50kgCO2·kg-1，混凝劑PAC排放因子為(wei) 1.62kgCO2·kg-1，外加碳源甲醇排放因子1. 54kgCO2·kg-1，消毒劑次氯酸鈉排放因子0.92kgCO2·kg-1）；
Mi為(wei) 使用第i種化學藥劑的質量，kg。
2）電耗碳排放量
其是指在汙水處理的各環節均產(chan) 生電耗碳排放，可根據以下公式計算。
式中，
E(電耗)為(wei) 電耗碳排放，kgCO2；
fe為(wei) 電耗碳排放因子，kgCO2·kWh-1，取值0.7921；
W為(wei) 用於(yu) 生產(chan) 運行的外購電量，kWh。
02
汙水廠碳排放有效減量措施（附案例）
隨著城鎮化發展帶來的汙水處理量增加，由此產(chan) 生的碳排放量也必然會(hui) 跟著增加。因此，汙水處理廠必須通過優(you) 化技術和管理等措施對碳排放進行控製，以實現汙水廠碳減排。
1、優(you) 化原料投入環節
眾(zhong) 所周知，生化處理環節是需要投加碳源和多種化學藥劑的，這些原料在其生產(chan) 和運輸過程中會(hui) 消耗能源，在投加過程中也消耗一定能源。
目前，解決(jue) 措施主要是對加藥係統進行配置升級。
比如，在曝氣池末端出水投加的PAC除磷藥劑，將常用的變頻計量泵升級為(wei) 數字泵，通過監測曝氣池出水正磷酸鹽濃度對PAC藥劑進行精確投加，加藥量有不同程度的降低。
該技術可以同時應用到汙水處理廠的其他藥劑投加段，一段時間後對於(yu) 藥耗成本的降低較為(wei) 可觀。
2、升級改造曝氣係統
相關(guan) 數據表明，我國汙水處理廠單噸水電耗一般在0.15～0.28 kW·h。其中，曝氣鼓風機的電耗所占比例為(wei) 56.2%。
正因如此，汙水廠節能降耗的關(guan) 鍵點在於(yu) 精準掌控微生物的活動過程，防止過度曝氣增加電耗和設備損耗（也要注意防止曝氣不足導致微生物死亡的情況），這就對曝氣係統的智能化、數字化控製提出了很高的要求。
比如，通過計算每日處理水量所需要消耗的溶解氧對應的曝氣總管壓力值，在自控係統內(nei) 進行設定並實時監測實際壓力值，鼓風機的啟停與(yu) 負荷就會(hui) 在曝氣總管壓力值的控製下進行自動調節。
同時在進入曝氣池的各曝氣支管出口前加裝可精確控製開度的奧碼頭，根據現場溶解氧儀(yi) 表的實際監測示數進行開度調節，從(cong) 而達到精確曝氣實現降低電耗的目的。
3、采用能耗更低的處理工藝
汙水廠可以結合水量和水質情況，並綜合考慮經濟性、高效性、低碳性等因素，優(you) 化現有的汙水處理技術，適當引入厭氧氨氧化、好氧顆粒汙泥等低能耗生物工藝工藝，以減少能源和藥劑消耗，從(cong) 而減少碳排放。
1）短程硝化-厭氧氨氧化工藝
厭氧氨氧化工藝主要建設在具有板框壓縮脫水能力的汙水處理廠，主要作用是處理板框機壓榨泥餅後產(chan) 生的濾液。
為(wei) 保證厭氧氨氧化反應的順利進行，往往會(hui) 將厭氧氨氧化工藝與(yu) 短程硝化工藝組合為(wei) 短程硝化-厭氧氨氧化工藝。
與(yu) 傳(chuan) 統脫氮工藝相比，該工藝僅(jin) 需將部分NH4+(-N)氧化為(wei) NO2-(-N)，節省了剩餘(yu) NH4+(-N)的進一步氧化需氧量以及NO2-(-N)轉化為(wei) NO3-(-N)的深度氧化需氧量，從(cong) 而可節約大量因曝氣產(chan) 生的電耗。
值得一提的是，該工藝以IC為(wei) 碳源，無需額外投加有機碳源，可以大幅度降低脫氮成本。此外，該工藝流程的出水會(hui) 進入廠前區總進水，對於(yu) 後續汙水處理區域的生產(chan) 壓力有大幅降低，一定意義(yi) 上也降低了單噸水處理成本。
2）反硝化除磷
反硝化除磷菌以硝酸鹽作為(wei) 電子受體(ti) ，在反硝化的同時完成吸磷的作用，反硝化除磷工藝就是運用這一原理來實現的，將反硝化與(yu) 除磷合二為(wei) 一，同時實現脫氮除磷的目的。
從(cong) 除磷的過程來看，是將反硝化與(yu) 除磷這兩(liang) 個(ge) 不同的生物過程利用同一個(ge) 細菌在同一過程中完成。其中聚羥基脂肪酸酯不僅(jin) 是反硝化除磷菌的碳源，也是能量儲(chu) 存物質，具有雙重的效果。
可以說，該種除磷原理既可以達到除磷的目的，還能夠節省碳源，屬於(yu) 一種可持續的生活汙水除磷技術。
4、提高熱電聯產(chan) 回收能力
要想提高汙泥中的能量回收率就必須極力改善汙泥消化處理工藝，在進水有機物充足的情況下，最大程度的開發汙泥中有機物能量。
比如，采用熱水解+厭氧消化工藝。通過汙泥熱壓水解技術在高溫高壓下裂解汙泥中有機物的細胞結構從(cong) 而提高汙泥產(chan) 氣率，除滿足熱水解能量平衡的需要外還有餘(yu) 量。
這部分餘(yu) 量經過幹式脫硫後可以通過沼氣發電機轉化為(wei) 電能或通過沼氣拖動鼓風機直接為(wei) 汙水處理生化反應段提供曝氣，減少大功率電力拖動單級離心式鼓風機的運行時間，降低電耗和設備損耗。
需要特別說明的是，在具備單獨供暖條件的水廠冬季時還可以通過熱水鍋爐為(wei) 廠區提供供暖，減少辦公區域和生產(chan) 車間的空調使用，熱電聯產(chan) 餘(yu) 熱最大限度地被回收。
5、加大自產(chan) 清潔能源力度
1）安裝光伏板
生物處理池及初沉池、二沉池等單元具有龐大的表麵麵積，可以為(wei) 太陽能光伏發電創造必要的場地條件。
安裝光伏組件後不僅(jin) 可以實現太陽能發電並入電網供水廠使用，還能在冬季利用光伏板來覆蓋這些處理單元，實現對生物處理的保溫作用和臭氣收集。
2）儲(chu) 存利用自產(chan) 的冷熱能
相關(guan) 數據表明，汙水中的熱能儲(chu) 量遠高於(yu) 汙水中的化學能（有機物能量），實際可回收的熱能為(wei) 化學能的9倍。
比如，可通過汙水源熱泵所產(chan) 生的冷、熱源直接為(wei) 廠區提供製冷和供暖，餘(yu) 量可以輸出廠外供其他商業(ye) 或民用用戶使用，以“碳交易”的方式實現“碳中和”。
5、案例：洛陽市瀍東(dong) 汙水處理廠-低碳運行標杆
北控水務洛陽市瀍東(dong) 汙水處理廠是中國環保產(chan) 業(ye) 協會(hui) 發布了首批城鎮汙水處理低碳運行案例，也是唯一一個(ge) 專(zhuan) 家實地核驗的項目。
據悉，該項目設計規模20萬(wan) 噸/日（遠期規模30萬(wan) 噸/日），占地總麵積24公頃，服務麵積約30平方公裏。
在能源利用上，巧妙利用了廠內(nei) 受光麵積，布置光伏發電裝置，大幅提高能源資源自給率。
在低碳運行上，通過工藝優(you) 化、節能技改、光伏利用、精益管理、智慧運行，實現汙水廠的低碳運行；通過水、肥資源的持續輸出，實現資源循環利用。
洛陽市瀍東(dong) 汙水處理廠項目
03
討論：1%的碳排放量
汙水處理行業(ye) 有必要碳減排嗎？
在我國，汙水處理行業(ye) 的碳排放量約占全社會(hui) 總排放量的1%～2%，相對於(yu) 其他行業(ye) 來講，可以說是微乎其微。
很多人都覺得汙水處理行業(ye) 搞碳減排實在沒必要，不僅(jin) 投資成本高，回報周期也比較長。
對此，中國人民大學低碳水環境技術研究中心主任王洪臣、施耐德電氣工業(ye) 自動化中國區戰略和業(ye) 務發展總監申紅鋒提出了不同的看法：
一方麵，1%的占比看似不大，相比其他行業(ye) ，汙水處理行業(ye) 減碳效益更大。
王洪臣說，“排水與(yu) 汙水處理行業(ye) 碳排放量雖然占比小，但依靠改變技術路線、改變運行模式，輔以適當的低碳改造，即可減少碳排放，相比其他行業(ye) ，減碳效益更大。”
另一方麵，汙水行業(ye) 搞“碳中和”轉型，不僅(jin) 能省錢還能賺錢。
申紅鋒直言，不應把碳中和看作是一項挑戰，實際上它是一件雙向驅動的事情，也蘊藏著更大的機遇。
“短期來看，碳中和實踐會(hui) 給企業(ye) 帶來一定的成本壓力，但從(cong) 長遠來看，企業(ye) 通過進行量化節能、精益改造將會(hui) 帶來成本的節約。”
來源：《汙水處理廠低碳運行評價(jia) 技術規範》、《碳中和願景下汙水處理碳排放減排模式研究》、《城鎮汙水處理廠碳排放研究》、網絡等
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