由國際水協(xié)會IWA出版的《水工業(yè)碳中和路徑》(Pathways to Water Sector Decarbonization, Carbon Capture and Utilization)一書近日在IWA LET 會議上首發(fā)。該書由任智勇博士與Krishna Pagilla教授共同編輯完成，并由IWA執(zhí)行董事Kala Vairavamoorthy作序。

▼《水工業(yè)碳中和路徑》封面

1 內(nèi)容概覽

水行業(yè)目前正處于從關(guān)注處理和滿足排放許可限制，到通過中水回用、資源回收、系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)營實(shí)現(xiàn)循環(huán)水經(jīng)濟(jì)的綜合范式的轉(zhuǎn)變之中。在這場變革中，水行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了提高能源效率、回收可再生能源和資源等階段，但在實(shí)現(xiàn)碳中和或負(fù)排放方面，它落后于能源、交通等其他基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)。本書總結(jié)了污水處理過程中的工藝技術(shù)、運(yùn)營模式優(yōu)化、政策和行為改變等影響因素，為水行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳中和、建設(shè)無碳社會和經(jīng)濟(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，旨在為實(shí)現(xiàn)碳中和提供系統(tǒng)藍(lán)圖。

書中一共包含18個(gè)章節(jié)，不僅從技術(shù)層面討論了水業(yè)的脫碳途徑，還結(jié)合水業(yè)碳排放的現(xiàn)狀、政策、大數(shù)據(jù)方法及中國污水處理概念廠的經(jīng)驗(yàn)展望了水業(yè)碳中和的前景和機(jī)遇。

2 碳中和的實(shí)踐

——中國污水處理概念廠

在《水工業(yè)碳中和路徑》一書中的第15章節(jié)，整章闡述了中國污水處理概念廠(以下簡稱概念廠)在技術(shù)進(jìn)步和工程實(shí)踐、節(jié)能和能量自給方面取得的較大進(jìn)展。概念廠內(nèi)自持的豐富有機(jī)質(zhì)能和熱能，已見成效的節(jié)能降耗實(shí)踐，再疊加周邊景觀綠化貢獻(xiàn)，使概念廠能明確提出碳中和的目標(biāo)并付諸行動，成為碳中和行動的重要參與者和貢獻(xiàn)者，率先實(shí)現(xiàn)達(dá)峰。

▼《水工業(yè)碳中和路徑》書中第15章——《中國污水處理概念廠》

書中從當(dāng)前中國城市污水處理設(shè)施面臨的挑戰(zhàn)、概念廠事業(yè)的緣起、項(xiàng)目與實(shí)踐案例及未來發(fā)展四個(gè)方面介紹了概念廠在實(shí)現(xiàn)碳中和事業(yè)中的貢獻(xiàn)與價(jià)值。

近二十年，我國污水處理事業(yè)快速發(fā)展，建成5000余座污水處理廠，日處理產(chǎn)能超過2億噸，污水處理率超過90%。但是，我國污水處理設(shè)施快速建設(shè)之初缺乏頂層設(shè)計(jì)，建設(shè)過程中缺乏理念引領(lǐng)。與歐美國家相比，我們的技術(shù)路線偏離了應(yīng)有的循環(huán)、低碳、生態(tài)以及環(huán)境友好等基本價(jià)值準(zhǔn)則。在這樣的背景下，曲久輝、王凱軍、王洪臣、余剛、俞漢青、柯兵六位專家自發(fā)組成概念廠專家委員會，于2014年提出“建設(shè)面向未來的中國城市污水處理概念廠”，以“水質(zhì)永續(xù)、能量自給、資源循環(huán)、環(huán)境友好”為目標(biāo)，推動中國污水治理科技從跟跑到領(lǐng)跑的突破和跨越，引領(lǐng)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)朝著正確的理念方向發(fā)展。

八年多來，專委會匯聚全球認(rèn)知和主要技術(shù)資源，協(xié)同國內(nèi)多家機(jī)構(gòu)，歷經(jīng)研討交流、參觀考察、協(xié)同攻關(guān)、方案制訂、工程實(shí)踐、社會反饋，初步完成了一輪從理念到技術(shù)，從工程建設(shè)示范再到獲得社會反饋的過程。自概念廠構(gòu)想提出以來，推動水行業(yè)形成了向前看的趨勢，由此產(chǎn)生出“未來水廠”、“生態(tài)再生水廠”、“生態(tài)綜合體”、“藍(lán)色焚燒”等相關(guān)概念。與此同時(shí)，近年來國內(nèi)一批污水處理廠建設(shè)，已經(jīng)在“四個(gè)追求”上展開不同程度的探索，向行業(yè)展現(xiàn)了污水處理設(shè)施的新形態(tài)。

經(jīng)過近八年的研究和探索，概念廠技術(shù)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了包括四十余項(xiàng)核心關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)體系，包括：高效極限脫氮除磷技術(shù)(LOT)、紫外催化高級氧化(UV/AOP)新興污染物氧化阻斷集成技術(shù)與裝備、高干厭氧為核心的有機(jī)固廢能量高效回收與資源深度轉(zhuǎn)化集成技術(shù)與裝備、以再生水為單一水源的大尺度水環(huán)境構(gòu)建技術(shù)、污水處理設(shè)施生態(tài)綜合體構(gòu)建理念與技術(shù)等。該項(xiàng)目也榮膺由中國科協(xié)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)學(xué)聯(lián)合體頒發(fā)的 “2020年度中國生態(tài)環(huán)境十大科技進(jìn)展”。

3 項(xiàng)目案例

>>河南睢縣第三污水處理廠

2020年，河南睢縣第三污水處理廠建成并投入運(yùn)行，數(shù)項(xiàng)概念廠核心關(guān)鍵技術(shù)得以工程驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了污水再生和有機(jī)廢物(生活垃圾、污泥、畜禽糞便等)綜合處理、濕地-海綿一體化、超過50%電能的自供給和營養(yǎng)物回收利用。

2021年，河南睢縣第三污水處理廠共處理污水711.75萬噸，日均處理1.95萬噸(設(shè)計(jì)值2萬噸/天)。項(xiàng)目以沼氣發(fā)電回收能源，年處理約12775噸有機(jī)廢棄物，全廠全年能源自給率達(dá)到53.6%，達(dá)到類四類出水標(biāo)準(zhǔn)的全流程噸水處理耗電量降至0.184kW·h/m3，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

>>宜興城市污水資源概念廠

宜興城市污水資源概念廠是第一個(gè)完整踐行概念廠理念和追求的污水處理廠，采用“三位一體”的形式建設(shè)，即由2萬噸/日的水質(zhì)凈化中心、100噸/日的有機(jī)質(zhì)協(xié)同處理中心和生產(chǎn)型研發(fā)中心三部分組成，資產(chǎn)及運(yùn)營模式獨(dú)立核算。其中，污水處理部分做到了極限脫氮除磷(TN<3 mg/L、TP<0.1 mg/L)，且其性價(jià)比明顯優(yōu)于現(xiàn)行的國內(nèi)污水廠;有機(jī)質(zhì)協(xié)同處理中心可處理污泥、藍(lán)藻、餐廚垃圾和秸稈等，以產(chǎn)生能源和肥料;生產(chǎn)型研發(fā)中心由2條千噸線、3條百噸線組成，實(shí)時(shí)展示驗(yàn)證全球最先進(jìn)的污水處理技術(shù)。

▼宜興城市污水資源概念廠項(xiàng)目現(xiàn)狀

宜興概念廠水處理區(qū)(水質(zhì)凈化中心)于2021年8月開始調(diào)試運(yùn)行，運(yùn)行符合達(dá)到85%以上，日均處理水量17000噸左右，保持了良好的出水效果。

▼宜興城市污水資源概念廠水質(zhì)凈化中心

▼括號內(nèi)為水溫低于12℃時(shí)指標(biāo)值

有機(jī)質(zhì)中心從2021年11月開始進(jìn)料，目前仍處于調(diào)試過程中。經(jīng)測算，有機(jī)質(zhì)中心運(yùn)營后，可提取沼氣進(jìn)行發(fā)電，沼渣處理為營養(yǎng)土后用于土壤改良或園林綠化還田亦降低了二氧化碳的排放量，年減排CO2將超過3.6萬噸，為碳中和事業(yè)添磚加瓦。

▼宜興城市污水資源概念廠有機(jī)質(zhì)協(xié)同處理中心

建成后的概念廠將不再是孤立的污水處理廠，而是一個(gè)開放的共享空間，與周邊環(huán)境無感融合，親近共生，注重人的參與性，注重建筑空間美感和人文景觀的融入;以“環(huán)保+”為導(dǎo)則，采用以三葉草模型的“2+1”模式，在確保水質(zhì)、有機(jī)質(zhì)循環(huán)設(shè)施相對固定的前提下，因地制宜地疊加延伸至現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、體育文旅、生態(tài)田園等領(lǐng)域，成為一個(gè)個(gè)具有區(qū)域特色、充滿生機(jī)的城鄉(xiāng)綜合體，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)、生活、生產(chǎn)“三生”共融互動，成為新型城鎮(zhèn)化乃至美麗中國的最具親和力的一塊拼圖。

4 未來

回顧中國水行業(yè)40年的快速發(fā)展歷史，既有顯著的成就，也有無數(shù)的失敗。目前中國的污水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已基本完成，但仍存在許多問題，如污水管道和污泥處理設(shè)施不發(fā)達(dá)、能耗高、運(yùn)行效率不高;污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)?shù)貤l件和環(huán)境保護(hù)需求之間缺乏系統(tǒng)規(guī)劃等。

概念廠理念及方案的提出和實(shí)施，極大推動了我國水行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展，帶動了污水廠建設(shè)和運(yùn)行方式的根本性轉(zhuǎn)型，體現(xiàn)了巨大的科技、產(chǎn)業(yè)和生態(tài)價(jià)值。

站在新起點(diǎn)，緊跟時(shí)代步伐，中國城市污水處理概念廠專家委員會將再謀劃、再聚力、再提速，聚焦碳中和、長江大保護(hù)、黃河流域高質(zhì)量發(fā)展、打贏環(huán)保攻堅(jiān)戰(zhàn)等國家戰(zhàn)略，力爭在未來5-8年、建設(shè)100座技術(shù)先進(jìn)、因地制宜、特色鮮明、模式多樣的污水處理概念廠，帶動行業(yè)建設(shè)形態(tài)、工藝技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的實(shí)質(zhì)性變革與升級。

關(guān)鍵詞： 水工業(yè)碳中和路徑