卜瑩瑩

（廣東綠園環(huán)保科技有限公司，廣東 梅州 514000）

隨著現(xiàn)代環(huán)境破壞問(wèn)題的加劇，逐漸出現(xiàn)了越來(lái)越多與環(huán)境保護(hù)相關(guān)的概念和詞匯，其中碳中和就是比較常見的一個(gè)，是指組織或個(gè)人在生產(chǎn)過(guò)程中，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，向自然界排放一定量的二氧化碳，這些二氧化碳可通過(guò)植樹造林、節(jié)能減排等方式完全抵消，客觀上達(dá)到“零排放”的目的。

在人類生活及社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，均會(huì)產(chǎn)生大量污水，這些污水中含有一定量的有機(jī)物，這些有機(jī)物屬于含能物質(zhì)，其中含有豐富的N、P、K等營(yíng)養(yǎng)元素，符合植被的生長(zhǎng)需求。所以，相關(guān)技術(shù)人員需要利用相應(yīng)的技術(shù)手段將污水中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解和轉(zhuǎn)換，形成對(duì)環(huán)境破壞較小或是對(duì)人類社會(huì)有價(jià)值的物質(zhì)，以降低污水對(duì)環(huán)境的破壞。污水處理的本質(zhì)屬于消耗能源的碳排放過(guò)程，即由水污染轉(zhuǎn)變成大氣污染的過(guò)程。所以，在污水處理過(guò)程中，不僅要減少污水中的有害成分，而且還要注重處理時(shí)的碳排放問(wèn)題，確保碳排放與污水處理價(jià)值保持平衡，以促進(jìn)現(xiàn)代社會(huì)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。

1 污水處理主流技術(shù)碳中和可用能源的來(lái)源分析

1.1 優(yōu)化管網(wǎng)輸送體系

大量研究與實(shí)踐表明，各類污水中均含有豐富的能量，其中，最主要的就是有機(jī)物（COD），其在污水中廣泛存在。在對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，先去除無(wú)用雜質(zhì)再對(duì)這些有機(jī)物進(jìn)行回收，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚砑纯赊D(zhuǎn)化成其他領(lǐng)域所需要的能源，如肥料、石油替代資源等，為其他領(lǐng)域的發(fā)展提供支持。從理論層面來(lái)說(shuō)，相對(duì)于污水處理所需的能量，污水中有機(jī)物所含的能量更高一些，通常是前者的10倍左右[1]。利用厭氧消化技術(shù)對(duì)這些有機(jī)物回收時(shí)，回收效率的高低與進(jìn)水有機(jī)物的含量具有直接關(guān)系，在進(jìn)水端，COD含量越高，處理、回收的能量就越高。在現(xiàn)代城市污水處理系統(tǒng)中，無(wú)論是污水的采集還是傳輸，均需要大量的長(zhǎng)管道，因而要確保長(zhǎng)管道鋪設(shè)規(guī)模符合實(shí)際要求，以提高污水處理的效果，提升污水中的碳含量。

在實(shí)際處理過(guò)程中，受時(shí)間和經(jīng)濟(jì)水平等因素的影響，導(dǎo)致污水管道存在很多缺陷，如管道破損、管道內(nèi)部堵塞嚴(yán)重、管道鋪設(shè)率較低等，使得待處理的污水中含碳量較低，不利于污水能量的回收。所以，在建設(shè)城市污水系統(tǒng)哩，應(yīng)注重污水管道的建設(shè)，保證污水管道的覆蓋規(guī)模。以某城市為例，通過(guò)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，其污水管網(wǎng)長(zhǎng)度超過(guò)了1萬(wàn)公里，共建立了110所污水泵站，并利用廠網(wǎng)一體化管理的特點(diǎn)，大大提升了進(jìn)水端污水的COD含量，平均可達(dá)483 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國(guó)水平，即將追趕上歐美等國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)（600 mg/L）。由于污水管道能夠覆蓋到城市各個(gè)地區(qū)，且管道性能良好，因而在污水處理時(shí)，能夠完全將其收集，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)雨污分流進(jìn)行改造，大大增加了進(jìn)水端的碳氮比，為污水能源的開發(fā)與利用提供了有力支持。

1.2 改進(jìn)藥劑投加系統(tǒng)

現(xiàn)代污水處理領(lǐng)域存在多種處理技術(shù)，每種處理技術(shù)的原理完全不同，處理效果略有差異，但從本質(zhì)上說(shuō)，均是利用生化反應(yīng)的手段去除其中的污染物。而對(duì)于處理材料來(lái)說(shuō)，無(wú)論是在制造與運(yùn)輸時(shí)，還是在材料使用時(shí)，均需消耗其他能源。所以，污水處理過(guò)程中，應(yīng)改進(jìn)藥劑的投加系統(tǒng)，在保證污水處理效果的基礎(chǔ)上，減少其他能源的使用，以此達(dá)到降低碳排放的目的。當(dāng)前的主要措施是對(duì)現(xiàn)有加藥系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)厣?jí)改造，得到性能更加良好的加藥系統(tǒng)。以曝氣池為例，通過(guò)在其尾端固定計(jì)量泵，稱量PAC除磷藥劑，并將稱量出來(lái)的藥劑添加至出水中，提取出其中的P元素。常規(guī)計(jì)量泵為變頻計(jì)量泵，精度較低，導(dǎo)致藥劑投入量較高，不僅增加了處理成本，還造成藥劑污染，因而可將其更換成數(shù)字泵，再通過(guò)對(duì)出水成分的分析，確定磷酸鹽的含量，計(jì)算出所需的藥劑量，并以此為基礎(chǔ)，稱量出精確的藥劑量，使藥劑添加量處于最佳水平，在保證去磷效果的同時(shí)，防止藥劑造成二次污染，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，該項(xiàng)目將獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，顯著降低污水處理成本。此外，相關(guān)技術(shù)人員可以將人工智能技術(shù)融入到設(shè)備改造中，通過(guò)收集污水成分等信息，自動(dòng)計(jì)算所需加藥量，為提高系統(tǒng)加藥量的準(zhǔn)確性奠定良好的基礎(chǔ)。

1.3 改造曝氣系統(tǒng)

污水處理需要多種設(shè)備和系統(tǒng)，曝氣系統(tǒng)是其中最關(guān)鍵的一個(gè)模塊，直接關(guān)系到污水處理效果?，F(xiàn)有的曝氣系統(tǒng)是以大功率單級(jí)離心式鼓風(fēng)機(jī)為主要工具，向污水中輸送充足的氧氣，以構(gòu)建出富氧環(huán)境，促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)與繁殖，從而提升污水成分的分解速度與效率。有研究指出，我國(guó)污水處理廠運(yùn)行時(shí)的能耗量通常處于0.15～0.25 kW·h/t，而不同處理技術(shù)所需的能耗可能存在一定的差異，但無(wú)論是哪種技術(shù)，曝氣系統(tǒng)的能耗量均占有非常高的比例。所以，為了降低污水處理時(shí)的碳排放量，必須要加強(qiáng)對(duì)曝氣系統(tǒng)的改造，其中，改造的核心為精準(zhǔn)掌控微生物的活動(dòng)過(guò)程，在確保微生物正常生長(zhǎng)的同時(shí)，減少能源的消耗。針對(duì)這種情況，需要在現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)中有效融入智能化、數(shù)字化技術(shù)。當(dāng)前，我國(guó)一些規(guī)模較大的污水處理廠已經(jīng)對(duì)此有了高度重視，并對(duì)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行改良，如根據(jù)曝氣池運(yùn)行情況，檢測(cè)出曝氣壓力的實(shí)際值，并以此為基礎(chǔ)，與預(yù)設(shè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以確定系統(tǒng)中曝氣含量是否達(dá)標(biāo)，進(jìn)而對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，在各支管出口處安裝高精度的調(diào)節(jié)元件，并根據(jù)溶解氧儀表測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)支管的開度進(jìn)行調(diào)控，以向系統(tǒng)中輸入更加精確的曝氣量[2]。以某污水處理廠為例，經(jīng)過(guò)以上方式的改良，大大減少了曝氣電耗量，最高可達(dá)50%以上。

1.4 選取能耗較低的處理技術(shù)

現(xiàn)代污水處理采用了很多低能耗生物技術(shù)，這些技術(shù)通常用于污泥處理環(huán)節(jié)，如厭氧氨氧化技術(shù)（ANAMMOX）、好氧顆粒污泥處理技術(shù)等。其中，ANAMMOX用于板框壓縮脫水能力良好的污水處理廠中。板框壓縮處理后可產(chǎn)生一定的濾液，這些濾液將會(huì)被厭氧氨氧化菌（AAOB）進(jìn)行分解與降解，從而減少了濾液中的有害成分。該方式的處理原理為在缺氧條件下，以HCO3-（IC）為碳源、NH4+（-N）為電子供體、NO2-（-N）為電子受體，在AAOB的作用下，可釋放出一定量的N2，從而將N元素分離出來(lái)。ANAMMOX的代謝途徑如圖1所示。為了使ANAMMOX過(guò)程順利進(jìn)行，通常在該技術(shù)中增加短程硝化技術(shù)（Sharon），從而得到處理效果更好的新技術(shù)即Sharon-ANAMMOX技術(shù)。相對(duì)于常規(guī)脫氮技術(shù)，該技術(shù)對(duì)NO2-（-N）轉(zhuǎn)換時(shí)所需要的氧量更低一些，因而減少了曝氣環(huán)節(jié)的電耗量。同時(shí)，由于該技術(shù)是以IC作碳源，不用添加其他的有機(jī)碳，因而減少了脫氮成本。另外，系統(tǒng)出水端與處理廠的總進(jìn)水相連，可對(duì)處理后的水資源進(jìn)行二次利用，從而為污水處理創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 ANAMMOX代謝途徑

在現(xiàn)代污水處理領(lǐng)域，反硝化除磷技術(shù)非常常見，其中厭氧反硝化除磷細(xì)菌在厭氧環(huán)境中能夠去除污水中的P元素。除磷時(shí)是將硝酸鹽作為電子受體，在發(fā)生反硝化反應(yīng)的過(guò)程中去除P元素，因而可同時(shí)去除N、P兩種元素。從除磷角度看，同一種細(xì)菌可同時(shí)進(jìn)行反硝化與除磷兩個(gè)不同生物過(guò)程[3]，并且在該過(guò)程中，聚羥基脂肪酸酯為重要物質(zhì)，在反硝化時(shí)可作為碳源，同時(shí)還能用于能量的存儲(chǔ)。

1.5 強(qiáng)化熱電聯(lián)產(chǎn)回收能力

污水的污泥中含有豐富的能量，對(duì)這些能量進(jìn)行回收，也可減少污水處理的能耗量。為了有效回收污泥中的能量，應(yīng)優(yōu)化污泥消化處理技術(shù)，以確保在進(jìn)水中有機(jī)物質(zhì)豐富的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)能量的回收。針對(duì)這一情況，國(guó)外很多城市在建設(shè)時(shí)，均從污水處理角度出發(fā)，制定出各種相應(yīng)的碳中和方案，并取得了較為不錯(cuò)的效果，其中，較為常見的是柵渣沖洗壓榨機(jī)，通過(guò)該設(shè)備阻攔淤泥，提升污泥的截留效率，并以此為基礎(chǔ)，加入了適量的FeCl3，以確保污泥能夠順利運(yùn)送至消化池內(nèi)，從而去除污泥中鳥糞、石塊等無(wú)用的雜質(zhì)。另外，在初沉池方面，也研發(fā)出了很多良好的新聚合物?？傊?，相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)各種方式促進(jìn)碳源的傳輸，以提升傳送至消化池內(nèi)碳源的數(shù)量。在我國(guó)，也提出了一些更加良好的污泥消化處理技術(shù)。以高碑店污水處理廠為例，研發(fā)出了熱水解聯(lián)合厭氧消化系統(tǒng)，將污泥運(yùn)送至該系統(tǒng)內(nèi)，并將設(shè)備調(diào)節(jié)至高溫高壓狀態(tài)，對(duì)污泥進(jìn)行處理，分解其中的有機(jī)物細(xì)胞，增加污泥的產(chǎn)氣效率[4]，不僅滿足了熱水解所需要的能量，而且還存在一定的余量，在干式脫硫處理后，可將這些余量傳輸至沼氣發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)化為電能，用于其他設(shè)備、系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)，從而降低系統(tǒng)對(duì)電能的需求量。若水廠規(guī)模較大，可單獨(dú)進(jìn)行供暖，在冬季寒冷條件下，還可將余量傳輸至熱水鍋爐，為廠區(qū)輸送熱能，節(jié)約暖通系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需的電能。

1.6 提高自產(chǎn)清潔能源力度

現(xiàn)代污水處理廠規(guī)模較大，占地面積較廣，因而為光伏發(fā)電工程的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并為廠區(qū)內(nèi)各類設(shè)備與系統(tǒng)的運(yùn)行源源不斷地提供了電力能源。廠區(qū)內(nèi)部建立了很多頂部較為寬敞的建筑物，如初沉池、二沉池等，在這些建筑物的頂部即可固定光伏發(fā)電板，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能的收集與轉(zhuǎn)換后，變成設(shè)備運(yùn)行所需的電能。與此同時(shí)，采用光伏發(fā)電板還能實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電并入電網(wǎng)供水廠使用；在寒冷的冬季，固定的光伏發(fā)電板可覆蓋建筑物，提升建筑物的保溫性能，確保室內(nèi)溫度處于較高狀態(tài)，為微生物的生長(zhǎng)與有機(jī)物的分解提供支持。污水中通常包含大量的熱能，而這些熱能常常被人類所忽略，造成了嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在同一種污水中，熱能儲(chǔ)量非常高，顯著高于化學(xué)能的儲(chǔ)量，是后者的近10倍[5]。為了準(zhǔn)確展示出污水中熱能的開發(fā)價(jià)值，以某地區(qū)為例，對(duì)污水中熱能的儲(chǔ)量進(jìn)行推算。某地區(qū)污水處理廠基本信息如表1所示。通過(guò)對(duì)表1的觀察發(fā)現(xiàn)，某地區(qū)污水處理廠在運(yùn)行時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)都符合《水源熱泵機(jī)組》中的規(guī)定要求。所以，在污水處理過(guò)程中，一方面，可利用得到的冷熱源作為主要資源，降低或提升廠區(qū)內(nèi)的溫度，另一方面，還可將剩余資源傳輸?shù)綇S外，為周邊其他領(lǐng)域的運(yùn)行提供支持，并通過(guò)“碳交易”手段，達(dá)到碳中和的目標(biāo)。

表1 某地區(qū)污水處理廠信息

2 污水處理碳排放減排模式的發(fā)展趨勢(shì)

在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，為了進(jìn)一步提升污水處理效果，降低污水處理的碳排放量，相關(guān)污水處理企業(yè)必須要加強(qiáng)智能化技術(shù)的應(yīng)用，即在現(xiàn)有處理設(shè)備的基礎(chǔ)上，有效融入各種智能化技術(shù)，并通過(guò)智能化技術(shù)對(duì)污水成分進(jìn)行分析和計(jì)算，以此向處理系統(tǒng)輸送更加合理的材料與能源，在保證污水處理效果的同時(shí)，最大限度地減少能源的消耗，從而直接或間接地降低碳的排放量。同時(shí)，在未來(lái)污水處理廠建設(shè)過(guò)程中，不能只將其看作單一的營(yíng)養(yǎng)物、能源或再生水廠，而是要盡最大可能挖掘出污水資源的潛力，從而為污水處理廠的運(yùn)行及社會(huì)發(fā)展提供更多能源。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，污水處理廠在運(yùn)行過(guò)程中，必須要加強(qiáng)對(duì)碳排放的重視程度，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)規(guī)定要求，制定出最佳的污水處理碳排放改進(jìn)方案，在確保污水處理效果符合要求的同時(shí)，盡可能減少二氧化碳等有害氣體的排放，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)。