碳中和背景下我國污水處理技術思考

秦天

（武漢市城市排水發展有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

我國宣布在2060 年實現碳中和的目標，這是我國作為負責任大國在應對氣候變化方面的又一莊嚴承諾，而碳中和目標則對我國各行業技術革新提出了不小的挑戰。本文主要集中在污水處理行業，對碳中和目標進行深入分析，對我國碳排放現狀和污水處理技術進行分析，為污水處理企業提供解決思路，使企業碳中和技術能夠得到積極改進并且提供適當參考。

1 碳排放現狀分析

科技工業不斷地發展，全球二氧化碳排放量也在逐漸增加，二氧化碳排放量的不斷增長，全球變暖而導致了海洋氣候變化無常，從而導致許多自然性災難地發生，全球各國越來越重視二氧化碳排放問題，自2019年以來全球二氧化碳排放量開始減少。國際能源署（IEA）日前發布《全球能源回顧：2021 年二氧化碳排放》報告指出，2021 年，全球能源領域二氧化碳排放量達到363 億t，同比上漲6%，超過了新冠肺炎疫情暴發前的水平，創下歷史最高紀錄，2021 年飆漲的天然氣價讓燃煤發電強勢復蘇，成為能源領域碳排放量“強勁反彈”的主要原因。目前我國工業領域積極推動碳減排工作，需要對能源消耗進行系列的分析。工業領域當中需要結合污染防治來進行污染排放的有效處理，需要對能源消耗和碳排放的具體情況進行深入分析。因此為了達到碳減排的目的，需要對內部能量進行充分化解，可以從能源利用方面來對具體情況進行綜合考慮，來實現碳中和目標[1]。污水處理行業主要是在碳中和背景之下積極推進技術革新工作。

2 具有碳減排效果的污水處理技術

2.1 厭氧水處理技術

厭氧水處理技術主要是根據高濃度有機污水來進行處理，對于污泥能夠促進消化以及加強穩定性。無論是高濃度污水還是污泥消化，都可以使用厭氧水處理技術來進行降解工作，內部產生的氣體直接進行收回，對于消化產生的氣體需要進行收集，然后以燃燒產能的方式來進行能量回收工作，可以把水中有機污染物轉變為電能或者熱能，從而提供給企業。結合具體研究可以得知厭氧處理高濃度污水和泥污厭氧消化都能夠充分獲取能量，并且產能自給率可以高達200%[2]?，F如今我國污水當中的有機物濃度普遍較低，并且在調控方面缺乏精細性，所以導致污泥消化產能自給率僅僅能達到50%左右。所以在厭氧處理技術推進過程當中需要了解到厭氧水處理技術控制具有復雜性，需要工作人員結合設備要求來進行深入分析，還需要加強污水處理效果和能源回收能力。除此之外，企業需要加強自身的安全管控能力。

2.2 微生物燃料電池轉化

微生物燃料電池轉化主要是能夠將污水中的有機物進行微生物降解，在這個過程當中電子會受到外遷移的影響，從而獲取更加穩定的電流來進行工作。主要是通過降解把污水中的有機物化學能轉化為電能[3]。通過研究成果來進行分析，那么開路電壓和功率密度都能夠在污水有機物當中得到電能轉化，這是目前污水作為能源最有前瞻性的技術之一。該技術目前仍然處于推廣階段，需要結合污水特性來進行微生物的篩選、運行方式、研究機制等都需要進行調節。

2.3 水源熱泵余熱回收技術

污水當中不僅僅含有有機物，而且還具有一些熱能利用潛力。例如，常規市政污水溫度不能低于15℃，在處理過程當中還需要對污水廠有機物濃度來進行分析，但冬季溫度即使是在北方嚴寒地區，達到了10℃左右，夏季一般是在20℃左右，環境溫度以冬暖夏涼為主。水源熱泵技術在應用過程當中，污水溫度每下降1℃就代表產生了相應的電能，因此通過水源熱泵技術可以達到綠色回收的目的。在工業領域出現的一些工業廢水，如糠醛生產廢水，自身的溫度主要是90℃以上，能夠根據熱能情況來進行充分的利用[4]。還有相關研究可以得知，需要根據化工廠熱水源熱泵技術以及常規鍋爐系統來進行綜合對比。大型污水處理廠通過采用水源泵可以獲取更高的碳交易利潤。污水源熱泵技術在應用方面具有較大的優勢，如節能效果和環境優勢，該技術在應用過程當中并不會直接產生電能，主要是以熱能或者冷能為主來進行有效推動，但是目前的傳輸距離較短，服務半徑較小，需要對污水廠市區和居民區進行充分分析，實際使用率也沒有達到理想的要求。為了實現熱能以及冷能的充分利用，就需要對問題進行重點解決。

2.4 污水處理固碳技術

污水處理固碳技術需要從源頭進行充分分析，對二氧化碳進行控制，并且技術路線主要是利用生物和化學等方法來進行積極推動，在有機物降解方面可能會產生CH4、CO2氣體對于封存當中的生物體需要通過化學方式來進行吸收，能夠阻止這些氣體進入大氣當中?，F如今主要是采取厭氧污水處理技術、微藻固碳技術、人工濕地固碳技術、化學固碳技術等。在污水處理過程當中需要結合具體內容來進行深入分析，并且相關有機污染物可以通過厭氧細菌來進行消化器的分解和回收工作，主要是達到減少二氧化碳排放的目的。微藻固攤技術在污水處理過程當中能夠發揮顯著的優勢，充分利用光合作用來進行微藻類生物的繁殖，把污水內部的有機物都轉化到微藻生物體內，可以減少二氧化碳的排放。目前該技術固化率表現較低、影響污水處理效果等問題；人工濕地固碳技術需要發揮植物、動物、微生物的作用，可以把污水當中的有機物、氮、磷等物質實現轉化，具體轉化為植物、動物和微生物的一部分，充分降低碳排放量。除了人工濕地系統之外，一些天然沼澤也具備相應的功能。目前該技術在應用過程當中速度較慢、效率不高、污水濃度不能得到有效緩解、地域和季節會造成較大影響等。化學固碳技術主要依靠體回收裝置來進行污水處理，二氧化碳以及其他溫室氣體都能夠進行污水收集，充分利用化學試劑來進行相應反應，二氧化碳可以和氣相進行分離固定。目前該技術主要是依靠二氧化碳和其他溫室氣體得到有效應用，低濃度條件之下可能會造成動力不足。因此污水處理固碳技術仍然需要結合實際來進行深入開發和創新。

3 碳中和技術在污水處理當中的應用

3.1 結合碳排放監測指標來提高污水廠精細化運行水平

污水處理廠主要是采取粗放型控制方案，為進一步減輕排放方面的壓力，內部工藝環節需要進行精細調節和配合，加強參數控制，能夠最大限度控制系統實現自動化操作。污水處理工作需要處理廠來針對進水情況來進行實時控制，曝氣設備電耗主要占據污水廠總電耗的60%以上。進水變化調整過程當中需要結合電量情況來進行節省，補齊環境管理和技術短板，有利于污水處理行業碳減排目標的達成。

3.2 多工藝技術聯合使用，是目前較為實用的技術

現如今我國主要是對多種技術來進行有效聯合，碳減排得到進一步的發展，實現碳中和的目標。通過有關研究可以得知厭氧消化氣熱電聯產以及污水源熱泵技術主要是利用污水處理來進行企業能源自給，那么需要對相關技術進行優化，或聯合其他優質技術來滿足污水廠的能量需求。通過多種技術的融合，對于污水處理企業節能減排，實現能量自給效果更佳顯著。

4 碳中和背景下我國污水處理技術具體應用

碳中和背景之下，我國污水處理技術已經得到了有效應用[5]。就以某縣為例，該縣農村人口35 萬，日排放污水量達到3.5 萬t 的某縣為例來進行分析。該縣的農村地區沒有污水處理設施，污水直接進入河流當中，就會對周圍水環境和土壤造成污染，不但影響到村民的身體健康，還會限制當地發展。因此，急需對農村地區的生活污水處理進行加強，對農村的居住環境進行充分改善?？h委和縣政府也對農村污水排放情況進行調查，根據實際來推動生態立縣發展戰略的實施，該縣在農村當中率先采用厭氧水處理技術以及污水處理固碳技術等處理農村生活污水，并且已經獲得了一定的成就。適合農村污水處理的技術需要得到進一步的探索，主要是結合農村生活污水分戶情況來進行濕地處理，目前主要有動力、微動力、無動力3 種模式10 種技術。包括PEZ、凈化槽、智慧型WTBOX、MSL 污水處理技術、集中生態濕地等。在進行集中式污水處理過程當中需要進行污水處理設施的建設，主要是實現污水處理設施全縣覆蓋，并且污水處理率能夠達到58%以上。

4.1 集中式污水處理

現如今農戶的居住都較為集中，因此這些污水大多數匯集一處，那么就需要采用污水集中處理技術，實現對生活污水的凈化工作，凈化之后的水源也能夠進行農田灌溉、綠化和景觀等。某村人口有2041 人，一共建設污水處理設施達到了5 座，污水處理率達到了95%以上。主要是采取厭氧水處理技術以及污水處理固碳技術來提高污水處理效率。

4.1.1 MSL 污水處理技術

MSL 污水處理技術在使用過程當中具有無動力等特點，應用過程當中主要是結合原有污水處理固碳技術來進行進一步的創新，MSL 模塊工藝能夠得到充分的滿足，結合砂石、沸石、MSL 模塊來構成相應的比例，在模塊集中應用過程當中也能夠根據介質情況進行協調工作，在凈化過程當中可以通過過濾、吸附、氧化、植物吸收和微生物分解等措施來進行污水處理。水質主要是按照污水處理廠污染物的排放標準來進行排放，技術在應用過程當中需要對污水滲透性進行保障，防止堵塞問題的產生。高濃度生活廢水處理占據面積較小，僅僅占據人工濕地的1/5，因此在應用過程當中需要花費較高的成本。

4.1.2 太陽能污水處理技術

太陽能污水處理技術現如今也得到了應用，需要利用太陽能來進行光電轉化，利用太陽能光電轉化技術，為污水處理增氧曝氣、攪拌、回流等提供動力，強化氮、磷的處理，提高污水處理效率及處理深度。污水流入沉淀地來進行沉淀工作，那么流入人工濕地就需要進行再次過濾，水質需要達到相關標準。太陽能微動力污水處理目前是針對農村生活污水特性而得到應用，清潔能源得到充分利用，占地較少，并且能取得良好的效果。但是在太陽能利用過程當中也存在一定的弊端，就是如果天氣一直是陰雨天，就會導致電力不足現象的出現，嚴重影響處理效果。

4.2 分散式污水處理方式

分散式污水處理主要應用于山區農村地區，這些農戶在居住方面具有分散性，那么生活污水也需要進行管網敷設，開挖過程當中可能在成本方面出現一些問題，主要是采取因地制宜的方式來進行分散處理。某縣區資源豐富，現如今竹林面積已經達到了108 萬畝，年采伐量達到了3000 萬支，一年就會消耗1.5 億支。竹子開發利用過程當中需要防蟲防腐脫糖以及染色等相關工藝，其產生的廢水對當地環境造成一定的安全隱患[6]。因此目前由浙江大學專業技術設計采用UASB（上流式厭氧污泥床反應器）＋A/0（兼氧好氧技術），對全縣300 余家竹制品企業的高濃度廢水（以蒸煮雙氧水為主）進行集中處理，并結合現有資源來進行充分投入，能夠加強技術創新工作，廢水經過處理能夠實現《污水綜合排放標準》。結合高濃度竹廢水來消除行業生產污染，企業得到升級轉型。

5 結語

我國目前污水處理行業能源消耗和碳排放巨大，已經成為碳中和目標實現的障礙之一。解決這一問題可以從控制碳間接排放和直接排放兩個方面入手。對于間接碳排放，應該從污水能源回收利用方面出發，將污水中的能量回收利用，開發能源回收型污水處理技術，大幅度降低污水處理能耗，從而降低污水廠的間接碳排放；對于直接碳排放，需要鼓勵開發經濟高效型固碳技術，將碳源轉化固定，減少排放，從而實現碳減排目標。而增加碳排放監測指標，提高企業管理水平、開發新型節能減排技術、多工藝技術聯合使用是實現我國污水處理行業碳中和目標較為實際的方法。