雙碳背景下城市污水處理廠清潔生產審核研究

連劍斌，譚杞安，王 奎

（1.清遠市嘉清源環保水務有限公司；2.清遠市清環環保有限公司；3.清遠市供排水處理中心，廣東 清遠 511500）

2020年，我國向世界鄭重宣布，中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和[1]。雙碳目標的提出對經濟社會轉型發展起到很好的導向作用，有助于加快高耗能、高污染型企業淘汰，推動企業生產工藝的迭代升級。從碳達峰到碳中和，我國提出的時間是30年。這就要求每個行業做到內部挖潛，尤其是碳排放較大的行業，更要主動擔負責任，以實際行動降低碳排放，為雙碳目標實現貢獻力量。城市污水處理廠是碳排放大戶，具有極大的節能減排潛力。據統計，污水處理行業碳排放量占全社會總排放量的1%～2%[2]。城市污水處理廠直接承擔著城市大量污水處理責任，污水處理規模、處理工藝、處理設備等因素都會直接影響生產作業環節能源消耗。此外，臭氣、生產噪聲及固體廢棄物也會在污水處理過程中產生，從而影響周邊環境[3]。

與發達國家已經實現碳達峰相比，我國雙碳目標任務還較艱巨。許多行業、系統還處于初始探索階段。我國政府為推動雙碳目標預期實現，采取一系列重要措施，出臺一系列重要法律法規，也相繼圍繞土壤、大氣、水環境污染治理開展一系列專項行動。因地制宜推動污水資源化利用設施布局，在處理城市污水的同時，最大限度降低碳排放。全國各大城市要結合本地實際，圍繞城市污水處理規模、經濟發展水平，合理布局城市污水處理機構，圍繞節能低碳、安全高效、系統協調，做好城市污水收集處理，并實現資源最大化利用。從碳排放角度來看，污水處理廠在處理污水的過程中既有直接的碳排放，也有間接的碳排放。其中，污水處理電力消耗、藥劑使用均為間接排放，清潔生產審核是源頭控制碳排放的重要手段，通過清潔生產審核將高耗能設備進行優化、升級、改造，還可通過改進污水處理廠生產工藝，降低污水處理過程的碳排放，實現清潔生產目標。

1 清潔生產審核預評估

某城市污水處理廠于2000年1月建成，并正式啟動運行。污水處理采用連續活性污泥系統（CASS），處理后達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級B 標準。

1.1 現狀評價

審核小組采用現場資料收集、生產報表調閱等方式，了解該污水處理廠生產工藝、設備運行、原料及能源消耗、廢棄物處置等，并深入調查水耗、能耗大的環節。一是原輔材料及能耗。主要為電耗、水耗及絮凝劑消耗。其中，單位產品新鮮水、電、絮凝劑的消耗分別為36 t/萬t 產品、0.29 kW·h/t 產品、10.3 kg/萬t產品。二是產品。經CASS 工藝處理，化學需氧量（COD）、懸浮物（SS）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、五日生化需氧量（BOD5）的去除率分別達到91.0%、97.5%、65.8%、88.3%、91.4%，處理效果穩定。但是，總磷（TP）去除率為76.3%，出水濃度小于1 mg/L，效果不理想，要進行工藝優化，如表1所示。三是污染物。該污水處理廠在生產作業過程中會產生污染物。污水預處理階段會產生噪聲、臭氣等；污水處理過程會產生噪聲，排放含二氧化硫、硫化氫等氣體的污染物；污水處理末端還會生成污泥等。此外，污水提升泵、鼓風機、污泥脫水機等設備運行過程會產生較大噪聲。污水處理廠的CASS 反應池、污泥脫水車間等場所排放含硫惡臭污染物。脫水污泥為主要固體廢棄物。

表1 污水處理廠進出水水質及污染物的去除率

1.2 評價指標

城市污水處理廠清潔生產審核評價分為定性評價和定量評價。定量評價指標包括資源能源消耗、出水水質、污染物產生、廢物回用等。定性評價則是指城市污水處理廠清潔生產定性指標評價，通常以有沒有、正常不正常、能不能以及管理效率等進行判斷，并將其以分值形式進行量化，得出評價分值。定性評價指標有環節管理及相關法規落實情況。通過審核指標確定、資料收集、現場踏勘等，確定電耗、水耗、污染物去除率作為審核重點。

1.3 審核目標

按照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準，設置清潔生產審核目標，如表2所示。能源消耗指標包括單位產品新鮮水耗和單位產品電耗；產品指標為出水TP 濃度。近期目標的預期實現時間為2022年底，遠期目標的預期實現時間為2024年底。

表2 污水處理廠清潔生產審核目標

2 清潔生產方案及實施

2.1 清潔生產方案篩選

根據投資高低，可將清潔生產方案進一步細分為無費方案、低費方案、中費方案和高費方案。目前，城市污水處理廠清潔生產審核對此四類未有統一標準。綜合城市污水處理廠運營特殊性及該污水處理廠實際運行財務情況，明確不同類型清潔生產方案的劃分標準。一是無/低費方案，投入小于5 萬元；二是中費方案，投入介于5 萬～10 萬元；三是高費方案，投入大于10 萬元。經設計，清潔生產方案有12 個，其中，中/高費方案有1 個。

2.2 中高費清潔生產方案

2.2.1 工藝優化

該污水處理廠采用CASS 工藝，其能耗占總運行能耗的60%左右，因此要進一步優化CASS 工藝，提升生物反應池內溶解氧濃度。通過控制曝氣時間和曝氣閥開度，可降低能耗，提升污染物去除效果。將盤式曝氣器更換為管式微孔曝氣器（5 套）；將曝氣電動蝶閥更換為電動調節蝶閥（5 套），并更換配套曝氣總管，精準控制曝氣量。雙碳背景下，應提升污水回用率，減少碳排放。

2.2.2 設備選型

優選先進設備，淘汰落后低效設備，節能效益顯著[4]。該污水處理廠使用帶式污泥濃縮脫水一體機，故障頻發，污水和污泥常出現跑冒滴漏現象，導致污泥脫水車間環境衛生較差。為此，決定新增污泥濃縮脫水一體機2 臺。鼓風機能耗占比較高，更換為效率高、能耗低的鼓風機。將傳統曝氣器更換為低阻力的剛玉曝氣器。采用變頻水泵和普通水泵的組合方案，解決進水量不穩定難題。

2.2.3 智能控制

選用智能生物控制系統，根據污水處理廠水質及運行狀況，自動給出控制參數，優化內外回流比，降低電耗。新增智能加藥系統一套，全自動計算與控制投加的聚合氯化鋁（PAC），確保除磷工藝按需自動加藥，降低藥劑使用量，減少碳排放。改造曝氣池，采用集成軟件和硬件的智能曝氣控制系統，自動控制調節閥、鼓風機，按需調節、分配曝氣量，精準控制溶解氧。

2.3 清潔生產方案實施

將清潔生產審核方案應用于該污水處理廠，取得良好預期效果，方案實施前、后審核目標各項指標值如表3所示。

表3 污水處理廠清潔生產審核目標指標值對比

3 清潔生產效益分析

該污水處理廠實施的清潔生產無/低費方案有11 項，中/高費方案有1 項，清潔生產方案共計12 項。方案實施以來，該污水處理廠在經濟、技術、環境等方面取得良好效益。清潔生產審核方案的實施累計投資約112 萬元，每年可顯著節約水、電能和絮凝劑。本輪清潔生產審核結束后，優化CASS 工藝，將盤式曝氣器更換為管式微孔曝氣器，將曝氣電動蝶閥更換為電動調節蝶閥，新增污泥濃縮脫水一體機，配套增加無軸螺旋輸送機，選用高效填料塔藥劑洗滌裝置，新增智能加藥系統一套，設備運行更加穩定、高效和智能。近期單位產品新鮮水耗減少74.02%，單位產品電耗降低27.59%，總磷去除率提升31.58%。出水水質指標已能穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準。每年減少污染物排放量169.73 t，進一步降低碳排放，處理后的中水用作城市綠化用水、市政用水，改善水體環境，取得良好環境效益[5]。

4 結語

雙碳背景下，城市污水處理廠清潔生產潛力大，要從定性指標、定量指標兩個方面確定城市污水處理廠清潔生產審核重點。城市污水處理廠要積極采用低碳處理工藝，提高污水處理效率和回用率，減少新鮮水消耗，優化設備選型及布置，降低能耗。相比設備增加的投入，選用高效低耗設備，雙碳效益往往更佳，可以促進經濟、社會、環境的可持續發展。