水务行业碳中和工作要点分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：王淏阳（1988），男，汉族，河北辛集人，中级职称，硕士研究生，研究方向为环境工程；刘娟江（1976），男，汉族，河北石家庄人，本科学历，工程师，从事城镇供排水管理工作。-121-水务行业碳中和工作要点分析 王淏阳 刘娟江（通讯作者）河北建投水务投资有限公司，河北 石家庄 050000 摘要：摘要：积极应对气候变化是我国实现可持续发展的内在要求,也是负责任大国应尽的国际义务和应有的历史担当。通过汇总统计水务企业碳排放现状，分析碳排放来源，提出水务企业实现绿色低碳发展的 6 项关键工作方向：办公出行绿色化、漏损浪费最小化、资源利用最大化、外购资源减碳化、处理工艺节能化、运营管理智能化，通过对“六化”工作内容的把握与具体实施，抢抓“碳达峰、碳中和”绿色产业发展机遇，构筑全面低碳技术改革优势，加快优化水务产业结构，提高水务行业绿色低碳竞争力。关键词：关键词：水务行业；碳排放；碳中和 中图分类号：中图分类号：X52 “碳达峰、碳中和”重要指示精神，是我国贯彻新发展理念、推动高质量发展的必然要求，同时也为水务行业企业“十四五”及以后更长时期的低碳优化转型指明了方向。为贯彻落实“碳达峰、碳中和 重要指示精神，实现“减排降碳、低碳发展”协同效应，争当水务行业低碳转型的先行者、引领者、推动者，为国家战略决策落地、实现可持续发展贡献应有的力量，现对水务行业碳中和工作要点进行分析。1 水务企业碳排放现状 水务行业所属的企业根据业务性质，一般分为办公企业、供水企业及排水企业三大类，根据碳排放源类型不同，以碳排放核算边界方法学为依据，三类企业碳排放分类及碳排放源因子统计见下表。2 水务企业碳排放场景分析 2.1 办公企业 主要为办公场所人员及办公用电、供热、燃气等，涉及外购电力及外购热力的碳排放。2.2 供水企业 一般供水企业产生污泥均委托第三方进行处理，故不涉及处理污泥产生的碳排放。供水企业主要以生产用电为主，包含办公区办公用电、企业供热、燃气等涉及外购电力及外购热力的碳排放。2.3 排水企业 市政排水企业污水处理一般采用好氧工艺，工艺流程不含厌氧工艺，故不涉及去除COD产生的碳排放。产生污泥一般委托第三方进行处理，故本企业不涉及处理污泥产生的碳排放核算。但污泥的资源化重复利用及排放减量可减少对碳源、药剂的消耗，并减少第三方处理污泥总量，减轻企业上下游相关行业碳排放压力，实现社会总体双碳效益的实现。排水企业碳排放以处理TN产生的碳排放及以生产用电为主，包含办公区办公用电、企业供热、燃气等涉及外购电力及外购热力的碳排放。3 水务企业碳达峰预测 通过收集企业历史数据，根据生态环境部 2018 年4 月颁布的 城镇污水处理厂污染物去除协同控制温室气体核算技术指南(试行)中对碳排放总量的核算方法，对企业碳达峰进行预测。碳排放总量核算分为确定核算边界、选择核算方法、收集活动水平数据并确定排放因子、质量控制、形成核算报告等步骤，具体核算步骤如图 1。表 1 水务企业碳排放分类及主要碳排放源因子统计表 企业种类 主要碳排放源因子 化石燃料排放 工业生产过程排放 废弃物处理排放 外购电力消耗排放 外购热力消耗排放 办公企业 供水企业 排水企业 产生 N2O 中国科技期刊数据库 工业 A-122-图 1 碳排放总量核算具体流程 具体核算方法如下：3.1 回收甲烷（CH4）产生的温室气体减排量 E1=WCH4GWPCH4 式中：E1城镇污水处理过程中回收 CH4 折算为二氧化碳当量的年减排量，tCO2eq/a；WCH4城镇污水处理过程中作为污染物的 CH4年回收量，tCH4/a；GWPCH4CH4全球增温潜势值，取值为 21。3.2 去除 COD 产生的温室气体排放量 E2=(RCOD-SGs)EFCH4WCH4GWPCH4 式中：E2去除城镇污水中 COD 所产生的 CH4 折算为二氧化碳当量的年排放量，tCO2eq/a；RCOD城镇污水处理 COD 年去除量，tCOD/a；SG城镇污水处理厂污泥干物质年产生量，t/a；s城镇污水处理厂污泥干物质中有机物质含量，取 tCOD/t；WCH4城镇污水处理厂 CH4年回收量，tCH4/a；EFCH4CH4排放因子，tCH4/tCOD；GWPCH4CH4全球增温潜势值，取值为 21。3.3 处理污泥产生的温室气体排放量 E3=SRsDOCfMCFFCCH4/CGWPCH4 式中：E3城镇污水处理厂去除污泥产生的CH4折算为二氧化碳当量的年排放量，tCO2eq/a；SR污水处理厂污泥干物质年去除量，t/a；s城镇污水处理厂污泥干物质中有机质含量，取 tC/t；DOCf污泥干物质中可降解有机碳比率，取值为50%；MCFCH4修正因子，完全厌氧取值为 1，完全好氧取值为 0；F可降解有机碳中可产生 CH4 的碳的比例，取值为 50%；CCH4/CCH4/C 分子量之比，为 16/12。3.4 去除 TN 产生的 N2O 排放量 E4=RTNEFN2OCN2O/2NGWPN2O 式中：E4城镇污水处理厂年去除 TN 产生的 N2O 折算为二氧化碳当量的年排放量，tCO2eq/a；RTN城镇污水处理厂 TN 年去除量，tN/a；EFN2O污水中单位质量的氮能够转化为氧化亚氮的 氮 量，好 氧 段 取 值 为0，缺 氧 段 取 值 为0.005tN2O-N/tN；CN2O/2NN2O/N2分子量之比，44/28；GWPN2ON2O 全球增温潜势值，取值为 310。3.5 城镇污水处理消耗电力产生的 CO2排放量 E5=EHEFCO2GWPCO2 式中：E5城镇污水处理厂污水处理设备运行年耗电力产生的 CO2排放当量，tCO2eq/a；EH城镇污水处理厂污水处理设备运行年耗电量，MWh/a；EFCO2电力 CO2排放因子，tCO2/MWh；GWPCO2CO2全球增温潜势值，取值为 1。3.6 温室气体净减排总量 基于城镇污水处理厂实际运行情况，温室气体净减排量核算可表示为：Eg=E1+E2+E3+E4+E5 式中：Eg与城镇污水处理相关的温室气体排放总量（计算结果如为负值表示净减排，为正值表示净增排），tCO2eq/a；E1城镇污水处理回收的CH4折算为二氧化碳当量的年减排量，tCO2eq/a；E2城镇污水处理去除 COD 产生的 CH4折算为二氧化碳当量的年排放量，tCO2eq/a；E3城镇污水处理去除污泥产生的CH4折算为二氧中国科技期刊数据库 工业 A-123-化碳当量的年排放量，tCO2eq/a；E4城镇污水处理去除 TN 产生的 N2O 折算为二氧化碳当量的年排放量，tCO2eq/a；E5城镇污水处理消耗电力所产生的CO2排放当量，tCO2eq/a。4 水务企业碳中和总体目标及方向 根据对水务行业上下游产业链的情况收集与研究，从物质循环角度分析“碳足迹”。聚焦供水及污水处理领域，根据水务行业自身特点及行业发展形势，水务行业最直接的碳中和手段是能源自给及减污降碳的协同增效。供水企业及排水企业能耗较大，尤其是用电量和药剂量较为突出，实现电能下降和药耗下降是碳减排最有效的途径。通过对各类水务企业所有涉及的碳排放场景进行具体汇总分类，现围绕“办公出行绿色化”、“漏损浪费最小化”、“资源利用最大化”、“外购资源减碳化”、“处理工艺节能化”、“运营管理智能化”等“六化”内容中心环节，抢抓“碳达峰、碳中和”绿色产业发展机遇，构筑全面低碳技术改革优势，加快优化产业结构，提高水务企业绿色低碳竞争力。5 水务企业碳中和具体工作要点 5.1 办公出行绿色化 5.1.1 建筑物节能改造 把好新建建筑节能设计关，推广建筑节能材料使用，对已有建筑物进行采光、保温等进行节能改造，对企业照明、光源进行节能改造，建筑物内部使用节能智能电器。5.1.2 车辆能源改造 提升交通用能电气化水平，对公务用车、厂站内部通勤车、巡检维修用车等进行更新，推广节能环保汽车和新能源汽车的使用。5.1.3 厂区及办公区绿化升级改造 对厂区及办公区绿化进行升级，增加绿化面积、优化绿植种类，增强对二氧化碳吸收。5.2 漏损浪费最小化 5.2.1 管网漏损控制 通过分区计量、定期巡检等方式对管网漏损情况进行排查，并及时维修、改造以降低管网漏损率，减少因管网漏损造成的能量损耗。5.2.2 水库蒸发渗漏量控制 开展相关技术措施研究和改造，有效降低水库蒸发渗漏量。5.2.3 水厂自用水率控制 进行水厂反冲洗水的用量控制和回收利用，降低上游输水能耗。5.2.4 能源消耗量控制 优选效率高、工艺适应性强的生产药剂，投加精细化控制，降低原材料的使用。5.3 资源利用最大化 5.3.1 开发利用污水热能（余温）通过水源热泵交换回收热能，实现厂区乃至周边区域的供暖供给，间接减少碳排放。5.3.2 优化工艺回收有机物能量 通过优化工艺将污水、污泥中 COD 转化为能源物质(如甲烷)，利用沼气热联发电反哺污水处理厂运行，减少因发电而间接产生的碳排放。5.3.3 氮、磷资源的回收与利用 利用先进工艺，对污水处理厂进行工艺升级改造。进一步降低排放污水中的氮磷指标，并通过鸟粪石回收污水中氮、磷资源，间接减少碳排放。5.3.4 剩余污泥资源化的研究 剩余污泥通过厌氧消化等工艺流程，转化为甲烷等能源物质，并加以有组织收集利用，实现资源化。5.3.5 增加剩余污泥产量的研究 保障生产运营安全可靠的前提下，进水引入食品、屠宰等高碳、高 COD 生产废水；后端污泥厌氧消化时混入餐厨垃圾、果蔬垃圾等高碳易生化固废等方式，增加剩余污泥产量，实现外源的碳增量。5.3.6 污水处理厂提升进水收集效率及 COD 负荷的研究 提升污水管网收集效率，提高污水进水 COD 负荷（减少或取消小区内部化粪池等方式）可最大限度避免碳源流失并减少后续工艺外部碳源的添加，实现内源碳平衡。5.4 外购资源减碳化 5.4.1 太阳能、风能利用等 研究在开阔场地建设太阳能利用设施的可能性，屋顶光伏等分布式光伏系统，分散性风电系统等。5.4.2 供热、供暖系统改造 中国科技期刊数据库 工业 A-124-如当地政策允许，采用太阳能、地源热泵、水源热泵、空气源热泵等清洁能源供热、供暖、制冷等。5.4.3 污水、污泥的资源化和低碳处理 污水、污泥的资源化和低碳处理是实现污水厂“碳中和”的核心，一方面是利用低碳处理技术实现污水、污泥处理过程的节能降耗，另一方面是从污水、污泥中回收能源、资源。利用厌氧消化耦合硫酸盐还原技术，实现铁盐强化初沉污泥高效厌氧产沼释磷，将污水中的有机物高效转化为生物质能源，同步实现高效磷回收；利用沼渣深度处理技术，将铁盐进行循环利用，同步实现沼渣大幅减量；构建侧流短程硝化+主流短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统，利用主流城市污水厌氧氨氧化技术，实现污水高效低碳脱氮，进一步降低能耗、减少污泥产量、提高出水水质；建立污水处理新工艺的智能控制系统，实现城市污水低碳处理技术的智能控制和智慧运行，保障出水水质。5.5 处理工艺节能化 5.5.1 优化工艺降低生产过程直接碳排放 通过短程硝化-反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷等工艺优化，降低外部碳源、除磷剂投加，直接或间接降低碳排放。5.5.2 先进节能技术研究与示范应用、推广 针对性地开展新技术新工艺的研发工作，积极推进节能和资源集约型科技项目示范与成果的推广应用。5.5.3 高能耗生产运营设备升级改造 对水泵、风机等高能耗生产运行设备进行升级改造，优化曝气系统、提升设备效率、减少生产运营能耗。推广变频技术、空气悬浮等新技术应用。5.6 运营管理智能化 5.6.1 培育健全产业链，积极探索碳交易可能 研究利用产业链集群效应，系统性降低碳排放总量；密切关注国家碳税和碳交易市场政策，积极应对。5.6.2 促进 5G、物联网、人工智能等先进信息技术应用 推进用能场景的智慧化和智能化，助力终端用能效率提高。6 水务企业碳中和工作推进要求 6.1 加强领导，统一认识 强化企业全员的低碳环保意识。统一全体干部员工的思想认识，深刻把握开展“碳中和工作对行业、企业发展的重要意义，人人明确环保责任，激发全员参与碳中和工作的积极性，主动性和创造性。6.2 注重创新，务求实效 水务企业要开拓宣传思路，加大对碳中和工作的宣传力度，切实增强各项行动影响力。同时要以各岗位员工的实际需要为导向，创新形式、内容和方法，开展适合本部门、车间、班组的低碳行动，确保碳中和工作取得实效。6.3 长期规划，有序推进 合理安排相关工作计划的开展。要集中力量解决发展中的瓶颈和主要矛盾，优先解决紧迫的、紧急的、需要快速处理的问题，对于长期的问题要制订出长期的解决措施，形成短、中、长兼顾，立体式的有序推进机制。参考文献 1宋新新.碳中和时代下我国能量自给型污水处理厂发展方向及工程实践J.环境科学学报,2022(04):53-63.2郭杨.基于碳达峰碳中和目标下供水节能降耗技术研究及管理探讨J.给水排水,2022(07):11-15.3郝晓地.剩余污泥低温干化热源首选污水厂出水余温热能J.中国给水排水,2023(06):1-8.