时间： 2022-08-24 15:15
来源： 中国水网
作者： 王凯军
水务行业如何实现 “碳中和”？
今年初，国内成功举办冬奥会，并对外称这是第一次“零碳冬奥”。王凯军分析，虽然冬奥会在场馆方面为实现零碳付出了各种努力，但实际上，在冬奥会场馆中真正做到绿色低碳东西是非常有限的，场馆本身采用的可以实现零碳的技术和手段其实很少，主要还是通过外界技术手段达到零碳目的。
丁仲礼院士提出，要实现碳中和，要经历四步减排路径：第一步“控碳”，到2030年，二氧化碳排放总量控制在100亿吨之内；第二步“减碳”，到2040年，争取排放总量控制在85亿吨之内。基本完成交通和建筑领域低碳化改造，工业领域全面推广用煤/石油/天然气＋氢＋电取代煤炭的工艺过程，推广无碳新工艺；第三步“低碳”，到2050年，碳排放控制在60亿吨。建筑和交通领域达到近无碳化，工业基本完成低碳化改造；第四步“中碳”，到2060年，碳排放总量控制在25—30亿吨。火电控制在10亿吨，除交通和建筑领域外，工业领域也全面实现低碳化。
要完成这四个阶段的目标，水务行业具体该如何做呢？
王凯军介绍，当前在水务行业中，有两个助力实现低碳目标的主流观点：一，污水处理行业采用绿色电力，可直接“躺平”；二，与其他行业一样，考虑工业绿色转型，解决攻克转型中的关键技术，并考虑清洁能源替代、资源循环利用等因素。第二种途径需要行业为此做更多工作，付出更多努力。
王凯军表示，他个人不太赞成“奥运场馆模式”，也不太赞成全部采用绿色电力，自然躺平的模式。从国家角度来说，双碳战略是重大决策，还被纳入了生态文明建设的整体框架，在这一框架下，双碳战略被赋予了更深刻的内涵。他认为在双碳战略下，以什么途径实现碳中和是关键性的问题。在这一过程中，企业要主动面对经济结构转型升级的迫切需求而转型，要顺应技术进步趋势，推动技术能效提升。还要树立企业低碳、可持续发展的形象，迎接新的市场机遇，升级企业盈利模式，将碳交易变现为碳资产。
污水处理碳中和技术发展方向
王凯军介绍，水务行业有两大与双碳战略相关的热门技术。一个是厌氧氨氧化技术，marc strous在《science》发文称，污水处理厂如果使用主流厌氧氨氧化技术，可产生44.4%的能量，实现能源自给，就完全可以成为 “碳中和”污水厂；另一大技术是好氧颗粒工艺，可以减少70%的占地和30%的能耗。
这两大技术都是污水处理领域中起到革命性作用的工艺，但是否能引领21世纪污水处理行业的发展呢？
厌氧氨氧化工艺
王凯军表示，在主流厌氧氨氧化工艺发明之后，demon ® hydro-cyclones、paques anammox ® process、anita™mox/anoxkaldnes™ mbbr等工艺都开始大规模中试或生产性的试验，但在这个过程中，产生了一些问题。
目前最有希望的demon ® hydro-cyclones工艺无法定量描述和控制anammox在主流脱氮中去除率。王凯军曾参观dokhaven地下污水处理厂改造项目，该项目a段出水采用厌氧氨氧化颗粒污泥，在运行过程中，随着时间，悬浮物和cod波动，厌氧氨氧化颗粒污泥出现了解体现象。王凯军团队曾两次邀请该厂管理者来中国一起进行中试，但也遇到了类似问题，这是在现有技术框架下不太容易解决的问题。
在双泥龄主流高效复合脱氮技术问世后，王凯军等也在国家项目下进行了中试，取得了比较好的效果，并且在首创环保集团2万吨/d的污水处理厂和雄安容东片区4万吨/d的厂都采用了双泥龄主流高效复合脱氮技术。但在运营过程中，出现了两个问题：一是mbbr的搅拌和吹扫的能耗大大地抵消了厌氧氨氧化节约的能源，二是外回流（100%）和内回流（200%）稀释造成的低浓度，增加了厌氧氨氧化对亚硝化的控制难度。这一技术工艺仍然具有优势，但如果无法节能，就不符合“双碳战略”的大背景，产生一系列问题。
好氧颗粒污泥工艺
好氧颗粒污泥工艺具有许多优势，最突出的优势是可节约70%的占地面积，因为土地资源具有不可再生属性，是可持续发展中的重要内容；好氧颗粒污泥工艺的反应器形式是序批式，不需要回流，可高效节能30%以上；此外，好氧颗粒污泥工艺出水水质良好，其出水tn可低于4mg/l，tp仅为0.3 mg/l，是非常有希望的工艺。
北控工业环保龙游项目三期采用好氧颗粒污泥技术，占地面积仅为一期、二期的三分之一左右
虽然有以上优势，但好氧颗粒污泥工艺仍存在一定的局限性，好氧颗粒污泥工艺只是有限的节能，与碳中和目标仍存在加大差距，因此，（连续流）好氧颗粒污泥在碳减排上的优势有限。
分析以上两大工艺的优缺点之后，王凯军总结，厌氧氨氧化工艺和好氧颗粒污泥工艺这两个20世纪以来重大的技术进步在实现碳中和的道路上能提供的支撑较为有限。
实现碳中和需锚定新技术工艺
王凯军认为，污水处理行业在碳中和目标下的技术发展方向需考虑以下四点：
1、资源化：行业需要重视资源的循环利用，特别是n、p等营养物的回收。目前所有污水处理工艺都没有对n进行回收，n和p的回收与可持续发展相关，必然是下一步的重点。
2、碳中和：要降低能耗和物耗，实现减污降碳。将双碳目标纳入生态文明框架进行考量，就应当重视这一点。
编辑： 赵凡
清华大学环境学院教授、博士生导师
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