水务行业行动能耗较群集的行业,对电力、化学药剂的消磨都直接或间接促使巨额温室气体排放。所以,尽疾通过手艺立异、能源高效干净行使、智能坐褥等法子奉行低碳革新,消重行业碳排放,有帮于为全行业供给更为广宽的起色空间。同时,以干净能源代替化石能源消磨,筑造绿色电力操纵渠道,将有帮于进一步抵消行业碳排放,赋能家产绿色低碳转型。
水务行业是指由原水、供水、节水、排水、污水执掌及水资源接纳行使等组成的家产链,如图1所示。都邑水务行业是都邑起色、住民生涯和工业坐褥等的根柢,其行业上游是原水的获取,水资源获取的形势(地表水、地下水)及水源地的品德情状直接影响着供水本钱与能耗;行业下游是污水与污泥的执掌解决,城镇住民耗水量、节水情状及污水厂工艺手艺和智能化统造秤谌将直接影响污水执掌的归纳能耗及药剂消磨。
据数据统计,2020年天下城镇污水执掌全进程碳排放量为3 416.0万t CO2,碳抵消量为769.1万t CO2,净排放量为2 646.9万t CO2,天下城镇供水体例碳排放量超出2 200万t CO2。由此可见,水务行业告竣碳减排对我国早日告竣“碳达峰”“碳中和”有着紧要道理。
由水源处博得的原水正在源委原水管网输送、水厂执掌、供水管网输送后送入千家万户。原水管网输送、供水管网输送进程中需通过多级泵站、泵房执掌,此进程中水泵消磨电能的间接排放是要紧的温室气体排放形势。水厂执掌进程中通常不直接排放温室气体,其间接排放源于筑造运转发生的能耗,以及预执掌合头加氯、絮凝剂和消毒剂投加发生的药耗。
赵荣钦等连结郑州市水源提供情状及合连数据举行阐明企图,结果解释,都邑依赖地下水开采和南水北调供水的取水体例碳排放值达0.14 kg/m3,造水和输配水进程能源强度永诀为0.543 kW·h/m3和0.320 kW·h/m3。根据2020年天下单元火电发电量CO2排放量换算,造水和输配水进程的CO2排放量永诀为0.452 kg/m3和0.266 kg/m3,造水进程对碳排放的功劳率更大。
生涯污水执掌的碳排放形势要紧分为直接排放和间接排放。此中,直接排放通常为污水执掌进程中,因为水中有机污染物被降解,开释了CO2、CH4和N2O等温室气体,进入大气;间接排放通常为污水执掌进程中,所操纵的征求电、气和药剂等所折算的碳排放。
马博雅等通过调研提出,相较于直接排放,目前关于间接排放方面的琢磨较为长远,手艺偏向也较昭彰,合连琢磨要紧纠合正在节能降耗和污水能源回用两个方面。北京都邑排水集团与深圳水务集团两家界限较大的水务公司曾永诀对污水执掌进程温室气体排放情状举行测算,结果解释正在污水执掌的进程中,因电力消磨导致的间接排放及脱氮进程中发生的氮氧化物直接排放是温室气体排放量的要紧构成,占排放总量的80%~90%。
供水进程中的碳排放要紧纠合正在管网输送及执掌筑造用电、药剂操纵,削减药剂消磨、推进节能减排、削减单元能耗碳排放量等设施均有帮于告竣供水合头的碳减排。
摩登饮用水正在加工执掌进程中,需经加氯消毒去除大片面微生物,先后经混凝重降水处理、煤砂滤池、活性炭池的过滤和吸附举行执掌。所以,优质的水源地将供给更高品德的原水,相应地,其执掌进程所消磨的药剂量更低,碳排放更低。加强对水源地的珍爱,不单有帮于抬高生态境况质地,还可能消重清水执掌进程中心接碳排放。
抬高非化石能源发电量是电力行业告竣“碳达峰”的紧要途径。琢磨解释,水厂的能源消磨占到总本钱的20%以上,此中征求水泵、风机等正在内的合头能耗筑造耗能超出总能耗的85%。中电联合连数据解释,2020年和2021年天下全口径非化石能源发电量永诀为9.8×108kW和1.11×109kW,永诀占到当年总发电装机容量的44.7%与47%。抬高水厂用电中非化石能源的比例,可有用消重清水执掌进程中的能耗与碳排放。东京自来水公司连结试运转企图与本质发电生效,评估太阳能发电筑造和水力发电筑造的操纵寿命永诀为20年和22年,正在大多体例的救援下,通过自用和售电得益的格式,可得当消重电力本钱、削减碳排放,希望正在寿命期内收回配置和维持本钱。丰顺大罗水厂的配置进程中充斥行使了厂区修筑物房顶及池体,通过采用“门式刚架屋面加盖”等格式的光伏筑造铺设,为厂区坐褥用电供给保护并箝造了池体内水藻发展。
少人/无人化水厂是现在摩登化水厂起色的要紧标的之一,为告竣高效、少人为、自愿化的筑造运转,将电气自愿化及人为智能应用于水厂,将有帮于抬高坐褥统造服从,保护供水牢靠性,消重差错、削减能耗(图2)。以姑苏吴中水厂为例,该厂通过电气自愿化管造体例的利用,告竣精准排泥,同时自愿加药体例可能与水源地水质、进程水水质、出厂水水质告竣多参数联动,通过数据教导坐褥统造,有用消重了能耗,抬高了事情服从。其自研的管网补氯一体化安装可告竣联网全自愿化运转,消重前端余氯目标,有用晋升下游管网余氯,晋升用水品德(图3)。武汉余氏墩水厂正在自愿化改造中,配置了采用PLC管造的自愿加药管造体例、进排水自愿管造体例等,告竣匀称配水、牢固出水,消重了能耗。
图2 自愿化智能加药投加体例使重淀池出水搅浑度振动削减50%,出水余氯目标振动削减45%
正在事情实验中,电气自愿化管造手艺对抬高坐褥服从、削减劳动力本钱、消重能源与资料的消磨等有着较为明明的踊跃效力,然而其正在面临片面坐褥预警时,比拟于事情经验丰裕的熟练手艺工、工程师,存正在执掌上的滞后性,且关于突发性题方针治理技能有限,仍需人力介入。所以,推进起色供水行业人为智能手艺尤为紧要,可依托人为神经汇集与自我进修技能,预测用水需求并智能化调控筑造功率,及时根据水源质地调理工艺确保出水牢固,智能预测水质振动并实时预警等。
我国供水管网配置年代跨度大,管道类型多数有钢管、铸铁、球墨铸铁水处理、预应力混凝土、塑料等,管道计划日益庞大精密,受地质变更、道面重降、施工、资料老化、道道振动等成分影响,自来水管道渗漏难以避免。渗漏导致的清水表泄将进一步抬高水厂面临一致用水需求时的执掌水量,有需要对管网巡缉、检漏专业事情职员加强进修,并更新检测手艺,进而确保供水管网运转牢固。
与钢铁、有色金属行业等高耗能的行业比拟,污水执掌体例的能耗因其相对较低,被人们长远纰漏,但本质上污水执掌也属于能耗群集型行业。通过加强资源再行使、优化污水执掌工艺与手艺、消重单元用电碳排放等有帮于污水厂告竣节能减排。
关于经执掌后到达非饮用水轨范的尾水,可正在检测后确保其到达合连回用水质央求,用于不与人体直接接触的用水,比方可用于厂区/园区绿化用水、风机冷却轮回水及带式脱水机的滤带冲刷水等。
生涯污水的执掌手艺多种多样,但目前利用普通、手艺成熟的执掌手艺通常是通过表部增添能源、碳源或药剂对污染物举行降解,此进程会向表界境况排放巨额温室气体,削减非常能量、碳源的输入,将有帮于消重污水厂碳排放。正在副产物行使方面,现在的工艺手艺中多采用点火发电、厌氧消化产出甲烷、生物产氢等途径,对污水执掌进程中其副产品污泥举行能源转化。比方,日本片面污水厂将热能用于供暖及融雪工程;德国卡地茨污水执掌厂归纳行使太阳能发电、废水发电、热能发电、沼气发电4种发电格式治理厂区自己电能需求;青岛光威污水执掌厂、六圩污水执掌厂行使沼气发电手艺削减表部输入电能。Schaubroeck等与Besson等将人命周期评估法利用于奥地利Strass污水执掌厂的工艺琢磨,解释污泥消化发生的沼气等可坐褥弥漫电力并对表输出并网,获取必定经济好处。图4呈现了美国格雷沙姆污水执掌厂通过工艺优化抬高沼气产量,操纵燃气发电机组将可再生沼气热电联产与太阳能发电协同业使,告竣能源净零,厌氧发酵池的副产物仍可行动肥料回用于农田。
王京凡等的琢磨也指出,他日可延续的工艺是新型AB工艺,即A段负担高效碳拘捕,方针是使污水中的有机物正在生物氧化之前被拘捕,后续用于能量接纳,B段奉行低碳新手艺(如操纵厌氧氨氧化手艺削减表加碳源),进一步去除污水中的污染物。
国内污水厂的耗电量多数达0.29 kW·h/m3,相较于美国的污水厂耗电量(0.2 kW·h/m3)而言,该数据明晰远超繁度。通过工艺改良,正在消重单元废水执掌耗电量的同时,削减的单元电耗碳排放量将有帮于消重厂区整个碳排放量。污水厂占地较大、楼层较低,采用太阳能、风能等新能源将有帮于削减厂区所用市电需求量(图5),Goswami等琢磨了正在污水执掌体例中开拓浮动太阳能光伏(FSPV)体例,将光伏组件漂浮正在水面上告竣太阳能发电,15 MW太阳能光伏体例可向电网供能26 465.7 MW·h/年,削减蒸发788万m3的水,削减CO2排放量近52万t,有帮于污水厂向可延续起色转型。刘玉涛等对山东某地下污水厂发展实例阐明,论证了通过配置包蕴光伏发电、沼气发电等正在内的多能互补归纳能源体例,可告竣污水厂的牢固供电,每年可俭仆轨范煤2 855 t,减排CO2以及其他大气污染物排放7 699 t。
水是人类平素生涯和社会起色弗成或缺的紧要物质资源,污水直排所发生的黑臭水体正在厌氧境况中会扩大巨额碳排放。水务行业的减碳措施既可能直接饱动水境况解决合头的碳排放协同管造,又可有用笼罩全行业用水进程的碳减排。“低碳水务”可通过新手艺的利用消重单元用电量和药剂投加量,从而削减非常能量和碳源的输入,同时依赖厂区内新能源的操纵、副产品能源转化等格式告竣供排水行业“碳中和”标的。
水务行业告竣“碳中和”不是马到凯旋的,既要避免运动式的“碳冲锋”,也要避免全行业从业者对告竣“碳中和”的“事不对己”。需求昭彰阶段性起色标的,优先削减厂区能耗、物耗,连结手艺立异、工艺改革告竣“碳达峰”,再进一步通过引入新能源、消重单元水执掌碳排放过渡至“碳中和”。通过阶段性标的的设立及从业职员培训,慢慢抬高水务行业事情职员对告竣“碳中和”需要性、遑急性的剖析,自上而下与自下而上同步抬高全行业搜求节能减排手艺与统造设施及踊跃性。
进一步研发清水执掌、污水解决进程中的新手艺、新筑造,抬高执掌运转服从、削减能耗与药耗、扩大能源接纳行使比例,踊跃开拓征求太阳能、风能等合用于水务行业的可再生能源,推进工艺进程无人化、执掌安装智能化,告竣水务行业执掌厂牢固运转、俭仆表能输入、资源再行使,使合连执掌进程由能源消磨型转化为能源表溢型,告竣“碳中和”运转,激动征求温室气体减排手艺正在内的研发与利用。
全人命周期评议有帮于清爽量化各流程中物质滚动时碳排放情状,阐明碳萍踪,评估区别流程、区别手艺下厂区温室气体排放潜能。应进一步健康水务行业全链条产物人命周期评议,告竣“水源-清水解决-终端用水-污水解决-排水”全进程碳排放评议,为开拓绿色低碳水务产物、进一步消重水务行业碳排放供给支持。双碳后台下的水务行业可连续发达远景探析水处理