污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)行業如(rú)何實(shí)現(xiàn)碳中(zhōng)和(hé)？

      全球變(biàn)暖愈演愈烈，其(qí)主(zhǔ)要(yào)原因在于(yú)大(dà)量(liàng)的(de)温(wēn)室(shì)气體(tǐ)二(èr)氧化(huà)碳的(de)排放(fàng)。为(wèi)此(cǐ)低(dī)碳生(shēng)産、生(shēng)活势在必行,于(yú)是(shì)近年(nián)来(lái)許多學(xué)者(zhě)提(tí)出了(le)碳中(zhōng)和(hé)理(lǐ)念。在污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)过(guò)程中(zhōng)污水(shuǐ)中(zhōng)的(de)COD被(bèi)微生(shēng)物(wù)消耗,卻産生(shēng)了(le)温(wēn)室(shì)气體(tǐ)二(èr)氧化(huà)碳並(bìng)排入(rù)了(le)空(kōng)气当中(zhōng),與(yǔ)此(cǐ)同(tóng)时(shí)曝气等过(guò)程中(zhōng)的(de)動(dòng)力消耗也(yě)産生(shēng)了(le)許多温(wēn)室(shì)气體(tǐ)。水(shuǐ)污染解(jiě)決了(le)卻将污染轉(zhuǎn)移到(dào)了(le)空(kōng)气中(zhōng)。粗(cū)略估计，2030年(nián)中(zhōng)國(guó)整个(gè)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)行業的(de)温(wēn)室(shì)气體(tǐ)将达(dá)到(dào)全國(guó)温(wēn)室(shì)气體(tǐ)排放(fàng)量(liàng)的(de)2.95%，因此(cǐ)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)行業轉(zhuǎn)變(biàn)方(fāng)向(xiàng)，實(shí)現(xiàn)低(dī)碳甚至(zhì)零(líng)碳污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)势在必行。

一(yī)、 污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)过(guò)程中(zhōng)的(de)碳中(zhōng)和(hé)

      污水(shuǐ)實(shí)際上(shàng)是(shì)一(yī)種(zhǒng)資源與(yǔ)能源的(de)载(zài)體(tǐ)，污水(shuǐ)中(zhōng)含有(yǒu)大(dà)量(liàng)的(de)有(yǒu)机物(wù)，有(yǒu)机物(wù)是(shì)一(yī)種(zhǒng)含能物(wù)质，且(qiě)污水(shuǐ)中(zhōng)還(huán)含有(yǒu)大(dà)量(liàng)的(de)植物(wù)營養素(氮、磷、鉀)。污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)實(shí)质是(shì)通(tòng)过(guò)人(rén)工各(gè)種(zhǒng)複雜技术手(shǒu)段(duàn)，不(bù)惜消耗資源與(yǔ)能量(liàng)，来(lái)分(fēn)離、降解(jiě)、轉(zhuǎn)化(huà)污水(shuǐ)中(zhōng)的(de)污染物(wù)(绝大(dà)多數为(wèi)有(yǒu)机污染物(wù))的(de)複雜过(guò)程。換言之(zhī)，污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)是(shì)一(yī)種(zhǒng)消耗能源的(de)碳排放(fàng)过(guò)程，或(huò)者(zhě)是(shì)一(yī)種(zhǒng)從水(shuǐ)污染向(xiàng)大(dà)气污染的(de)逐漸演變(biàn)过(guò)程。傳統的(de)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)手(shǒu)段(duàn)是(shì)利用(yòng)细(xì)菌代(dài)謝污水(shuǐ)中(zhōng)的(de)有(yǒu)机物(wù)，为(wèi)了(le)使工作(zuò)效率提(tí)高(gāo)，還(huán)需大(dà)量(liàng)的(de)動(dòng)力来(lái)曝气，增加水(shuǐ)中(zhōng)的(de)DO (溶解(jiě)氧) ,在此(cǐ)过(guò)程中(zhōng)，细(xì)菌代(dài)謝会産生(shēng)大(dà)量(liàng)的(de)CO₂,为(wèi)提(tí)供曝气所(suǒ)用(yòng)的(de)動(dòng)力也(yě)会産生(shēng)大(dà)量(liàng)的(de)CO₂。
抵消的(de)碳排放(fàng)包(bāo)括哪些(xiē)呢？
      首先(xiān)是(shì)能耗，主(zhǔ)要(yào)是(shì)電(diàn)耗。從能量(liàng)轉(zhuǎn)化(huà)的(de)角(jiǎo)度(dù)来(lái)说(shuō)，傳統污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)模式本(běn)质是(shì)以(yǐ)能耗換水(shuǐ)质。我们使用(yòng)大(dà)量(liàng)電(diàn)能以(yǐ)去(qù)除污水(shuǐ)中(zhōng)的(de)污染物(wù)，間(jiān)接産生(shēng)大(dà)量(liàng)二(èr)氧化(huà)碳排放(fàng)。其(qí)次(cì)是(shì)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)需要(yào)消耗大(dà)量(liàng)燃料和(hé)藥劑，間(jiān)接排放(fàng)大(dà)量(liàng)温(wēn)室(shì)气體(tǐ)。另(lìng)外(wài)，好(hǎo)氧段(duàn)需要(yào)曝气，大(dà)量(liàng)曝气需要(yào)大(dà)功率的(de)鼓風(fēng)机来(lái)提(tí)供高(gāo)風(fēng)量(liàng)，其(qí)过(guò)程電(diàn)耗較高(gāo)。
      碩特(tè)环保通(tòng)过(guò)不(bù)斷的(de)技术创新(xīn)，主(zhǔ)要(yào)從节(jié)能減排、資源再利用(yòng)等方(fāng)式来(lái)實(shí)現(xiàn)碳中(zhōng)和(hé)。
  二(èr)、碩特(tè)环保處(chù)理(lǐ)技术
 
      如(rú)上(shàng)述公(gōng)式所(suǒ)示，有(yǒu)机物(wù)COD直(zhí)接被(bèi)氧化(huà)至(zhì)CO₂以(yǐ)这種(zhǒng)”以(yǐ)能消能”方(fāng)式去(qù)除，不(bù)如(rú)盡可(kě)能轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)可(kě)再生(shēng)的(de)能源物(wù)质(如(rú)CH₄)，使之(zhī)达(dá)到(dào)碳中(zhōng)和(hé)目的(de)，这樣(yàng)就(jiù)可(kě)以(yǐ)大(dà)大(dà)減少(shǎo)对外(wài)部(bù)能源(化(huà)石(dàn)燃料)的(de)消耗，減少(shǎo)因發(fà)電(diàn)而(ér)間(jiān)接産生(shēng)的(de)碳排放(fàng)。
1.厭氧處(chù)理(lǐ)技术
      污水(shuǐ)首先(xiān)進(jìn)入(rù)厭氧反(fǎn)應(yìng)器底部(bù)的(de)混合區(qū)，並(bìng)與(yǔ)来(lái)自(zì)回(huí)流管(guǎn)的(de)內(nèi)循环泥(ní)水(shuǐ)混合液充分(fēn)混合後(hòu)進(jìn)入(rù)第(dì)一(yī)反(fǎn)應(yìng)室(shì)進(jìn)行污染物(wù)的(de)生(shēng)化(huà)降解(jiě)，此(cǐ)處(chù)的(de)COD容積負荷很高(gāo)，大(dà)部(bù)分(fēn)進(jìn)水(shuǐ)COD在此(cǐ)處(chù)被(bèi)降解(jiě)，並(bìng)産生(shēng)大(dà)量(liàng)沼气。沼气由(yóu)下(xià)层(céng)三(sān)相分(fēn)離器收(shōu)集，並(bìng)沿着回(huí)流管(guǎn)上(shàng)升(shēng)。沼气上(shàng)升(shēng)的(de)同(tóng)时(shí)把第(dì)一(yī)反(fǎn)應(yìng)室(shì)的(de)混合液提(tí)升(shēng)至(zhì)IC厭氧反(fǎn)應(yìng)器頂部(bù)的(de)气液分(fēn)離器，沼气在此(cǐ)處(chù)與(yǔ)泥(ní)水(shuǐ)分(fēn)離並(bìng)被(bèi)導出反(fǎn)應(yìng)器。泥(ní)水(shuǐ)混合物(wù)則沿着回(huí)流管(guǎn)返回(huí)反(fǎn)應(yìng)器底部(bù)，並(bìng)與(yǔ)進(jìn)水(shuǐ)充分(fēn)混合進(jìn)入(rù)第(dì)一(yī)反(fǎn)應(yìng)室(shì)，形成(chéng)內(nèi)循环。經(jīng)过(guò)第(dì)一(yī)反(fǎn)應(yìng)室(shì)處(chù)理(lǐ)过(guò)的(de)污水(shuǐ)，会自(zì)動(dòng)進(jìn)入(rù)第(dì)二(èr)反(fǎn)應(yìng)室(shì)繼續處(chù)理(lǐ)。産生(shēng)的(de)沼气由(yóu)第(dì)二(èr)反(fǎn)應(yìng)室(shì)的(de)集气罩收(shōu)集，通(tòng)过(guò)提(tí)升(shēng)管(guǎn)進(jìn)入(rù)气水(shuǐ)分(fēn)離器。第(dì)二(èr)反(fǎn)應(yìng)室(shì)中(zhōng)的(de)混合液在沉澱區(qū)進(jìn)行固液分(fēn)離，處(chù)理(lǐ)过(guò)的(de)上(shàng)清(qīng)液由(yóu)出水(shuǐ)管(guǎn)排出，沉澱的(de)污泥(ní)可(kě)自(zì)動(dòng)返回(huí)到(dào)第(dì)二(èr)反(fǎn)應(yìng)室(shì)。

      污水(shuǐ)經(jīng)厭氧反(fǎn)應(yìng)器處(chù)理(lǐ)後(hòu)産生(shēng)大(dà)量(liàng)沼气，厭氧産生(shēng)的(de)沼气的(de)主(zhǔ)要(yào)成(chéng)分(fēn)是(shì)甲烷，甲烷是(shì)最清(qīng)潔的(de)能源物(wù)质，沼气經(jīng)淨化(huà)後(hòu)可(kě)作(zuò)为(wèi)能源利用(yòng)，從而(ér)将水(shuǐ)中(zhōng)的(de)有(yǒu)机物(wù)污染物(wù)最終(zhōng)轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)電(diàn)能，不(bù)僅減少(shǎo)了(le)外(wài)部(bù)能源(化(huà)石(dàn)燃料)的(de)消耗，而(ér)且(qiě)避免了(le)有(yǒu)机物(wù)轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)二(èr)氧化(huà)碳排放(fàng)到(dào)大(dà)气中(zhōng)。
2.短(duǎn)程硝化(huà)反(fǎn)硝化(huà)工藝處(chù)理(lǐ)技术
1）基本(běn)原理(lǐ)
     傳統的(de)生(shēng)物(wù)脫氮工藝都需要(yào)經(jīng)过(guò)硝化(huà)與(yǔ)反(fǎn)硝化(huà)两(liǎng)个(gè)完整的(de)过(guò)程，而(ér)短(duǎn)程硝化(huà)反(fǎn)硝化(huà)是(shì)将氨氮的(de)硝化(huà)过(guò)程控制在亞硝态氮阶段(duàn)，實(shí)現(xiàn)系(xì)統內(nèi)亞硝态氮的(de)大(dà)量(liàng)積累，然後(hòu)在一(yī)定(dìng)的(de)条(tiáo)件(jiàn)下(xià)，系(xì)統中(zhōng)的(de)反(fǎn)硝化(huà)细(xì)菌以(yǐ)有(yǒu)机物(wù)基质作(zuò)为(wèi)電(diàn)子供體(tǐ)，将亞硝态氮還(huán)原为(wèi)氮气，從而(ér)达(dá)到(dào)脫氮的(de)目的(de)。反(fǎn)應(yìng)方(fāng)程式如(rú)式(1-1)、式(1-2)所(suǒ)示：
亞硝化(huà)：NH₄⁺−N + 1.5O₂ → NO₂‾−N + H⁺ + H₂O              (1-1)
反(fǎn)硝化(huà)：6NO₂‾−N + 3CH₃OH + 3CO₂ → 3N₂ + 6HCO₃‾ + 3H₂O  (1-2)
      由(yóu)上(shàng)式可(kě)知，短(duǎn)程硝化(huà)反(fǎn)硝化(huà)是(shì)按照NH₄⁺−N→NO₂‾−N→N₂的(de)途徑進(jìn)行脫氮，本(běn)技术充分(fēn)利用(yòng)这一(yī)反(fǎn)應(yìng)机理(lǐ)，将硝化(huà)反(fǎn)硝化(huà)系(xì)統進(jìn)水(shuǐ)有(yǒu)机物(wù)濃度(dù)控制的(de)盡可(kě)能的(de)低(dī)（即将大(dà)量(liàng)有(yǒu)机物(wù)盡可(kě)能用(yòng)于(yú)前(qián)端厭氧系(xì)統産甲烷）的(de)情(qíng)況下(xià)，控制溶解(jiě)氧在1mg/L以(yǐ)下(xià)（常規的(de)硝化(huà)过(guò)程溶解(jiě)氧在2mg/L以(yǐ)下(xià)），将高(gāo)氨氮的(de)垃圾滲濾液進(jìn)行短(duǎn)程硝化(huà)反(fǎn)硝化(huà)脫氮，不(bù)僅減少(shǎo)了(le)碳排放(fàng)，而(ér)且(qiě)降低(dī)了(le)生(shēng)化(huà)过(guò)程中(zhōng)的(de)風(fēng)机能耗。
2）技术特(tè)點(diǎn)
本(běn)技术为(wèi)碳中(zhōng)和(hé)所(suǒ)作(zuò)出的(de)貢献主(zhǔ)要(yào)有(yǒu)以(yǐ)下(xià)三(sān)點(diǎn)：
1.能耗降低(dī)。有(yǒu)數據(jù)表(biǎo)明(míng)，我國(guó)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)廠(chǎng)吨(dūn)水(shuǐ)電(diàn)耗一(yī)般在0.15～0.28kWh範圍。其(qí)中(zhōng)，曝气鼓風(fēng)机電(diàn)耗所(suǒ)占比例为(wèi)56.2%。雖(suī)然不(bù)同(tóng)處(chù)理(lǐ)工藝能耗有(yǒu)所(suǒ)不(bù)同(tóng)，但曝气系(xì)統总體(tǐ)能耗占比最大(dà)是(shì)事(shì)實(shí)。因此(cǐ)，污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)工藝节(jié)能降耗關(guān)鍵點(diǎn)在升(shēng)級改造曝气系(xì)統。曝气系(xì)統主(zhǔ)要(yào)是(shì)提(tí)供微生(shēng)物(wù)所(suǒ)需的(de)溶解(jiě)氧，因此(cǐ)节(jié)能的(de)核心(xīn)是(shì)精準掌控微生(shēng)物(wù)的(de)生(shēng)长(cháng)过(guò)程，防止过(guò)度(dù)曝气，也(yě)要(yào)防止曝气不(bù)足。使吨(dūn)水(shuǐ)電(diàn)耗較傳統工藝大(dà)幅降低(dī)。短(duǎn)程硝化(huà)过(guò)程中(zhōng)将NH₄⁺-N的(de)氧化(huà)控制在NO₂‾-N阶段(duàn)，此(cǐ)过(guò)程中(zhōng)的(de)溶解(jiě)氧較低(dī)。普通(tòng)AO工藝的(de)溶解(jiě)氧≥2mg/L，我司将溶解(jiě)氧控制在1mg/L以(yǐ)內(nèi)，降低(dī)風(fēng)机能耗50%左(zuǒ)右(yòu)，明(míng)顯节(jié)省(shěng)運行費用(yòng)。
2.能源再利用(yòng)。反(fǎn)硝化(huà)过(guò)程中(zhōng)NO₂‾-N直(zhí)接還(huán)原为(wèi)氮气，所(suǒ)需有(yǒu)机碳源較NO₃‾-N還(huán)原氮气的(de)低(dī)，本(běn)技术所(suǒ)消耗的(de)C/N在2.5左(zuǒ)右(yòu)，而(ér)常規的(de)硝化(huà)反(fǎn)硝化(huà)的(de)C/N需大(dà)于(yú)4，至(zhì)少(shǎo)可(kě)节(jié)省(shěng)30%以(yǐ)上(shàng)的(de)碳源，节(jié)省(shěng)的(de)这部(bù)分(fēn)碳源可(kě)以(yǐ)用(yòng)于(yú)前(qián)端厭氧系(xì)統産生(shēng)沼气，用(yòng)于(yú)發(fà)電(diàn)，實(shí)現(xiàn)“變(biàn)廢为(wèi)寶(bǎo)”，避免生(shēng)化(huà)过(guò)程大(dà)量(liàng)碳源消耗。
3.碳減排。污水(shuǐ)通(tòng)过(guò)生(shēng)化(huà)工藝處(chù)理(lǐ)後(hòu)，水(shuǐ)中(zhōng)的(de)部(bù)分(fēn)有(yǒu)机物(wù)在微生(shēng)物(wù)的(de)作(zuò)用(yòng)下(xià)，生(shēng)成(chéng)了(le)微生(shēng)物(wù)自(zì)身的(de)细(xì)胞物(wù)质和(hé)産生(shēng)污泥(ní)，污泥(ní)進(jìn)行填埋，從而(ér)避免了(le)这部(bù)分(fēn)有(yǒu)机物(wù)轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)二(èr)氧化(huà)碳排放(fàng)到(dào)大(dà)气中(zhōng)，實(shí)現(xiàn)碳中(zhōng)和(hé)的(de)目的(de)。

三(sān)、 中(zhōng)原地(dì)區(qū)滲濾液處(chù)理(lǐ)實(shí)際案(àn)例
1.工藝流程图(tú)

2.工藝流程说(shuō)明(míng)
1）厭氧硝化(huà):滲濾液經(jīng)厭氧硝化(huà)産生(shēng)生(shēng)物(wù)气體(tǐ)(沼气)，其(qí)中(zhōng)厭氧産生(shēng)的(de)沼气的(de)主(zhǔ)要(yào)成(chéng)分(fēn)是(shì)甲烷，厭氧硝化(huà)産生(shēng)可(kě)再生(shēng)能源一(yī)CH₄可(kě)焚燒發(fà)電(diàn)，從而(ér)實(shí)現(xiàn)碳中(zhōng)和(hé)目的(de)。
2）生(shēng)物(wù)處(chù)理(lǐ):两(liǎng)段(duàn)式AO工藝，A段(duàn)是(shì)充分(fēn)吸附轉(zhuǎn)化(huà)原污水(shuǐ)中(zhōng)的(de)有(yǒu)机物(wù)，氮和(hé)磷也(yě)会因细(xì)菌合成(chéng)或(huò)化(huà)學(xué)沉澱而(ér)明(míng)顯減少(shǎo);O段(duàn)通(tòng)过(guò)曝气池生(shēng)物(wù)降解(jiě)去(qù)除污水(shuǐ)中(zhōng)的(de)有(yǒu)机物(wù)，普通(tòng)的(de)NH₄⁺通(tòng)过(guò)硝化(huà)作(zuò)用(yòng)被(bèi)氧化(huà)成(chéng)NO₃^-,NO₃^-通(tòng)过(guò)反(fǎn)硝化(huà)作(zuò)用(yòng)生(shēng)成(chéng)N₂被(bèi)去(qù)除，該藝中(zhōng)溶解(jiě)氧≥2mg/L，本(běn)項目我公(gōng)司采用(yòng)短(duǎn)程硝化(huà)反(fǎn)硝化(huà)技术，可(kě)将溶解(jiě)氧控制在1mg/L以(yǐ)內(nèi)，降低(dī)鼓風(fēng)机能耗。
3）污泥(ní)濃縮:在将AO段(duàn)産生(shēng)的(de)剩餘污泥(ní)，首先(xiān)要(yào)濃縮污泥(ní)，減少(shǎo)剩餘污泥(ní)的(de)體(tǐ)積。
4）为(wèi)节(jié)省(shěng)碳源，充分(fēn)利用(yòng)滲濾液中(zhōng)的(de)BOD为(wèi)反(fǎn)硝化(huà)提(tí)供碳源，提(tí)高(gāo)能源回(huí)收(shōu)效率，最大(dà)程度(dù)上(shàng)降低(dī)外(wài)加化(huà)學(xué)品的(de)消耗，在更(gèng)廣意(yì)義上(shàng)減少(shǎo)对社会总體(tǐ)資源與(yǔ)能源消耗，並(bìng)降低(dī)化(huà)學(xué)品的(de)引入(rù)对污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)廠(chǎng)出水(shuǐ)、出泥(ní)带(dài)来(lái)的(de)环境風(fēng)險。

四(sì)、 未来(lái)工廠(chǎng)

      未来(lái)要(yào)做的(de)不(bù)是(shì)将污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)站/廠(chǎng)改造为(wèi)單一(yī)的(de)營養物(wù)、能源或(huò)再生(shēng)水(shuǐ)工廠(chǎng)，而(ér)是(shì)要(yào)盡可(kě)能更(gèng)多地(dì)發(fà)掘污水(shuǐ)資源/能源化(huà)潛力，在同(tóng)一(yī)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)站/廠(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)營養物(wù)、能源和(hé)再生(shēng)水(shuǐ)三(sān)位(wèi)一(yī)體(tǐ)的(de)生(shēng)産廠(chǎng)(NEWs) 。
      就(jiù)目前(qián)来(lái)看(kàn)碳中(zhōng)和(hé)已有(yǒu)一(yī)些(xiē)國(guó)內(nèi)外(wài)實(shí)践成(chéng)功的(de)經(jīng)验(yàn)，我们有(yǒu)理(lǐ)由(yóu)相信(xìn)，中(zhōng)國(guó)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)行業将很快(kuài)为(wèi)碳中(zhōng)和(hé)戰略做出積极(jí)貢献。碩特(tè)环保将系(xì)統全面(miàn)地(dì)开展(zhǎn)碳減排工作(zuò)，不(bù)折不(bù)扣(kòu)地(dì)緊随國(guó)家(jiā)“十(shí)四(sì)五(wǔ)”規劃(huà)，在不(bù)斷提(tí)升(shēng)污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)效果(guǒ)的(de)前(qián)提(tí)下(xià)，挖掘所(suǒ)有(yǒu)潛力降低(dī)能耗、物(wù)耗，最大(dà)程度(dù)地(dì)減少(shǎo)碳排放(fàng)，堅持(chí)低(dī)碳污水(shuǐ)處(chù)理(lǐ)。