全球變暖導(dǎo)致極端天氣事件頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)退化是人類當(dāng)今面臨的最大挑戰(zhàn)之一。在這樣的背景下，國際社會積極采取行動，應(yīng)對氣候變化。2020 年 12月 12 日，國家主席習(xí)近平在紀(jì)念《巴黎協(xié)定》簽訂 5 周年的氣候雄心峰會上發(fā)表“繼往開來，開啟全球應(yīng)對氣候變化新征程”的重要講話，承諾到 2030 年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比 2005 年下降 65%以上，努力爭取 2060年前實現(xiàn)“碳中和”。這是中國致力于自身生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略舉措，也是中國愿為人類社會發(fā)展做出新貢獻(xiàn)的重大宣示。
要實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要每個行業(yè)都積極行動以降低碳排放。以國家經(jīng)開區(qū)、國家高新區(qū)為代表的國家園區(qū)是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，應(yīng)率先將“低碳”貫穿到園區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念、發(fā)展方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增長動力、效益評價等各個方面和環(huán)節(jié)之中。污水處理作為重要的碳排放行業(yè)之一，亟需系統(tǒng)全面地開展碳減排工作。一方面，近年來由于我國工業(yè)化進(jìn)程的加速，相對于市政污水，各類園區(qū)污水成分復(fù)雜，污染物濃度高，并含有各類難降解、難處理的污染成分，使得當(dāng)前園區(qū)污水減污降碳處理成為高能耗行業(yè)，高能耗將導(dǎo)致大量間接碳排放。另一方面，污水處理過程中會產(chǎn)生并逸散大量 CH4 和 N2O，據(jù)美國 EPA 預(yù)測，到 2030年，全球污水處理 CH4 和 N2O 逸散量將分別超過 6 億噸和 1 億噸二氧化碳當(dāng)量，是重要的碳排放源，約占非二氧化碳總排放量的 4.5%，園區(qū)污水處理廠的直接碳排放量也不容忽視。由此可見在國家園區(qū)開展污水集中處理設(shè)施減污降碳工作大有可為也必將大有作為。
在污水處理系統(tǒng)運行過程中，溫室氣體直接和間接產(chǎn)生的碳排放量大體相當(dāng)。作為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的排頭兵，近年來一些國家園區(qū)的污水處理廠在可行的條件下先行先試，探索污水處理溫室氣體直接排放碳減排、間接排放碳減排，能量回收利用等方式實現(xiàn)碳減排，取得了初步成效。
(一)直接排放碳減排
相關(guān)研究表明，國家園區(qū)產(chǎn)生的污水中，有機(jī)物、氮素含量高于一般水平，因此見著污水處理中的直接碳排放，成為了國家園區(qū)減污降碳的關(guān)鍵。污水處理直接碳排放主要為處理過程中在現(xiàn)場直接向大氣中排放的甲烷和一氧化二氮。
甲烷的排放主要源于有機(jī)物的厭氧分解。污泥填埋場、化糞池、厭氧水解池，管理不善的初沉池、曝氣池和堆肥場都是重要的排放源。污泥焚燒也產(chǎn)生一定量的甲烷。另外，污泥處理處置過程中的溢出、沼氣系統(tǒng)的泄露及不完全燃燒也都導(dǎo)致甲烷的排放。
一氧化二氮的排放主要源于氮素的生物轉(zhuǎn)化過程。最初認(rèn)為生物脫氮系統(tǒng)的反硝化單元是主要的一氧化二氮，后來發(fā)現(xiàn)硝化過程一氧化二氮的排放量遠(yuǎn)高于反硝化排放。在碳減排實踐中，污水處理廠出水排入受納水體后進(jìn)行的天然硝化反硝化也被認(rèn)為是重要的排放源。當(dāng)脫氮效果較差時，受納水體中的天然硝化反硝化將成為主要的排放源。另外，污泥填埋、土地利用、生物堆肥以及沼氣燃燒等過程也存在一氧化二氮排放。
國家園區(qū)污水集中處理設(shè)施減少溫室氣體直接排放一是減少污水處理系統(tǒng)厭氧環(huán)境，如逐步取消化糞池、減少管道淤積等；二是將 N2O 納入生物處理控制體系；三是提高精細(xì)化管理水平，減少直接碳排放量。
(二) 間接排放碳減排
國家園區(qū)污水處理量大，如果出現(xiàn)設(shè)備不匹配、負(fù)載不適當(dāng)、調(diào)整不及時等問題，會產(chǎn)生大量的間接碳排放。間接排放是指污水處理所消耗的能量和物料的生產(chǎn)過程中在其生產(chǎn)場地發(fā)生的碳排放。污水處理消耗的能量包括電耗、燃料、熱蒸汽等，主要用于污水和污泥的輸送、混合、供氧、污泥脫水等設(shè)備運行。消耗的物料包括各種無機(jī)或有機(jī)化學(xué)藥劑如外加碳源、除磷藥劑、污泥脫水藥劑等。
污水處理間接排放碳減排可以通過以下途徑：一是采用高效機(jī)電設(shè)備，新建設(shè)施直接采購高效設(shè)備，已有設(shè)施逐步更新成高效設(shè)備；二是加強(qiáng)負(fù)載管理，滿足工藝要求的前提下要使負(fù)載降至最低，同時，設(shè)備配置要與實際荷載相匹配，避免“大馬拉小車”；三是建立需求響應(yīng)機(jī)制，根據(jù)實際工況的需求及其變化，動態(tài)調(diào)整設(shè)備的運行狀態(tài)。
1.采用高效機(jī)電設(shè)備
國家園區(qū)污水處理工作起步較早，現(xiàn)階段，部分國家園區(qū)的污水處理設(shè)施出現(xiàn)老化的情況，主要表現(xiàn)為機(jī)電設(shè)備的老化。污水處理機(jī)電設(shè)備主要包括水力輸送、混合攪拌和鼓風(fēng)曝氣三大類。采用高效電機(jī)是這些設(shè)備具有較高機(jī)械效率的前提，目前污水行業(yè)的水力輸送和攪拌設(shè)備均已經(jīng)出現(xiàn)具備 IE4 能效水平的高效電機(jī)，采用高效電機(jī)通?？蓪崿F(xiàn) 5%-10%的效率提高。
水力輸送設(shè)備的水力端設(shè)計是關(guān)鍵，水力端需具備無堵塞?持續(xù)高效的特點，無堵塞技術(shù)可避免通道容量減少降低效率或長期超負(fù)荷運行燒毀電機(jī)。持續(xù)高效可確保電機(jī)長期高效運行，先進(jìn)的水力端設(shè)計可以實現(xiàn)水力輸送設(shè)備全生命周期節(jié)省 7%-25%的能耗，而且介質(zhì)條件越惡劣，其節(jié)能效果相對會越明顯。
混合攪拌設(shè)備的水力端設(shè)計同樣關(guān)鍵，采用后掠式葉片設(shè)計可以提供額外的自清潔功能，使攪拌器具有良好的抗纏繞性能，從而避免攪拌效率降低甚至燒毀電機(jī)的風(fēng)險。
鼓風(fēng)曝氣包括鼓風(fēng)機(jī)和曝氣器兩部分。容積式鼓風(fēng)機(jī)雖然購置費用較低，但機(jī)械效率很低，應(yīng)盡量避免采用。單級高速離心式鼓風(fēng)機(jī)效率很高，且技術(shù)進(jìn)步很快，采用空氣懸浮或磁懸浮等高速無齒技術(shù)，可使電機(jī)與風(fēng)機(jī)實現(xiàn)“零摩擦”驅(qū)動，實現(xiàn)超高速運行，顯著提高機(jī)械綜合效率及效益。不同材質(zhì)不同結(jié)構(gòu)形式的曝氣器氧傳質(zhì)性能差別很大，采用抗撕裂、抗老化、壽命長的新型高分子聚氨酯材料以及超微孔結(jié)構(gòu)設(shè)計的曝氣產(chǎn)品具有充氧性能高、運行穩(wěn)定和調(diào)節(jié)品質(zhì)好的特征。另外，混合曝氣、逆流曝氣、限制性曝氣、全布曝氣都是可以采用的高效曝氣形式。在進(jìn)行曝氣器數(shù)量的選擇時應(yīng)綜合考慮水廠水質(zhì)水量波動情況和鼓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)，使其在最優(yōu)單頭通氣量范圍內(nèi)工作，也可明顯提高充氧性能。
2. 加強(qiáng)負(fù)載管理
國家園區(qū)發(fā)展較快，相較于其他區(qū)域，污水處理增量多，部分國家園區(qū)污水處理設(shè)施的負(fù)載難以跟上快速增長的污水量，加強(qiáng)負(fù)載管理很有必要。污水提升以及污泥回流等單元的水力輸送設(shè)備常由于流量級配不合理、揚程選擇偏大，使設(shè)備絕大部分時段在低效工況運行，應(yīng)予以改造。
由于擔(dān)心污泥沉積，混合攪拌設(shè)備的設(shè)計攪拌功率同樣普遍偏大，實際處于過度攪拌狀態(tài)，導(dǎo)致電耗增加，準(zhǔn)確把握攪拌器與介質(zhì)之間力和能量的傳遞非常關(guān)鍵，而采用推力作為攪拌器的選型依據(jù)（ISO21630 標(biāo)準(zhǔn)），可以準(zhǔn)確衡量實際工況所需攪拌器的大小，有效避免此類電耗的浪費。
隨著脫氮除磷要求的日益嚴(yán)格，污水處理過程需要攪拌器數(shù)量也越來越多，成為不容忽視的耗電環(huán)節(jié)。當(dāng)設(shè)置潛流推進(jìn)器時，優(yōu)化推進(jìn)器和曝氣系統(tǒng)的位置和距離，可以使系統(tǒng)的能量損失最小。當(dāng)推進(jìn)器距離上游曝氣器不小于一倍水深，并且推進(jìn)器距離下游曝氣器不小于水深和廊道寬度的最大值時，推進(jìn)器和曝氣系統(tǒng)最為穩(wěn)定，能耗最低。高效的潛水推進(jìn)器配合好氧池的池型優(yōu)化設(shè)計，可以降低池內(nèi)阻力損失、減少推進(jìn)器的功率需求，實現(xiàn)能耗降低。曝氣系統(tǒng)的電耗約占污水處理總電耗的 50%-70%，是加強(qiáng)負(fù)載管理的重點。設(shè)計基于穩(wěn)妥的目的，常使鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量級配不合理、出風(fēng)壓力選擇偏大，使之絕大部分時段在低效工況運行。鼓風(fēng)氣量偏大或曝氣器數(shù)量偏少都將導(dǎo)致單位曝氣器氣量過大，造成充氧轉(zhuǎn)移效率降低、阻力增大，降低能效。另外，曝氣器堵塞后如不能及時清洗，也會增加阻力損失，增大能耗。
3. 建立處理運行需求響應(yīng)機(jī)制
國家園區(qū)的運行具有一定的周期性、季節(jié)性，準(zhǔn)確把握規(guī)律，實現(xiàn)快速響應(yīng)，對于國家園區(qū)的污水處理來說就顯得尤為重要。建立需求響應(yīng)機(jī)制就是實現(xiàn)各單元以及全流程的優(yōu)化運行。目前，污水行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)感應(yīng)式調(diào)速和線性調(diào)速的水力輸送和攪拌設(shè)備，此類設(shè)備內(nèi)置智能控制系統(tǒng)，可以有效優(yōu)化水力輸送和攪拌系統(tǒng)的整體運行情況，實現(xiàn)節(jié)能降耗。
高效的水力輸送設(shè)備內(nèi)置專業(yè)為水力輸送系統(tǒng)設(shè)計的智能控制系統(tǒng)，可以自動進(jìn)行設(shè)備自清洗，泵坑自清洗和管路自清洗，可以自動調(diào)節(jié)設(shè)備運行頻率達(dá)到系統(tǒng)的能耗最低點。額外的控制系統(tǒng)甚至可以優(yōu)先啟動效率最高的水泵，可以根據(jù)整個輸送管網(wǎng)的波峰波谷自動切換控制模式，從而發(fā)揮泵站的蓄水能力，減少對管網(wǎng)的沖擊，使輸送泵站與水廠協(xié)同運行。
混合攪拌設(shè)備內(nèi)置智能控制系統(tǒng)可實現(xiàn)攪拌器推力可調(diào)，當(dāng)由于工況變化所需推力降低時，攪拌器通過降低轉(zhuǎn)速滿足工況需求，同時節(jié)省能耗；當(dāng)所需推力升高時，攪拌器通過提高轉(zhuǎn)速滿足工況需求，避免設(shè)備增加或更換。
采用內(nèi)置智能控制系統(tǒng)的水力輸送設(shè)備和攪拌器，在特定工況條件下，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，甚至可以節(jié)省 50%以上的能耗。
目前，前饋、反饋、前饋-反饋耦合等各種不同控制品質(zhì)的曝氣控制器和控制策略已較成熟，可以實現(xiàn)按需供氧，避免不必要的電耗。先進(jìn)的曝氣控制系統(tǒng)可在滿足處理要求的前提下將鼓風(fēng)曝氣量動態(tài)降至最低，大幅度降低能耗，同時還能提高曝氣器的氧利用率。設(shè)置高效推進(jìn)器潛流推進(jìn)器，使池內(nèi)介質(zhì)保持一定的流速，可在滿足工藝實際需的前提下進(jìn)一步降低鼓風(fēng)曝氣量時，避免混合液發(fā)生沉積。另外，介質(zhì)保持一定的流速，可使氣泡在水中有更長的停留時間，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的氧轉(zhuǎn)移效率。應(yīng)定期調(diào)節(jié)污泥回流比，在滿足污泥回流量的前提下，使之降至最低，實現(xiàn)節(jié)能降耗的同時提高出水水質(zhì)。通過微波含固量在線測定技術(shù)，可以實現(xiàn)污泥脫水單元加藥量的前饋或反饋控制，降低絮凝劑的消耗量，減少間接碳排放。
(三)物料和能量回收利用
國家園區(qū)作為走在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展前列的區(qū)域，探索開展物料和能量回收利用，不僅能夠達(dá)到污水處理減污降碳的的目的，還可以有效彌補(bǔ)能源缺口，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型。
1. 污水熱能利用
國家園區(qū)往往產(chǎn)業(yè)、生活緊密聯(lián)系，某些污水處理廠嘗試進(jìn)行污水熱能利用，實現(xiàn)直接的熱能利用。我國對于污水源熱泵的探究起步較晚，通過近些年的研究與發(fā)展，國內(nèi)已建成多個污水源熱泵系統(tǒng)并投入使用。污水源熱泵充分利用污水水溫恒定的特點，能夠從污水中高效提取熱量，制冷及制熱系數(shù)可達(dá) 3.5～4.4，可在穩(wěn)定供暖制冷的同時，降低用電量，實現(xiàn)污水熱能的開發(fā)利用。
2.污泥厭氧消化利用
國家園區(qū)的生活、生產(chǎn)用氣需求旺盛，進(jìn)行污泥厭氧消化并產(chǎn)生可燃?xì)怏w，在燃?xì)夤芫W(wǎng)較為發(fā)達(dá)的國家園區(qū)具有廣泛前景。污水中蘊含著大量的能量，理論上是處理污水所需能量的很多倍。污水經(jīng)處理后，其中的能量大部分轉(zhuǎn)移到了污泥中，因此開發(fā)回收污泥中的能量具有極大的潛力。污泥能源化主要集中在厭氧方向，污泥厭氧能源化包括厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙醇、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫和厭氧消化產(chǎn)甲烷三個技術(shù)路徑。產(chǎn)乙醇技術(shù)雖然成熟，但能源轉(zhuǎn)化率較低。產(chǎn)氫技術(shù)目前仍存在反應(yīng)器放大的困難，制約生產(chǎn)性應(yīng)用。實踐中普遍采用的是厭氧消化技術(shù)。傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)能源轉(zhuǎn)化率在 30%-40%，而高級厭氧消化技術(shù)可提高到 50%-60%。高級厭氧消化技術(shù)包括高溫厭氧消化、溫度分級厭氧消化和酸-氣兩相厭氧消化。污泥預(yù)處理技術(shù)近年來進(jìn)展較快，具體包括熱水解、超聲細(xì)胞破碎、微波細(xì)胞破碎、生物酶水解、聚焦電脈沖和化學(xué)細(xì)胞破碎等技術(shù)，目前應(yīng)用較多的是熱水解技術(shù)，這些預(yù)處理技術(shù)可使厭氧消化的能源轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提高。傳統(tǒng)厭氧消化技術(shù)可使污水處理實現(xiàn) 20%-30%的能源自給率，預(yù)處理、高級厭氧消化、渦輪發(fā)動機(jī)或燃料電池以及熱電聯(lián)產(chǎn)等技術(shù)的耦合使用，有望使污水處理實現(xiàn)30%-50%的能源自給率，既大大降低間接碳排放量，又降低甲烷產(chǎn)生并逸散導(dǎo)致的直接排放。污泥厭氧消化過程的碳排放量相對較低，且具備實現(xiàn)負(fù)碳排放的可能。污泥厭氧消化耦合沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)項目，可以實現(xiàn)熱、電兩種能源的回收利用，提高能源利用效率。目前我國污泥熱電聯(lián)產(chǎn)已應(yīng)用在多個項目上，并取得了明顯的碳減排效果。由于我國工業(yè)園區(qū)污水處理廠進(jìn)水濃度相對較低、污泥含沙量大，目前厭氧消化工藝在整個污泥處理處置中占比較低。隨著深化污染防治攻堅戰(zhàn)和碳減排政策的逐步推進(jìn)，污泥中的有機(jī)物濃度將逐漸提高，厭氧消化后的沼氣可轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)能源自給并對外輸出，是實現(xiàn)污水處理行業(yè)減污降碳協(xié)同增效的重要途徑。
3. 污泥焚燒熱能利用
某些國家園區(qū)污水處理廠污泥外運不變，采用環(huán)保達(dá)標(biāo)的設(shè)施，進(jìn)行污泥焚燒，減少污泥外運數(shù)量，充分利用污泥燃燒產(chǎn)生的熱能。污泥焚燒熱能利用，即采用專用焚燒爐進(jìn)行污泥獨立焚燒，污泥在焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣熱量在尾部煙道中通過空氣預(yù)熱器和省煤器分別加熱燃燒所需空氣以及干化所需的導(dǎo)熱油，以達(dá)到熱能利用的目的，同時污泥焚燒的余熱還可進(jìn)行發(fā)電。
4.光伏發(fā)電
國家園區(qū)的土地成本較高，利用污水處理設(shè)施占地較大的特點，試點開展光伏發(fā)電，也是一條有益的減污降碳路徑。污水處理作為高耗能行業(yè)，光伏發(fā)電系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用對緩解污水處理廠高耗能問題具有重要意義。目前，我國污水處理廠與光伏發(fā)電項目的結(jié)合尚處于發(fā)展階段，部分園區(qū)已在探索利用污水處理廠的初沉池、曝氣池、膜池、清水池等構(gòu)筑物上方空間安裝光伏發(fā)電設(shè)備，以實現(xiàn)削峰填谷、清潔發(fā)電。
國家園區(qū)污水處理領(lǐng)域減污降碳是一項系統(tǒng)性工作，同時具有一定的試點性，綜合提出相應(yīng)對策，有利于推動國家園區(qū)的高質(zhì)量發(fā)展。污水處理領(lǐng)域碳減排與能源交通等其他行業(yè)相比，減排成本較低，可以低成本為國家增加碳匯。“以高能耗高物耗為基礎(chǔ)的優(yōu)質(zhì)出水”以及由此帶來的“減排水污染物，增排溫室氣體”局面不利于污水處理行業(yè)的健康發(fā)展，因此提出以下園區(qū)污水處理領(lǐng)域碳減排對策。
(一) 開展園區(qū)碳排放核算與碳減排工藝研究
科學(xué)認(rèn)識工業(yè)園區(qū)能源消費結(jié)構(gòu)和碳排放特征。園區(qū)作為一個較為強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)獨立載體，其環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)也是需要管理污染物排放，有效管理以二氧化碳為首的導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體，建設(shè)園區(qū)的核心建設(shè)數(shù)據(jù)體系。完善碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，明晰碳排放現(xiàn)狀與特征，建立起園區(qū)碳排放核算方法。有效推動工業(yè)園區(qū)的降碳與減少溫室氣體的協(xié)同發(fā)展工作，發(fā)揮園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈共享能源以及污染物治理的獨特優(yōu)勢，建設(shè)良好的產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與能源一體化的目標(biāo)。
理論是行動的先導(dǎo)，國家園區(qū)減污降碳具有先行先試的特點，需要從理論上進(jìn)行突破并開展好試點?；谟袡C(jī)污染物去除的可持續(xù)污水處理新工藝主要是厭氧處理技術(shù)，能耗低，且可回收能源。高濃度有機(jī)廢水的厭氧技術(shù)已成熟，但某些園區(qū)污水有機(jī)物濃度低，厭氧處理存在投資大和占地大等障礙。目前，污水厭氧處理方向研究的熱點是厭氧膜生物反應(yīng)器AnMBR，與傳統(tǒng)厭氧工藝相比，可大幅度減少占地，但技術(shù)成熟度離生產(chǎn)性應(yīng)用尚存在差距。
另一類可持續(xù)污水處理工藝是低能耗、低碳源消耗的脫氮工藝，有很多種類，但主要包括基于短程反硝化原理的SHARON工藝和基于厭氧氨氧化的ANNAMOX/DEMON工藝。與傳統(tǒng)的AAO工藝相比，SHARON可節(jié)約25%的能耗、40%的碳源消耗，而ANNAMOX 工藝可節(jié)約60%的能耗、90%的碳源消耗。目前，SHARON 和ANNAMOX 在高濃度氨氮污水處理中已較成熟，在污泥回流液處理中已有一批成功案例。在園區(qū)污水處理上雖有進(jìn)展，但離實際應(yīng)用仍有差距。
未來革命性的可持續(xù)污水處理工藝方向是碳氮兩段法：首先對污水中的有機(jī)物進(jìn)行分離，分離出的污泥通過厭氧消化產(chǎn)生 CH4，或?qū)ξ鬯苯舆M(jìn)行厭氧處理產(chǎn)能，分離后含有氨氮的污水通過主流厭氧氨氧化進(jìn)行脫氮。按照 B. Kartal 等人的理論估算，采用現(xiàn)在的活性污泥法，處理 1 人口當(dāng)量的污染物需要耗電 44瓦時，而采用上述碳氮兩段法，處理 1 人口當(dāng)量的污染物將產(chǎn)生 24 瓦時能量，從而使污水處理廠真正成為“能源工廠”，且污泥產(chǎn)量僅為活性污泥法的四分之一。
目前，國際上已針對污水處理過程中碳排放機(jī)理和各種溫室氣體的碳排放系數(shù)開展了大量的研究。由于一氧化二氮的溫室效應(yīng)潛能指數(shù)（Global WarmingPotential: GWP）高達(dá) 298 倍，其產(chǎn)生機(jī)理正在成為研究熱點?；陂L效減碳，一些專家正在研究編制污水處理的未來低碳技術(shù)路線圖。一些國家基于大量檢測，提出了適于本地特點的排放系數(shù)。一些企業(yè)也正在投入精力開發(fā)污水處理節(jié)能降耗的新工藝、新技術(shù)及新設(shè)備。一批污水處理廠正在改造之中。我國在該領(lǐng)域的研究還處于較落后狀態(tài)，有的方向還處于空白，國家應(yīng)及時規(guī)劃開展相關(guān)研究，為我國污水領(lǐng)域的碳減排奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
(二) 開展污水處理廠的提效改造
我國工業(yè)園區(qū)污水處理廠總體能效物效較低，盡早、盡快開展污水處理廠提升改造是減污降碳的有效路徑。我國污水處理廠平均進(jìn)水污染物濃度低、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也不高，但單位水量能耗卻與美國相當(dāng)?？h級污水處理廠的單位污染物能耗遠(yuǎn)高于重點城市。隨著各地提標(biāo)改造的實施，污水處理能耗將進(jìn)一步增大。導(dǎo)致低能效的原因很多，但設(shè)施設(shè)備配置與實際運行狀況不能高效匹配、總體控制水平不高是重要原因之一。例如，污水提升泵組的級配與控制不能滿足實際水量變化，常使泵組運行在低效工況；鼓風(fēng)機(jī)組與曝氣器組成的曝氣系統(tǒng)及其控制手段不能滿足高效曝氣的需要，使生物系統(tǒng)處于過曝氣狀態(tài)；污泥回流泵不適于大流量低揚程工況，泵組級配也無法實現(xiàn)回流量比無級調(diào)節(jié)，降低能效；攪拌系統(tǒng)設(shè)置不合理，處于過度攪拌；脫水系統(tǒng)無法自動控制投藥比，導(dǎo)致藥劑過度消耗。污水處理廠經(jīng)過一段時間的運行后，總結(jié)實際運行規(guī)律，系統(tǒng)地進(jìn)行提效改造，可以較大幅度降低能量及物料消耗，實現(xiàn)低碳運行。
(三) 基于低碳準(zhǔn)則建設(shè)污泥處理處置設(shè)施
國家園區(qū)的污水處理設(shè)施如雨后春筍般快速發(fā)展，但是相關(guān)的配套設(shè)施還不完善，特別是污泥的處置，從技術(shù)、設(shè)施等方面，還有很長的路要走，按照低碳準(zhǔn)則開展污泥處理迫在眉睫。隨著污水處理量的增加，污泥產(chǎn)量也越來越多，但是污泥有效處理處置率目前不足 10%，亟需建設(shè)大批處理處置設(shè)施。在確定污泥處理處置技術(shù)路線時，通常綜合建設(shè)投資、運營成本以及占地等因素選擇處理處置工藝。在碳減排形勢下，應(yīng)將低碳準(zhǔn)則納入工藝的評估體系，并對擬采用的技術(shù)進(jìn)行生命周期分析（Life Cycle Assessment: LCA），避免高碳排放設(shè)施的建設(shè)，實現(xiàn)低碳污泥處理處置。在污泥穩(wěn)定化處理技術(shù)中，強(qiáng)化預(yù)處理的高效厭氧消化及沼氣綜合利用、高溫好氧發(fā)酵等都屬于低碳技術(shù)。對于滿足要求的污泥，進(jìn)行污泥農(nóng)業(yè)利用是最佳的低碳處置途徑。由于污泥填埋將釋放大量甲烷，且排放周期很長，即使設(shè)置收集系統(tǒng)也難以有效收集。因此，填埋屬于高碳處置途徑，應(yīng)盡量不予采用。當(dāng)污泥的含水率高于 65%時，污泥干化焚燒系統(tǒng)難以實現(xiàn)熱量平衡，需要外加燃料，將產(chǎn)生化石燃料類二氧化碳排放。處于一些處置的需要，以50%-60%甚至更低的含水率為目標(biāo)的深度脫水工藝，往往以大量物料消耗為代價，間接導(dǎo)致高碳排放，應(yīng)予慎重選擇。
污水中蘊含著大量的能量，理論上是處理污水所需能量的近 10 倍。污水經(jīng)處理后，其中的能量大部分轉(zhuǎn)移到了污泥中，因此開發(fā)回收污泥中的能量具有極大的潛力，已經(jīng)成為國際上的一個熱點方向。在污泥處理處置設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)中，應(yīng)積極實踐各種能量回收技術(shù)，提高污水處理系統(tǒng)的能源自給率，進(jìn)一步加大碳減排力度。
(四) 優(yōu)化園區(qū)能源系統(tǒng)
綜合能源系統(tǒng)是未來園區(qū)能源系統(tǒng)的主要承載形式，隨著近年來我國可再生能源發(fā)電技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù)、虛擬電廠技術(shù)、運行控制技術(shù)與人工智能領(lǐng)域（如大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、云計算等）的發(fā)展及應(yīng)用，以初步具備開展綜合能源項目的條件。綜合能源系統(tǒng)設(shè)計一次能源與二次能源的整體傳輸、轉(zhuǎn)換、存儲與消費，需要分過程逐步實現(xiàn)。園區(qū)級綜合能源系統(tǒng)屬微型綜合能源系統(tǒng)，注重微網(wǎng)層面的多能協(xié)同運行，是當(dāng)前階段研究重心，也是未來綜合能源系統(tǒng)的實現(xiàn)形式。園區(qū)污水集中處理設(shè)施也應(yīng)當(dāng)構(gòu)建包含風(fēng)力、光伏、各類儲能設(shè)備等在內(nèi)的綜合能源運行優(yōu)化調(diào)度方法與調(diào)控策略。同時，注意開展低位熱源的綜合利用，實現(xiàn)節(jié)能降耗，控制間接排放。
(五) 建立低碳評價及管理體系
國家園區(qū)不僅要在技術(shù)、設(shè)施上滿足減污低碳的要求，更要探索出一條可復(fù)制、可推廣的管理評價體系，在制度上走在前列。應(yīng)研究分析我國各地區(qū)代表性污水處理廠污水與污泥處理處置過程中輸移、混合、曝氣、擠壓、分離、烘干、燃燒等環(huán)節(jié)的能耗物耗規(guī)律及影響能效物效的因素，提出各處理單元的能耗物耗基準(zhǔn)；研究各地區(qū)代表性污水處理廠污水與污泥處理處置過程碳排放水平及規(guī)律，提出各處理單元的碳排放基準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，形成涵蓋各種典型工藝在不同條件下的能效物效評價體系以及碳排放評價體系。
應(yīng)通過試點等方式，逐步開展園區(qū)污水處理廠全面能量與物料平衡以及碳減排檢測計算等工作，逐步形成碳排放報告制度。通過建立監(jiān)管與考核機(jī)制，定期評價污水處理廠的能效物效以及綜合碳排放狀況，形成園區(qū)污水處理行業(yè)碳減排管理體系。
應(yīng)定期全面分析評價全行業(yè)的能效物效狀況，參考國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)及水平，提出行業(yè)總體能效物效及碳減排目標(biāo)。應(yīng)結(jié)合各地特征及客觀狀況，研究提出實現(xiàn)能效物效及碳減排目標(biāo)的技術(shù)與管理策略。
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