碳中和背景下我国污水处理技术思考

秦天

（武汉市城市排水发展有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

我国宣布在2060 年实现碳中和的目标，这是我国作为负责任大国在应对气候变化方面的又一庄严承诺，而碳中和目标则对我国各行业技术革新提出了不小的挑战。本文主要集中在污水处理行业，对碳中和目标进行深入分析，对我国碳排放现状和污水处理技术进行分析，为污水处理企业提供解决思路，使企业碳中和技术能够得到积极改进并且提供适当参考。

1 碳排放现状分析

科技工业不断地发展，全球二氧化碳排放量也在逐渐增加，二氧化碳排放量的不断增长，全球变暖而导致了海洋气候变化无常，从而导致许多自然性灾难地发生，全球各国越来越重视二氧化碳排放问题，自2019年以来全球二氧化碳排放量开始减少。国际能源署（IEA）日前发布《全球能源回顾：2021 年二氧化碳排放》报告指出，2021 年，全球能源领域二氧化碳排放量达到363 亿t，同比上涨6%，超过了新冠肺炎疫情暴发前的水平，创下历史最高纪录，2021 年飙涨的天然气价让燃煤发电强势复苏，成为能源领域碳排放量“强劲反弹”的主要原因。目前我国工业领域积极推动碳减排工作，需要对能源消耗进行系列的分析。工业领域当中需要结合污染防治来进行污染排放的有效处理，需要对能源消耗和碳排放的具体情况进行深入分析。因此为了达到碳减排的目的，需要对内部能量进行充分化解，可以从能源利用方面来对具体情况进行综合考虑，来实现碳中和目标[1]。污水处理行业主要是在碳中和背景之下积极推进技术革新工作。

2 具有碳减排效果的污水处理技术

2.1 厌氧水处理技术

厌氧水处理技术主要是根据高浓度有机污水来进行处理，对于污泥能够促进消化以及加强稳定性。无论是高浓度污水还是污泥消化，都可以使用厌氧水处理技术来进行降解工作，内部产生的气体直接进行收回，对于消化产生的气体需要进行收集，然后以燃烧产能的方式来进行能量回收工作，可以把水中有机污染物转变为电能或者热能，从而提供给企业。结合具体研究可以得知厌氧处理高浓度污水和泥污厌氧消化都能够充分获取能量，并且产能自给率可以高达200%[2]。现如今我国污水当中的有机物浓度普遍较低，并且在调控方面缺乏精细性，所以导致污泥消化产能自给率仅仅能达到50%左右。所以在厌氧处理技术推进过程当中需要了解到厌氧水处理技术控制具有复杂性，需要工作人员结合设备要求来进行深入分析，还需要加强污水处理效果和能源回收能力。除此之外，企业需要加强自身的安全管控能力。

2.2 微生物燃料电池转化

微生物燃料电池转化主要是能够将污水中的有机物进行微生物降解，在这个过程当中电子会受到外迁移的影响，从而获取更加稳定的电流来进行工作。主要是通过降解把污水中的有机物化学能转化为电能[3]。通过研究成果来进行分析，那么开路电压和功率密度都能够在污水有机物当中得到电能转化，这是目前污水作为能源最有前瞻性的技术之一。该技术目前仍然处于推广阶段，需要结合污水特性来进行微生物的筛选、运行方式、研究机制等都需要进行调节。

2.3 水源热泵余热回收技术

污水当中不仅仅含有有机物，而且还具有一些热能利用潜力。例如，常规市政污水温度不能低于15℃，在处理过程当中还需要对污水厂有机物浓度来进行分析，但冬季温度即使是在北方严寒地区，达到了10℃左右，夏季一般是在20℃左右，环境温度以冬暖夏凉为主。水源热泵技术在应用过程当中，污水温度每下降1℃就代表产生了相应的电能，因此通过水源热泵技术可以达到绿色回收的目的。在工业领域出现的一些工业废水，如糠醛生产废水，自身的温度主要是90℃以上，能够根据热能情况来进行充分的利用[4]。还有相关研究可以得知，需要根据化工厂热水源热泵技术以及常规锅炉系统来进行综合对比。大型污水处理厂通过采用水源泵可以获取更高的碳交易利润。污水源热泵技术在应用方面具有较大的优势，如节能效果和环境优势，该技术在应用过程当中并不会直接产生电能，主要是以热能或者冷能为主来进行有效推动，但是目前的传输距离较短，服务半径较小，需要对污水厂市区和居民区进行充分分析，实际使用率也没有达到理想的要求。为了实现热能以及冷能的充分利用，就需要对问题进行重点解决。

2.4 污水处理固碳技术

污水处理固碳技术需要从源头进行充分分析，对二氧化碳进行控制，并且技术路线主要是利用生物和化学等方法来进行积极推动，在有机物降解方面可能会产生CH4、CO2气体对于封存当中的生物体需要通过化学方式来进行吸收，能够阻止这些气体进入大气当中。现如今主要是采取厌氧污水处理技术、微藻固碳技术、人工湿地固碳技术、化学固碳技术等。在污水处理过程当中需要结合具体内容来进行深入分析，并且相关有机污染物可以通过厌氧细菌来进行消化器的分解和回收工作，主要是达到减少二氧化碳排放的目的。微藻固摊技术在污水处理过程当中能够发挥显著的优势，充分利用光合作用来进行微藻类生物的繁殖，把污水内部的有机物都转化到微藻生物体内，可以减少二氧化碳的排放。目前该技术固化率表现较低、影响污水处理效果等问题；人工湿地固碳技术需要发挥植物、动物、微生物的作用，可以把污水当中的有机物、氮、磷等物质实现转化，具体转化为植物、动物和微生物的一部分，充分降低碳排放量。除了人工湿地系统之外，一些天然沼泽也具备相应的功能。目前该技术在应用过程当中速度较慢、效率不高、污水浓度不能得到有效缓解、地域和季节会造成较大影响等。化学固碳技术主要依靠体回收装置来进行污水处理，二氧化碳以及其他温室气体都能够进行污水收集，充分利用化学试剂来进行相应反应，二氧化碳可以和气相进行分离固定。目前该技术主要是依靠二氧化碳和其他温室气体得到有效应用，低浓度条件之下可能会造成动力不足。因此污水处理固碳技术仍然需要结合实际来进行深入开发和创新。

3 碳中和技术在污水处理当中的应用

3.1 结合碳排放监测指标来提高污水厂精细化运行水平

污水处理厂主要是采取粗放型控制方案，为进一步减轻排放方面的压力，内部工艺环节需要进行精细调节和配合，加强参数控制，能够最大限度控制系统实现自动化操作。污水处理工作需要处理厂来针对进水情况来进行实时控制，曝气设备电耗主要占据污水厂总电耗的60%以上。进水变化调整过程当中需要结合电量情况来进行节省，补齐环境管理和技术短板，有利于污水处理行业碳减排目标的达成。

3.2 多工艺技术联合使用，是目前较为实用的技术

现如今我国主要是对多种技术来进行有效联合，碳减排得到进一步的发展，实现碳中和的目标。通过有关研究可以得知厌氧消化气热电联产以及污水源热泵技术主要是利用污水处理来进行企业能源自给，那么需要对相关技术进行优化，或联合其他优质技术来满足污水厂的能量需求。通过多种技术的融合，对于污水处理企业节能减排，实现能量自给效果更佳显著。

4 碳中和背景下我国污水处理技术具体应用

碳中和背景之下，我国污水处理技术已经得到了有效应用[5]。就以某县为例，该县农村人口35 万，日排放污水量达到3.5 万t 的某县为例来进行分析。该县的农村地区没有污水处理设施，污水直接进入河流当中，就会对周围水环境和土壤造成污染，不但影响到村民的身体健康，还会限制当地发展。因此，急需对农村地区的生活污水处理进行加强，对农村的居住环境进行充分改善。县委和县政府也对农村污水排放情况进行调查，根据实际来推动生态立县发展战略的实施，该县在农村当中率先采用厌氧水处理技术以及污水处理固碳技术等处理农村生活污水，并且已经获得了一定的成就。适合农村污水处理的技术需要得到进一步的探索，主要是结合农村生活污水分户情况来进行湿地处理，目前主要有动力、微动力、无动力3 种模式10 种技术。包括PEZ、净化槽、智慧型WTBOX、MSL 污水处理技术、集中生态湿地等。在进行集中式污水处理过程当中需要进行污水处理设施的建设，主要是实现污水处理设施全县覆盖，并且污水处理率能够达到58%以上。

4.1 集中式污水处理

现如今农户的居住都较为集中，因此这些污水大多数汇集一处，那么就需要采用污水集中处理技术，实现对生活污水的净化工作，净化之后的水源也能够进行农田灌溉、绿化和景观等。某村人口有2041 人，一共建设污水处理设施达到了5 座，污水处理率达到了95%以上。主要是采取厌氧水处理技术以及污水处理固碳技术来提高污水处理效率。

4.1.1 MSL 污水处理技术

MSL 污水处理技术在使用过程当中具有无动力等特点，应用过程当中主要是结合原有污水处理固碳技术来进行进一步的创新，MSL 模块工艺能够得到充分的满足，结合砂石、沸石、MSL 模块来构成相应的比例，在模块集中应用过程当中也能够根据介质情况进行协调工作，在净化过程当中可以通过过滤、吸附、氧化、植物吸收和微生物分解等措施来进行污水处理。水质主要是按照污水处理厂污染物的排放标准来进行排放，技术在应用过程当中需要对污水渗透性进行保障，防止堵塞问题的产生。高浓度生活废水处理占据面积较小，仅仅占据人工湿地的1/5，因此在应用过程当中需要花费较高的成本。

4.1.2 太阳能污水处理技术

太阳能污水处理技术现如今也得到了应用，需要利用太阳能来进行光电转化，利用太阳能光电转化技术，为污水处理增氧曝气、搅拌、回流等提供动力，强化氮、磷的处理，提高污水处理效率及处理深度。污水流入沉淀地来进行沉淀工作，那么流入人工湿地就需要进行再次过滤，水质需要达到相关标准。太阳能微动力污水处理目前是针对农村生活污水特性而得到应用，清洁能源得到充分利用，占地较少，并且能取得良好的效果。但是在太阳能利用过程当中也存在一定的弊端，就是如果天气一直是阴雨天，就会导致电力不足现象的出现，严重影响处理效果。

4.2 分散式污水处理方式

分散式污水处理主要应用于山区农村地区，这些农户在居住方面具有分散性，那么生活污水也需要进行管网敷设，开挖过程当中可能在成本方面出现一些问题，主要是采取因地制宜的方式来进行分散处理。某县区资源丰富，现如今竹林面积已经达到了108 万亩，年采伐量达到了3000 万支，一年就会消耗1.5 亿支。竹子开发利用过程当中需要防虫防腐脱糖以及染色等相关工艺，其产生的废水对当地环境造成一定的安全隐患[6]。因此目前由浙江大学专业技术设计采用UASB（上流式厌氧污泥床反应器）＋A/0（兼氧好氧技术），对全县300 余家竹制品企业的高浓度废水（以蒸煮双氧水为主）进行集中处理，并结合现有资源来进行充分投入，能够加强技术创新工作，废水经过处理能够实现《污水综合排放标准》。结合高浓度竹废水来消除行业生产污染，企业得到升级转型。

5 结语

我国目前污水处理行业能源消耗和碳排放巨大，已经成为碳中和目标实现的障碍之一。解决这一问题可以从控制碳间接排放和直接排放两个方面入手。对于间接碳排放，应该从污水能源回收利用方面出发，将污水中的能量回收利用，开发能源回收型污水处理技术，大幅度降低污水处理能耗，从而降低污水厂的间接碳排放；对于直接碳排放，需要鼓励开发经济高效型固碳技术，将碳源转化固定，减少排放，从而实现碳减排目标。而增加碳排放监测指标，提高企业管理水平、开发新型节能减排技术、多工艺技术联合使用是实现我国污水处理行业碳中和目标较为实际的方法。