当前位置: 首页 行业资讯 水业新闻 正文大师之言 | 李光亮团队：“双碳”布景下的水务行业可延续成长前景探析 作者：李光亮.博士,同济年夜学情况科学与工程学院传授、博士生教师。研究标的目的为包罗水质节制与水资本操纵进程在内的污染预防与节制过发布日期：2024-04-13来历：大师之言 | 李光亮团队：“双碳”布景下的水务行业可延续成长阅读次数：89焦点提醒：大师之言 | 李光亮团队：“双碳”布景下的水务行业可延续成长前景探析 作者：李光亮.博士,同济年夜学情况科学与工程学院传授、博士生教师。研究标的目的为包罗水质节制与水资本操纵进程在内的污染预防与节制进程。曾任英国东英吉祥亚年夜学声誉传授(Honorary Professorship of University of East Anglia ) (2007年-2012年):兼任上海重金属污染节制与资本化工程手艺研究中间手艺委员会副主任,中国再生资本财产手艺立异计谋同盟理事会常务理事,英国《水和情况杂志》( W大师之言 | 李光亮团队： 双碳 布景下的水务行业可延续成长前景探析

来历：清水手艺

2020年9月,习总书记在第75届结合国年夜会上慎重提出, 我国CO2排放力争在2030年前到达峰值,尽力争夺2060年前实现碳中和 。水务行业作为能耗较密集的行业,对电力、化学药剂的耗损都直接或间接促使年夜量温室气体排放。是以,尽快经由过程手艺立异、能源高效洁净操纵、智能出产等手段实行低碳变化,下降行业碳排放,有助在为全行业供给更加广漠的成长空间。同时,以洁净能源替换化石能源耗损,成立绿色电力利用渠道,将有助在进一步抵消行业碳排放,赋能财产绿色低碳转型。

1 水务行业与碳排放慎密相干

水务行业是指由原水、供水、节水、排水、污水处置和水资本收受接管操纵等组成的财产链,如图1所示。城市水务行业是城市成长、居平易近糊口和工业出产等的根本,其行业上游是原水的获得,水资本获得的情势(地表水、地下水)和水源地的品质环境直接影响着供水本钱与能耗;行业下流是污水与污泥的处置措置,城镇居平易近耗水量、节水环境和污水厂工艺手艺和智能化治理程度将直接影响污水处置的综合能耗和药剂耗损。

据数据统计,2020年全国城镇污水处置全进程碳排放量为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,全国城镇供水系统碳排放量跨越2 200万t CO2。因而可知,水务行业实现碳减排对我国早日实现 碳达峰 碳中和 有侧重要意义。

1.1供水的碳排放

由水源处获得的原水在颠末原水管网输送、水厂处置、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经由过程多级泵站、泵房处置,此进程中水泵耗损电能的间接排放是首要的温室气体排放情势。水厂处置进程中一般不直接排放温室气体,其间接排放源在装备运行发生的能耗,和预处置环节加氯、絮凝剂和消毒剂投加发生的药耗。

赵荣钦等连系郑州市水源供给环境和相干数据进行阐发计较,成果注解,城市依托地下水开采和南水北调供水的取水系统碳排放值达0.14 kg/m3,制水和输配水进程能源强度别离为0.543 kW h/m3和0.320 kW h/m3。遵照2020年全国单元火电发电量CO2排放量换算,制水和输配水进程的CO2排放量别离为0.452 kg/m3和0.266 kg/m3,制水进程对碳排放的进献率更年夜。

1.2 污水处置的碳排放

糊口污水处置的碳排放情势首要分为直接排放和间接排放。此中,直接排放通常是污水处置进程中,因为水中有机污染物被降解,释放了CO2、CH4和N2O等温室气体,进入年夜气;间接排放通常是污水处置进程中,所利用的包罗电、气和药剂等所折算的碳排放。

马博雅等经由过程调研提出,相较在直接排放,今朝对间接排放方面的研究较为深切,手艺标的目的也较明白,相干研究首要集中在节能降耗和污水能源回用两个方面。北京城市排水团体与深圳水务团体两家范围较年夜的水务公司曾别离对污水处置进程温室气体排放环境进行测算,成果注解在污水处置的进程中,因电力耗损致使的间接排放和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首要构成,占排放总量的80%～90%。

2 水务行业碳减排可行性与路径阐发

2.1 供水进程的碳减排可行路径

供水进程中的碳排放首要集中在管网输送和处置装备用电、药剂利用,削减药剂耗损、鞭策节能减排、削减单元能耗碳排放量等办法均有助在实现供水环节的碳减排。

2.1.1 水源庇护

现代饮用水在加工处置进程中,需经加氯消毒去除年夜部门微生物,前后经混凝沉降、煤砂滤池、活性炭池的过滤和吸附进行处置。是以,优良的水源地将供给更高品质的原水,响应地,其处置进程所耗损的药剂量更低,碳排放更低。强化对水源地的庇护,不但有助在提高生态情况质量,还可以或许下降清水处置进程中心接碳排放。

2.1.2 新能源利用

提高非化石能源发电量是电力行业实现 碳达峰 的主要路子。研究注解,水厂的能源耗损占到总本钱的20%以上,此中包罗水泵、风机等在内的要害能耗装备耗能跨越总能耗的85%。中电联相干数据注解,2020年和2021年全国全口径非化石能源发电量别离为9.8 108kW和1.11 109kW,别离占到昔时总发电装机容量的44.7%与47%。提高水厂用电中非化石能源的比例,可有用下降清水处置进程中的能耗与碳排放。东京自来水公司连系试运行计较与现实发电成效,评估太阳能发电装备和水力发电装备的利用寿命别离为20年和22年,在公共系统的撑持下,经由过程自用和售电获利的体例,可恰当下降电力本钱、削减碳排放,有望在寿命期内收回扶植和保护本钱。丰顺年夜罗水厂的扶植进程中充实操纵了厂区建筑物房顶和池体,经由过程采取 门式刚架屋面加盖 等体例的光伏装备铺设,为厂区出产用电供给保障并按捺了池体内水藻发展。

2.1.3 手艺立异

少人/无人化水厂是当前现代化水厂成长的首要方针之一,为实现高效、少人工、主动化的装备运行,将电气主动化和人工智能应用在水厂,将有助在提高出产治理效力,保障供水靠得住性,下降误差、削减能耗(图2)。以姑苏吴中水厂为例,该厂经由过程电气主动化节制系统的利用,实现精准排泥,同时主动加药系统可以或许与水源地水质、进程水水质、出厂水水质实现多参数联动,经由过程数据指点出产治理,有用下降了能耗,提高了工作效力。其自研的管网补氯一体扮装置可实现联网全主动化运行,下降前端余氯指标,有用晋升下流管网余氯,晋升用水品质(图3)。武汉余氏墩水厂在主动化革新中,扶植了采取PLC节制的主动加药节制系统、进排水主动节制系统等,实现平均配水、不变出水,下降了能耗。

在工作实践中,电气主动化节制手艺对提高出产效力、削减劳动力本钱、下降能源与材料的耗损等有着较为较着的积极感化,但是其在面临部门出产预警时,比拟在工作经历丰硕的谙练手艺工、工程师,存在处置上的滞后性,且对突发性问题的解决能力有限,仍需人力参与。是以,鞭策成长供水行业人工智能手艺尤其主要,可依托人工神经收集与自我进修能力,猜测用水需求并智能化调控装备功率,及时遵照水源质量调理工艺确保出水不变,智能猜测水质波动并和时预警等。

2.1.4 节水办法

我国供水管网扶植年月跨度年夜,管道类型遍及有钢管、铸铁、球墨铸铁、预应力混凝土、塑料等,管道安插日趋复杂慎密,受地质转变、路面沉降、施工、材料老化、道路振动等身分影响,自来水管道渗漏难以免。渗漏致使的清水外泄将进一步提高水厂面临划一用水需求时的处置水量,有需要对管网放哨、检漏专业工作人员强化进修,并更新检测手艺,进而确保供水管网运行不变。

2.2 排水进程的碳减排可行路径

与钢铁、有色金属行业等高耗能的行业比拟,污水处置系统的能耗因其相对较低,被人们持久轻忽,但现实上污水处置也属在能耗密集型行业。经由过程强化资本再操纵、优化污水处置工艺与手艺、下降单元用电碳排放等有助在污水厂实现节能减排。

2.2.1 废水回用

对经处置后到达非饮用水尺度的尾水,可在检测后确保其到达相干回用水质要求,用在不与人体直接接触的用水,例如可用在厂区/园区绿化用水、风机冷却轮回水和带式脱水机的滤带冲刷水等。

2.2.2 手艺立异

糊口污水的处置手艺多种多样,但今朝利用普遍、手艺成熟的处置手艺通常为经由过程外部添加能源、碳源或药剂对污染物进行降解,此进程会向外界情况排放年夜量温室气体,削减额外能量、碳源的输入,将有助在下降污水厂碳排放。在副产物操纵方面,当前的工艺手艺中多采取燃烧发电、厌氧消化产出甲烷、生物产氢等路子,对污水处置进程中其副产品污泥进行能源转化。例如,日本部门污水厂将热能用在供暖和融雪工程;德国卡地茨污水处置厂综合操纵太阳能发电、废水发电、热能发电、沼气发电4种发电体例解决厂区本身电能需求;青岛光威污水处置厂、六圩污水处置厂操纵沼气发电手艺削减外部输入电能。Schaubroeck等与Besson等将生命周期评估法利用在奥地利Strass污水处置厂的工艺研究,注解污泥消化发生的沼气等可出产足够电力并对外输出并网,获得必然经济好处。图4展现了美国格雷沙姆污水处置厂经由过程工艺优化提高沼气产量,利用燃气发机电组将可再生沼气热电联产与太阳能发电协同操纵,实现能源净零,厌氧发酵池的副产物仍可作为肥料回用在农田。

王京凡等的研究也指出,将来可延续的工艺是新型AB工艺,即A段负责高效碳捕捉,目标是使污水中的有机物在生物氧化之前被捕捉,后续用在能量收受接管,B段实行低碳新手艺(如利用厌氧氨氧化手艺削减外加碳源),进一步去除污水中的污染物。

2.2.3 新能源利用

国内污水厂的耗电量遍及达0.29 kW h/m3,相较在美国的污水厂耗电量(0.2 kW h/m3)而言,该数据明显远超发财国度。经由过程工艺改良,在下降单元废水处置耗电量的同时,削减的单元电耗碳排放量将有助在下降厂区整体碳排放量。污水厂占地较年夜、楼层较低,采取太阳能、风能等新能源将有助在削减厂区所用市电需求量(图5),Goswami等研究了在污水处置系统中开辟浮动太阳能光伏(FSPV)系统,将光伏组件漂浮在水面上实现太阳能发电,15 MW太阳能光伏系统可向电网供能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,有助在污水厂向可延续成长转型。刘玉涛等对山东某地下污水厂展开实例阐发,论证了经由过程扶植包括光伏发电、沼气发电等在内的多能互补综合能源系统,可实现污水厂的不变供电,每一年可节俭尺度煤2 855 t,减排CO2和其他年夜气污染物排放7 699 t。

3 总结与建议

3.1 打造 低碳水务 是迈向水务 碳中和 的必由之路

水是人类平常糊口和社会成长不成或缺的主要物资资本,污水直排所发生的黑臭水体在厌氧情况中会增添年夜量碳排放。水务行业的减碳行动既可以或许直接推动水情况治理环节的碳排放协同节制,又可有用笼盖全行业用水进程的碳减排。 低碳水务 可经由过程新手艺的利用下降单元用电量和药剂投加量,从而削减额外能量和碳源的输入,同时依托厂区内新能源的利用、副产品能源转化等体例实现供排水行业 碳中和 方针。

3.2 实现水务行业 碳中和 的要害是治理策略与手艺立异

(1)明白阶段成长方针,提高从业人员对水务行业实现 碳中和 的共鸣。

水务行业实现 碳中和 不是一挥而就的,既要避免活动式的 碳冲锋 ,也要避免全行业从业者对实现 碳中和 的 事不关己 。需要明白阶段性成长方针,优先削减厂区能耗、物耗,连系手艺立异、工艺改进实现 碳达峰 ,再进一步经由过程引入新能源、下降单元水处置碳排放过渡至 碳中和 。经由过程阶段性方针的设立和从业人员培训,慢慢提高水务行业工作人员对实现 碳中和 需要性、紧急性的熟悉,自上而下与自下而上同步提高全行业摸索节能减排手艺与治理办法和积极性。

(2)研发低碳措置手艺,增进财产转型与进级。

进一步研发清水处置、污水措置进程中的新手艺、新装备,提高处置运行效力、削减能耗与药耗、增添能源收受接管操纵比例,积极开辟包罗太阳能、风能等合用在水务行业的可再生能源,鞭策工艺进程无人化、处置装配智能化,实现水务行业处置厂不变运行、节俭外能输入、资本再操纵,使相干处置进程由能源耗损型转化为能源外溢型,实现 碳中和 运行,增进包罗温室气体减排手艺在内的研发与利用。

(3)展开全生命周期评价,鞭策行业全财产链碳减排。

全生命周期评价有助在清楚量化各流程中物资活动时碳排放环境,阐发碳萍踪,评估分歧流程、分歧手艺下厂区温室气体排放潜能。应进一步健全水务行业全链条产物生命周期评价,实现 水源-清水措置-终端用水-污水措置-排水 全进程碳排放评价,为开辟绿色低碳水务产物、进一步下降水务行业碳排放供给支持。

作者简介

作者：李光亮.博士,同济年夜学情况科学与工程学院传授、博士生教师。研究标的目的为包罗水质节制与水资本操纵进程在内的污染预防与节制进程。曾任英国东英吉祥亚年夜学声誉传授(Honorary Professorship of University of East Anglia ) (2007年-2012年):兼任上海重金属污染节制与资本化工程手艺研究中间手艺委员leyu����.txt会副主任,中国再生资本财产手艺立异计谋同盟理事会常务理事,英国《水和情况杂志》( Water and Environment Joumal)编委;上海市科普基金会理事长。