德國STRABAG 干式厭氧處理工藝
 
張辰:再談城鎮污水系統碳排放研究

[2021-11-15] [點擊:119]

image.png廢棄物碳排放計算公式

張辰以上海白龍港污水處理廠升級及擴建工程為例,計算了該項目全生命周期碳排。建設期+運行期+拆除期:16.56萬t+(10.79+11.68)萬t/a*30a+8.28萬t=698.94萬t。以30年為運行周期,各期間碳排放的百分比為:建設期為2.4%,運行期為96.4%,拆除期為1.2%。

image.png

我國城鎮污水系統碳排放

在我國城鎮污水系統碳排放系統中,包含污水收集的化糞池、污水處理的污水處理廠以及污泥處理處置等環節的碳排放產生。

IPCC對于國家溫室氣體清單出版過一系列指南,然而張辰指出,考慮到不同國家經濟和發展有差異,中國的收集系統、處理系統、污泥系統,系統的觀念還在不斷的建立過程中,因此應該充分考慮中國的碳排放特點,對于中國的污水處理與污泥處理進行進一步核算。

在我國,由于城鎮污水的收集率不高等原因,城鎮污水系統碳排放總量占全國碳排放總量(不含LULUCF)的0.58%,而CH4、N2O占比很高,直接排放占全國3.04%及2.51%。張辰提出,這是否與化糞池的設置有關?

目前行業中還沒有組織對于化糞池環節的N2O排放量、間接排放量等數據進行控制以及收集處理,多年來,行業不乏對于城市排污系統完善情況下,化糞池設置必要性的探討,張辰認為,在我國城鎮、農村污水處理還沒有完全覆蓋的情況下,仍然存在設置化糞池的必要性。

污水廠低碳運行的三個策略

污水處理廠的低碳策略主要有三個方面:

一是提升污水收集有效性。張辰指出,目前在我國污水處理系統中,污染物普遍存在于管道以及化糞池中,進廠水COD濃度過低,建議對管網系統完善地區,取消分流制地區化糞池,同時提高污水管網養護水平;

二是應強化污水處理低碳運行。包括優化污水處理過程運行、開發污水熱能和太陽能、探索低碳污水處理工藝等;

三是應注重污泥能源資源利用。結合低碳目標選擇路線,通過厭氧消化回收能源,關注污泥資源回收利用。

國外工程實例

張辰以全球范圍內污水廠的減排實例,介紹了污水廠的碳減排的具體做法,為行業提供了污水廠低碳運行的國際經驗。

芬蘭Turku(圖爾庫)

芬蘭Kakola污水處理廠處理規模為10×104m³/d,為了實現低碳排放,Kakola熱泵廠毗鄰Kakola污水處理廠建設,利用出水余熱,為圖爾庫地區的公共建筑和家庭供熱/供冷。

image.png

芬蘭Kakola污水處理廠

波蘭Poznan(波茲南)

波蘭一污水廠采用熱電聯產方式,實現發電1.02MWe,7700MWh/a產熱1.05MWt,28647GJ/a。張辰指出,利用生物質能源替代化石能源,是碳減排同時減少大氣污染的重要途徑之一。

image.png

波蘭Poznan(波茲南)

日本長野縣

日本長野縣制定了污水處理零能源(ZES)計劃,包括全球變暖的應對策略、能耗降低策略、能源產出策略,以水處理設施的集中化、設立生物質利用中心、區域生物質利用的協同化等方式,實現溫室氣體排放量的削減、低能耗運行方式和設備的引入、再生能源的利用。

image.png

日本力爭在2065年實現碳中和目標

日本巖手縣

日本巖手縣以都南污水處理廠(處理能力195600m³/d)能源自給為目的,優化設備運轉方式,降低電耗。具體措施為水泵避免轉速過低和頻繁啟停,風機根據處理負荷選擇最合適風量和最佳機型,攪拌器厭氧池和污泥儲槽中的攪拌器間歇運行。以2015年為基準,2019年(試驗后)電耗減少3.3%。

image.png

都南污水處理廠

日本大分市

位于日本大分市的弁天污水處理廠利用大小泵的搭配,優化水泵運行。弁天污水處理廠原有工況為大流量泵(4號/5號)與小流量泵(1號/2號)組合使用,同時1號/5號單數日開啟,2號/4號偶數日開啟。該廠將效率較差的4號泵改為電價較低的夜間運行,白天開啟5號泵,全年節省11%電費。

image.png

日本橫濱市

橫濱市應對全球變暖策略實施計劃為“2030年溫室氣體排放量在2013年基礎上削減26%”。北部污泥資源中心污泥碳化設施為200t-wet/d,通過污泥的碳化減少N2O排放,碳化燃料運至水泥廠替代煤炭。與焚燒爐相比,采用碳化爐可以減少溫室氣體排放,減排溫室氣體5281tCO2/年。

image.png

國內案例分析

在國內案例分析中,張辰以處理規模20×104m³/d的污水處理廠進行了模擬計算,將出水標準設置為一級A,氨氮和總磷執行地表Ⅳ類,采用曝氣沉砂池+初沉池+AAO生反池+二沉池+高效沉淀池+反硝化濾池+紫外消毒工藝,同時污泥處理采用低溫真空脫水干化方式。

張辰:再談城鎮污水系統碳排放研究

時間: 2021-10-13 09:22

來源: 中國水網

作者: 張辰

 

 

如果以不計生物源CO2的碳排放構成或者包含生物源CO2的碳排放構成兩種情況進行計算,不同的框架可以計算出不同的結果。

image.png

碳排放構成分析

“我不大主張,或者說反對用碳源降低氮”,張辰指出,目前大氣污染領域都在針對氮的問題進行研究,而水處理行業為了脫氮,還要外加碳源,還在用化石能源把有機氮變成影響大氣的物質,“不僅是水系統需要系統性思維,整個生態循環系統也需要運用系統性思維進行綜合考量。”

同時出水標準提升增加碳排放,主要來自電耗和藥劑的間接排放。與一級A相比,準Ⅳ類標準的單位水量碳排放增加17%,因此張辰強調,應根據地區水環境容量、技術和經濟發展水平,合理確定排放標準。

在能源利用途徑方面,張辰指出,首先場地空間也是很好的資源。完全可以利用構筑物和建筑物的閑置頂面等空間,安裝光伏電池組件,實現削峰填谷、清潔發電,可以補償污水處理廠電耗15%左右。

其次,設計水溫和環境溫度要適合能量回收。在設計規模為20萬噸的水廠中,全部出水余熱利用,提取水溫4℃,制冷能效比(EER)和制熱性能系數(COP)分別取4.1和4.2,可以實現制冷減少碳排放44218 kgCO2e/d,制熱減少碳排放376525 kgCO2e/d。

第三,污泥采用“高含固厭氧消化(含固率按10%)+土地利用”技術路線可以實現碳匯。假設污泥處理量為35tDS/d,采用“高含固厭氧消化(含固率按10%)+土地利用”的技術路線,產生的甲烷除用于厭氧消化自身的能量需求之外,還可用來發電、供熱、驅動鼓風機等,實現碳補償同時產生沼氣5600m³/d,發電11200kWh/d,滿足污水處理廠18%電耗;余熱64400MJ/d,除滿足厭氧消化本身熱量需求外仍有剩余,合計碳排放為 -1855 kgCO2e/d。張辰表示,污泥的治理要“泥水共治”統一考慮,污水處理廠進水COD濃度達到一定程度后,污泥的厭氧消化技術路線完全能助力實現水廠的零碳目標。

image.png

模擬計算數據匯總

結語

在上述的基礎上,張辰進行了三點總結:

第一、注重系統理念,將有機污染物有效地輸送至污水處理廠。早在二三十年前,行業就在圍繞管道沉積、是否設置化糞池等問題進行討論,有些地區取消了化糞池,但由于管道等設置沒有很好地進行匹配,造成了污染物的沉積。張辰強調,一定要注重系統治理觀念,將污染物特別是有機物,有效的送到污水處理廠中。

第二,回收能源和資源,充分利用污泥的化學能、污水的熱能、污水廠的場地資源開發碳源。張辰表示,通過一系列舉措包括回收污水源熱泵、回收污泥中有機質的能源化學能,甚至在場地中進行生態設施產生碳匯,都能夠補償污水處理廠的碳排放,最終實現零碳污水廠的目標。

第三,協同處理處置,污泥干化、熱電聯產、余熱等輸出的能量,以“碳交易”的方式實現碳中和。張辰表示,中國的碳交易所即將進行一系列的碳交易工作,期待水處理行業在實現零碳污水廠,實現“碳達峰、碳中和”戰略中有我們的作為。

 

  友情鏈接: 中國固廢網  廚余垃圾處理在線網絡數據  中國環衛網  中國沼氣網  STRABAG 
版權所有@ 2010 上海聞源環境科技有限公司 備案號:滬ICP備12045922號-1
公司地址:上海市閔行區元江路525號金領谷2號樓303室  電話:021-64543358 64543359   傳真:021-64543359  郵件:wsywork@163.com
上海網站優化公司