污水处理厂的能源中和

污水处理厂实现能源中和不等于实现碳中和。能源中和仅意味着污水处理厂能耗实现自给自足，只抵消了间接碳排放量中能耗碳足迹，而间接碳排放量中的药耗碳足迹以及直接碳排中的NxO、CH4、VOCs等温室气体产生的碳排放量并未抵消。反过来看，污水处理厂如果实现了碳中和，一般可认为同时可以实现能源中和。

  因处理工艺繁杂，下文均以A2O工艺的市政污水处理厂为例。现有市政污水处理厂主要能耗集中在污水提升系统、生物单元曝气系统和污泥处理系统，三个环节能耗占比20-25%，55-65%和6-12%，且普遍存在“重水轻泥”现象。

  笔者在设计院工作十年，在设计阶段到竣工运行的各个阶段市政污水处理厂都见过。大部分的市政污水处理厂处于两个状态，大马拉小车（实际水量偏低，曝气量远大于实际所需量）和小马拉大车（实际水量大于设计量，曝气量小于实际所需量），这是由于设计阶段模型以及实际人口数量、可研等各种因素造成，污水处理工艺设计在曝气、回流等运行环节往往采用定值运行。

  传统污水生物处理工艺以能（供氧）消能（有机物），并向大气释放大量的CO2，明显与可持续发展的战略有所冲突。

  那如何降碳以及降能耗，因笔者水平有限，统计市面上已有的技术以及结合宏观政策简析前景。

  一、工艺环节部分

  从现有的COD中转化出能源（CH4、H2），通过化学能后再稳定CO2。

  其中剩余污泥中蕴含大量可开发的有机能源，每COD约能产生出1.4X10的7次方焦耳热量。现有技术路径分别是焚烧发电（热电联产），厌氧消化转换甲烷燃烧，生物制氢。

  目前三种工艺，前两者较为成熟和市场化。直接焚烧发电缺点在于须大规模脱水处理以及焚烧投资规模较大。厌氧消化转化为甲烷燃烧受限于国家目前暂无政策倾斜，但欧洲已有成熟例子以及欧洲政府也对此方向有政策倾斜。

  二、工艺环节部分

  在污水处理过程中外加碳源和化学药剂会产生间接能耗，为此工艺环节可考虑利用生物作用脱氮除磷。笔者非工艺专业此处就不展开细说。

  三、工艺设计环节

  在设计阶段采用现有市场成熟的模型建模（国内大型水务集团已采用），通过模型分析，在不同水量及COD状态下，整体处理处于最优化，避免小马拉大车、大马拉小车。

  四、污水中物理热能利用

  污水中物理热能一般并不被人们注意而大量流失，污水四季温度变化小、流量大而稳定、储存热量大，因此污水中蕴含的低位物理热能是公认的可开发利用的清洁能源。污水处理厂通过季节性热量交换、从污水中获得冷/热量不仅可以供污水处理内部使用，还可以惠及附近工业与民用建筑。为此，污水处理厂的二级出水热泵系统利用是值得留意的一个市场部分。

  五、光伏发电

  光伏发电板巧妙地安装在污水处理厂单元池顶，可在实现光伏发电的同时，根据季节与情况实时覆盖处理单元顶部，一方面有利于冬季保温，另外一方可能实现臭气收集和集中处理，一举三得。

  根据市面上污水处理厂数据均值反馈，污水处理厂污水源热泵方面可降低50%能耗（制冷制热）、光伏可降低10%能耗，剩余污泥可降低53%能耗。结合实际污水处理厂所处的地理位置，明显从降低碳和能耗方面来看，污水源热泵和剩余污泥的空间更大，光伏可作为补充措施。

  六、宏观政策方面：

  （1）现有污水处理厂电价中在2025年前是不用交变压器的基本费，也就是说污水处理厂或污泥干化设施短期来看，电价还是相对经济实惠，降能耗迫切度不高。但一旦过了2025年后，随着非居民电价上涨，污水处理厂或许会面临主动降能耗保证自身利润。

  （2）现有污泥市场尚处于污泥部分受国内相关部门主导政策影响为主，所以焚烧干化占比高，但焚烧缺点明显投资额大，民众对于焚烧厌恶度高。结合十四五价改相关政策来看，未来污水处理费必须包含污水处理以及污泥处理费，可适当留意污泥厌氧消化转换甲烷相关技术。