行動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)低碳污水處理——《中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排路徑及潛力研究》賽萊默公司中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院中國(guó)人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心2016.12

目錄寄語 3前言 5一、 中國(guó)污水處理設(shè)施的規(guī)模 6二、 污水處理行業(yè)的碳排放水平 61、 全球污水處理行業(yè)的總體碳排放水平 62、 中國(guó)污水處理行業(yè)的總體碳排放水平及特征 7三、 中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排路徑 81、 提污水處理綜合能效 8（1）采用高效機(jī)電設(shè)備 9（2）加強(qiáng)負(fù)載管理 9（3）建立需求響應(yīng)機(jī)制 102、 大力回收能源 103、 探索可持續(xù)新工藝 11四、 中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排潛力 121、 中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排現(xiàn)實(shí)可得潛力（RAP） 12（1） 提高污水處理綜合能效的現(xiàn)實(shí)可得潛力 12（2） 大力回收能源的現(xiàn)實(shí)可得潛力 13（3） 全行業(yè)碳減排現(xiàn)實(shí)可得潛力 132、 中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排最大可得潛力（MAP） 13五、行動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)低碳污水處理 141、 貫穿生命周期成本理念，低碳建設(shè)或改造污水處理設(shè)施 142、 構(gòu)建行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)管理體系，低碳運(yùn)營(yíng)污水處理設(shè)施 143、 構(gòu)建低碳發(fā)展的政策體系，實(shí)現(xiàn)低碳污水處理 14

寄語呂淑萍賽萊默公司中國(guó)總裁作為一家富有使命感和獻(xiàn)身精神的企業(yè)公民，賽萊默從研發(fā)、制造到銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)著手，不斷構(gòu)建更加高效低耗、綠色環(huán)保的產(chǎn)品供應(yīng)鏈。在全球?qū)用妫覀儼奄惾R默公司水處理解決方案、流體系統(tǒng)和分析儀器三條核心生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率提高了3%，折算每年減排75,000噸二氧化碳，相當(dāng)于15,715輛汽車一年的碳排放。面對(duì)全球變暖的嚴(yán)峻形勢(shì)，賽萊默鄭重承諾:到2019年，公司將通過持續(xù)努力，在現(xiàn)在基礎(chǔ)上，繼續(xù)減少20%的碳排放量，展示履行企業(yè)責(zé)任、做優(yōu)秀企業(yè)公民的實(shí)力和信心。作為全球最大的污水處理解決方案提供商，賽萊默公司始終關(guān)注中國(guó)污水處理事業(yè)的發(fā)展，借助全球領(lǐng)先的技術(shù)、裝備、經(jīng)驗(yàn)和綜合解決方案，為降低污水處理能耗、提升行業(yè)效率不斷努力。賽萊默公司曾在第十屆中國(guó)城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國(guó)際研討會(huì)上發(fā)布了全球污水處理行業(yè)碳排放報(bào)告。今年，賽萊默公司非常高興地與中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院聯(lián)合開展了中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排潛力及減排路徑的研究，希望藉此報(bào)告的發(fā)布，能為中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)的低碳發(fā)展提供借鑒，也期待與政府、產(chǎn)學(xué)研各界同仁一起努力，共同為污水處理行業(yè)的碳減排做出貢獻(xiàn)，助力中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展！王洪臣中國(guó)人民大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院副院長(zhǎng)中國(guó)人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任尚川（北京）水務(wù)有限公司特別顧問聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）最新發(fā)布的第五次評(píng)估報(bào)告《氣候變化2013：自然科學(xué)基礎(chǔ)》提出了明確而有力的結(jié)論：（1）大氣和海洋已變暖，積雪和冰量已減少，海平面已上升，觀測(cè)到的變化幅度在上千年時(shí)間里都是前所未有的；（2）在95％的置信度下，人類活動(dòng)是變暖的主要原因，亦即，人類活動(dòng)排放的溫室氣體（GHG）總體上導(dǎo)致了全球變暖。因此，控制溫室氣體，減少碳排放，已經(jīng)刻不容緩。國(guó)際社會(huì)呼喚所有國(guó)家、每一個(gè)企業(yè)，乃至每一個(gè)公民，都應(yīng)投身到碳減排的具體行動(dòng)中。污水處理在控制水污染中發(fā)揮著決定性作用，但同時(shí)又是重要的碳排放源。目前，“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”現(xiàn)象似有加重趨勢(shì)。應(yīng)該看到，在獲得良好處理效果的前提下，挖掘所有潛力降低能耗物耗、最大程度地減少碳排放，實(shí)現(xiàn)低碳污水處理，是污水處理行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然方向。作為環(huán)境領(lǐng)域的一名研究人員，我非常高興地看到有像賽萊默這樣的企業(yè)，他們除了為社會(huì)提供優(yōu)良裝備，還時(shí)刻關(guān)注氣候變化這樣宏觀的問題，把碳減排作為企業(yè)的責(zé)任，把減排理念融入到為客戶提供的每一個(gè)解決方案之中。我們聯(lián)合發(fā)布這樣一份報(bào)告，旨在呼吁行業(yè)各界行動(dòng)起來，關(guān)注碳排放、控制碳排放，為中國(guó)污水處理事業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力!前言全球變暖導(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(guó)際社會(huì)積極采取行動(dòng)，應(yīng)對(duì)氣候變化。不久前，第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)通過了《巴黎協(xié)定》，對(duì)全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)作出安排，各方承諾將盡快實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放不再繼續(xù)增加，并每隔5年重新設(shè)定各自的減排目標(biāo)，使人為碳排放量盡早降至森林和海洋能夠吸收的水平。2016二十國(guó)集團(tuán)(G20)杭州峰會(huì)前夜，中美兩國(guó)同時(shí)宣布批準(zhǔn)《巴黎氣候變化協(xié)定》，表明中美兩個(gè)大國(guó)將與各國(guó)一道，共同積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化。作為應(yīng)對(duì)氣候變化的負(fù)責(zé)任大國(guó)，中國(guó)承諾到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%，到2030年下降60%～65%。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要每個(gè)行業(yè)都積極行動(dòng)，降低碳排放。污水處理是重要的碳排放行業(yè)，亟需系統(tǒng)全面地開展碳減排工作。首先，污水處理是高能耗行業(yè)，高能耗將導(dǎo)致大量間接碳排放。其次，污水處理過程中會(huì)產(chǎn)生并逸散大量CH4和N2O，是重要的碳排放源。據(jù)美國(guó)EPA預(yù)測(cè)，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，約占非二氧化碳總排放量的4.5%。中國(guó)污水處理行業(yè)有多大的碳減排潛力？通過哪些路徑可以釋放污水處理碳減排潛力？為了尋找這些答案，賽萊默公司與中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院聯(lián)合開展研究，梳理了發(fā)達(dá)國(guó)家以及IPCC等國(guó)際組織的碳排放核算方法及減排路徑，實(shí)地調(diào)研了華北地區(qū)、華東地區(qū)、華南地區(qū)、東北地區(qū)和西北地區(qū)典型污水處理廠的碳排放水平，參考國(guó)際減排經(jīng)驗(yàn)，分析了行業(yè)減排潛力，探討了可行減排路徑，提出了污水處理廠減排的工作程序與規(guī)范，期望對(duì)中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排技術(shù)體系的建立有所幫助。中國(guó)污水處理設(shè)施的規(guī)模經(jīng)過“十一五”和“十二五”時(shí)期的高速建設(shè)，中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施已經(jīng)形成規(guī)?；奶幚砟芰?，見圖1-1。截止2015年底，全國(guó)設(shè)市城市和縣城建成并投入運(yùn)行污水處理廠共3830座，日處理能力達(dá)1.62億立方米，超過了美國(guó)1.25億立方米（33240mgd）的處理能力。2015年全年實(shí)際處理污水511億立方米。另外，建制鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村污水處理設(shè)施建設(shè)進(jìn)度也逐漸加快。圖1-1中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理能力“十二五”期間的增長(zhǎng)趨勢(shì)污水處理行業(yè)的碳排放水平全球污水處理行業(yè)的總體碳排放水平污水處理在水污染控制中發(fā)揮著決定性作用，但同時(shí)也是重要的碳排放行業(yè)。據(jù)歐洲統(tǒng)計(jì)辦公室（Eurostat）2014年歐洲統(tǒng)計(jì)報(bào)告，污水處理與固體廢棄物處理組成的廢物處理行業(yè)是第五大碳排放行業(yè)，占全社會(huì)總碳排放量的3.3%，見表2-1。表2-1歐洲的主要碳排放行業(yè)行業(yè)碳排放占全社會(huì)百分比燃料燃燒和短時(shí)排放55.14運(yùn)輸業(yè)23.24工業(yè)和制造業(yè)8.46農(nóng)業(yè)9.85污水與廢棄物處理3.3其他行業(yè)0.01污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。污水處理是社會(huì)中較小的行業(yè)，但屬于能源密集型行業(yè)，美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家污水處理行業(yè)電耗占全社會(huì)總電耗的1%左右，高能耗導(dǎo)致大量間接碳排放。污水處理過程會(huì)產(chǎn)生并逸散大量CH4和N2O，是重要的直接碳排放源。美國(guó)EPA統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，全球污水行業(yè)2015年CH4和N2O逸散量分別5.4億噸和0.9億噸二氧化碳當(dāng)量，預(yù)測(cè)2020年將分別達(dá)到5.65億噸和0.94億，2030年將分別超過6億噸和1億噸二氧化碳當(dāng)量，約占非二氧化碳總排放量的4.5%。總體上，污水處理行業(yè)碳排放量占全社會(huì)總排放量的1%～2%之間。中國(guó)污水處理行業(yè)的總體碳排放水平及特征基于各地區(qū)代表性污水處理廠典型工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)分析及實(shí)際監(jiān)測(cè)，按照IPCC方法學(xué)以及相關(guān)方法學(xué)研究，初步計(jì)算，2015年全國(guó)污水處理逸散CH4和N2O產(chǎn)生的直接碳排放量為2512.2萬噸CO2當(dāng)量，電耗產(chǎn)生的間接碳排放量為1401.6萬噸CO2當(dāng)量，絮凝劑消耗產(chǎn)生的間接碳排放量為70.9萬噸CO2當(dāng)量。綜上，2015年中國(guó)污水處理行業(yè)碳排放量為3984.7萬噸CO2當(dāng)量，單位水量的碳排放當(dāng)量（碳排放強(qiáng)度）為0.78kg/m3。中國(guó)污水處理行業(yè)碳排放地域特征明顯，見圖2-1。在重點(diǎn)調(diào)研的華南、華東、東北、華北和西北五大地區(qū)中，華北地區(qū)碳排放強(qiáng)度高達(dá)1.13kg/m3，是華南地區(qū)的二倍。碳排放強(qiáng)度與污水濃度密切相關(guān)。圖2-1中國(guó)五大地區(qū)污水處理碳排放強(qiáng)度（kg/m3）2015年，中國(guó)污水處理行業(yè)總電耗為140億kWh，僅占全社會(huì)總電耗的0.26%，遠(yuǎn)低于西方國(guó)家1%的比例。主要原因有：污水收集系統(tǒng)不完善導(dǎo)致污水收集處理率較低、污水濃度也較低、處理標(biāo)準(zhǔn)總體不高以及污泥處理處置滯后等。隨著收集系統(tǒng)的完善、提標(biāo)改造的實(shí)施以及污泥處理處置率的提高，污水處理電耗將逐年升高?！笆濉逼陂g，污水處理電耗年平均增加12.9%，見圖2-2。隨著城鎮(zhèn)化率、污水處理率、污泥處理處置率不斷提高以及排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水處理電耗還將進(jìn)一步增加，應(yīng)及早采取措施提高行業(yè)能效，降低間接碳排放。圖2-2中國(guó)城鎮(zhèn)污水處理“十二五”期間間接碳排放量變化趨勢(shì)中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排路徑與能源、建筑、交通等行業(yè)相比，污水處理減排成本低，減碳效益大。發(fā)達(dá)國(guó)家意識(shí)到污水處理行業(yè)蘊(yùn)含的高效減排潛力，將其列入碳減排重點(diǎn)領(lǐng)域，并探索出了一些可行的碳減排路徑。美國(guó)和日本強(qiáng)調(diào)通過高效機(jī)電裝備和高級(jí)控制對(duì)策節(jié)能降耗，同時(shí)加大污水污泥蘊(yùn)含能源的開發(fā)回收力度。加拿大著力開發(fā)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化技術(shù)，目前已形成較完善的污水處理運(yùn)營(yíng)優(yōu)化技術(shù)體系。歐洲重視低碳處理新工藝研發(fā)，在可持續(xù)污水處理工藝研究方面居于領(lǐng)先水平。西方國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)為尋找中國(guó)污水處理行業(yè)的碳減排路徑提供了很好的借鑒。提高污水處理綜合能效美國(guó)在供水和污水處理行業(yè)提出三個(gè)層面的能效提高路徑：一是采用高效機(jī)電設(shè)備（EnergyEfficiency），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（LoadManagement），滿足工藝要求的前提下要使負(fù)載降至最低，同時(shí)，設(shè)備配置要與實(shí)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（DemandResponse），根據(jù)實(shí)際工況的需求及其變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。（1）采用高效機(jī)電設(shè)備污水處理機(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)通常可實(shí)現(xiàn)5%-10%的效率提高。水力輸送設(shè)備的水力端設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，水力端需具備無堵塞?持續(xù)高效的特點(diǎn)，無堵塞技術(shù)可避免通道容量減少降低效率或長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行燒毀電機(jī)。持續(xù)高效可確保電機(jī)長(zhǎng)期高效運(yùn)行，先進(jìn)的水力端設(shè)計(jì)可以實(shí)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(duì)會(huì)越明顯。混合攪拌設(shè)備的水力端設(shè)計(jì)同樣關(guān)鍵，采用后掠式葉片設(shè)計(jì)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(xiǎn)。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(fèi)用較低，但機(jī)械效率很低，應(yīng)盡量避免采用。單級(jí)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(shí)現(xiàn)“零摩擦”驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)超高速運(yùn)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(zhǎng)的新型高分子聚氨酯材料以及超微孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的曝氣產(chǎn)品具有充氧性能高、運(yùn)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(shí)應(yīng)綜合考慮水廠水質(zhì)水量波動(dòng)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(jí)配不合理、揚(yáng)程選擇偏大，使設(shè)備絕大部分時(shí)段在低效工況運(yùn)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(jì)攪拌功率同樣普遍偏大，實(shí)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(shí)際工況所需攪拌器的大小，有效避免此類電耗的浪費(fèi)。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(shí)，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(shí)，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(jì)，可以降低池內(nèi)阻力損失、減少推進(jìn)器的功率需求，實(shí)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(diǎn)。設(shè)計(jì)基于穩(wěn)妥的目的，常使鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量級(jí)配不合理、出風(fēng)壓力選擇偏大，使之絕大部分時(shí)段在低效工況運(yùn)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(shí)清洗，也會(huì)增加阻力損失，增大能耗。（3）建立需求響應(yīng)機(jī)制建立需求響應(yīng)機(jī)制就是實(shí)現(xiàn)各單元以及全流程的優(yōu)化運(yùn)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(yùn)行情況，實(shí)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(jì)的智能控制系統(tǒng)，可以自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備自清洗，泵坑自清洗和管路自清洗，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行頻率達(dá)到系統(tǒng)的能耗最低點(diǎn)。額外的控制系統(tǒng)甚至可以優(yōu)先啟動(dòng)效率最高的水泵，可以根據(jù)整個(gè)輸送管網(wǎng)的波峰波谷自動(dòng)切換控制模式，從而發(fā)揮泵站的蓄水能力，減少對(duì)管網(wǎng)的沖擊，使輸送泵站與水廠協(xié)同運(yùn)行。混合攪拌設(shè)備內(nèi)置智能控制系統(tǒng)可實(shí)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(shí)，攪拌器通過降低轉(zhuǎn)速滿足工況需求，同時(shí)節(jié)省能耗；當(dāng)所需推力升高時(shí)，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(shí)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(dòng)態(tài)降至最低，大幅度降低能耗，同時(shí)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(shí)際需的前提下進(jìn)一步降低鼓風(fēng)曝氣量時(shí)，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(zhǎng)的停留時(shí)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(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的同時(shí)提高出水水質(zhì)。通過微波含固量在線測(cè)定技術(shù)，可以實(shí)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。大力回收能源污水中蘊(yùn)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(gè)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(shí)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(jí)厭氧消化技術(shù)（AdvancedAnaerobicDigestion）可提高到50%-60%。高級(jí)厭氧消化技術(shù)包括高溫厭氧消化、溫度分級(jí)厭氧消化（TPAD）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(shí)現(xiàn)20%-30%的能源自給率，預(yù)處理、高級(jí)厭氧消化、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池以及熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）等技術(shù)的耦合使用，有望使污水處理實(shí)現(xiàn)30%-50%的能源自給率，及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。探索可持續(xù)新工藝基于有機(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，但城市污水有機(jī)物濃度低，厭氧處理存在投資大和占地大等障礙。目前，城鎮(zhèn)污水厭氧處理方向研究的熱點(diǎn)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。在典型城鎮(zhèn)污水處理上雖有進(jìn)展，但離實(shí)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(duì)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(shí)，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(shí)能量，從而使污水處理廠真正成為“能源工廠”，且污泥產(chǎn)量?jī)H為活性污泥法的四分之一。中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排潛力碳減排潛力包括現(xiàn)實(shí)可得潛力（RealisticAchievablePotential,RAP）和最大可得潛力（MaximumAchievablePotential,RAP），前者是指在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下可以挖掘的潛力，后者是通過可預(yù)見的技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步未來能夠挖掘的潛力。中國(guó)污水處理行業(yè)碳減排現(xiàn)實(shí)可得潛力（RAP）提高污水處理綜合能效的現(xiàn)實(shí)可得潛力提高污水處理綜合能效可以挖掘第一部分現(xiàn)實(shí)可得潛力。目前，我國(guó)污水提升泵站水泵普遍存在級(jí)配不合理、揚(yáng)程偏大、沒有變頻裝置及自動(dòng)編組控制等現(xiàn)象，按照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)已有成功改造案例，通過采用高效機(jī)電設(shè)備、加強(qiáng)負(fù)載管理和建立需求響應(yīng)機(jī)制等路徑，可實(shí)現(xiàn)20%～50%的減排潛力。對(duì)于混合攪拌單元，普遍存在攪拌器機(jī)械效率低、功率輸入大、過度攪拌等現(xiàn)象，按照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)已有成功改造案例，通過采用高效機(jī)電設(shè)備、加強(qiáng)負(fù)載管理和建立需求響應(yīng)機(jī)制等路徑，可實(shí)現(xiàn)20%～40%的減排潛力。對(duì)于曝氣系統(tǒng)，普遍存在鼓風(fēng)機(jī)出口壓力過大、曝氣器效率低、未設(shè)置曝氣控制系統(tǒng)等狀況，按照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)已有成功改造經(jīng)驗(yàn)，通過采用高效機(jī)電設(shè)備、加強(qiáng)負(fù)載管理和建立需求響應(yīng)機(jī)制等路徑，可實(shí)現(xiàn)20%～30%的減排潛力。對(duì)于污泥脫水單元，只有自控溶藥裝置，目前還沒有投藥量控制系統(tǒng)，按照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及國(guó)內(nèi)已有成功改造經(jīng)驗(yàn)，通過采用高效機(jī)電設(shè)備、加強(qiáng)負(fù)載管理和建立需求響應(yīng)機(jī)制等路徑，可實(shí)現(xiàn)20%～30%的減排潛力。綜上，在2015年基礎(chǔ)上，通過提高污水處理綜合能效，每處理萬噸污水可挖掘的現(xiàn)實(shí)可得潛力為284.9～509.2噸二氧化碳當(dāng)量，見表4-1。表4-12015年中國(guó)污水處理行業(yè)間接碳排放量在各單元的分布工藝單元2015年碳排放當(dāng)量/萬噸減排潛力減排比例/100%減排量/萬噸污水提升泵站297.720%～50%59.5～148.8推流攪拌（含回流）223.520%～40%44.7～89.4曝氣池供氧設(shè)備751.120%～30%150.2～225.3污泥處理152.320%～30%30.5～45.7總計(jì)（包括電耗與藥耗）1472.520%～35%284.9～509.2大力回收能源的現(xiàn)實(shí)可得潛力提高污水處理綜合能效可以挖掘第二部分現(xiàn)實(shí)可得潛力。美國(guó)年產(chǎn)污泥750萬干噸，建設(shè)了650座集中厭氧消化設(shè)施，將58%的污泥進(jìn)行了厭氧消化。設(shè)置76套熱電聯(lián)供系統(tǒng)（CHP），總裝機(jī)裝機(jī)容量220兆瓦，且正在迅速增加。歐盟國(guó)家年產(chǎn)污泥800萬干噸，50%以上進(jìn)行了厭氧消化，英國(guó)厭