大師之言 | 李光亮團隊:“雙碳”一包養佈景下的水務行業可持續發展遠景探析

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2020年9月,習總書記在第75屆聯合國年夜會上鄭重提出,“我國CO2排放力爭于2030年前達到峰值,盡力爭取2060年前實現碳中和”。水務行業作為能耗較密集的行業,對電力、化學藥劑的耗費都直接或間接促使大批溫室氣體排放。是以,盡快通過技術創新、動力高包養網效清潔應用、智能生產等手腕實施低碳變革,下降行業碳排放,有助于為全行業供給更為廣闊的發展空間。同時女大生包養俱樂部,以清潔動力替換化石動力耗費,樹立綠色電力包養行情應用渠道,將有助于進一個步驟抵消行業碳排放,賦能產業綠色低碳轉型。

1 水務行業與碳排放緊密相關

水務行業是指由原水、供水、節水、排水、污水處理及水資源收受接管應用等構成的產業鏈,甜心花園如圖1所示。城市水務行業是城市發展、居平易近生涯和工業生產等的基礎,其行業下游是原水的獲取,水資源獲取的情勢(地表水、地下水)及水源地的品質情況直接影響著供水本錢與能耗;行業下流是污水與污泥的處理處置,城鎮居平易近耗水量、節水情況及污水廠工藝技術和智能化治理程度將直接影響污水處理包養的綜合能耗及藥劑耗費。

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據數據統計,2020年全國城鎮污水處理全過程碳排放量為3 416.0萬t CO2,碳包養app包養情婦抵消量為76包養一個月價錢9.1萬t CO2,凈排放量為2 646.9萬t CO2,全國城鎮供水系統碳排放量超過2 200萬t CO2。由此可見,水務行業實現碳減排對我國早日實現“碳達峰”“碳中和”有著主要意義。

1.1供水的碳排放

由水源處獲得的原水在經過原水管網輸送、水廠處理、供水管網輸送后送進千家萬戶。原水管網輸送、供水管網輸送過程中需通過多級泵站、泵房處理,此過程中水泵耗費電能的間接排放是重要的溫室氣體排放情勢。水廠處理過程中普通不直接排放溫室氣體,其間接排放源于設備運行產生的能耗,以及預處理環節加氯、絮凝劑和消毒劑投加產生的藥耗。

趙榮欽等結合鄭州市水源供給情況及相關數據進行剖析計算,結果表女大生包養俱樂部白,城市依附地下水開采和南水北調供水的取水系統碳排包養感情放值達0.14 kg/m3,制水和輸配水過程動力強度分別為0.543 kW·h/m3和0.320 kW·h/m3。按照2020年全國單位火電發電量CO2排放量換算,制水和輸配水過程的CO2排放量分別為0.452 kg/m3和0.266 kg/m3,制水過程對碳排放的貢獻率更年夜。

1.2 污水處理的碳排放

生涯污水處理的碳排放情勢重要分為直接排放和間接排放。此中,直接排放普通為污水處理過程中,由于水中有機淨化物被降解,釋放了CO2、CH4和N2O等溫室氣體,進進年夜氣;間接排放普通為污水處理過程中,所應用的包含電、氣和藥劑等所折算的碳排放。

馬博雅等通過調研提出,相較于直接排放,今朝對于間接排放方面的研討較為深刻,技術標的目的也較明確,相關研討重要集中在節能降耗和污水動力回包養站長用兩個方面。北京城市排水集團與深圳水務集團兩家規模較年夜的水包養甜心網務公司曾分別對污水處理過程溫室氣體排放情況進行測算,結果表白在污水處理的過程中,因電力耗費導致的間接排放及脫氮過程中產生的氮氧化物直接排放是溫室氣體排放量的重要組成,占排放總量的80%~90%。

2 水務行業碳減排可行性與路徑剖析

2.1 供水過程的碳減排可行路徑

供水過程中的碳排放重要集中在管網輸送及處理設備用電、藥劑應用,減少藥劑耗費、推動節能減排、減少單位能耗碳排放量等辦法均有助于實現供水環節的碳減排。

2.1.1 水源保護

現代飲用水在加工處理過程中,需經加氯消毒往除年夜部門微生物,先后經混凝沉降、煤砂濾池、活性炭池的過濾和吸附進行處理。是以,優質的水源地將供給更高品質的原水,相應地,其處理過程所耗費的藥劑量更低,碳排放更低。強化對水源地的保護,不僅有助于進步生態環境質量,還能夠下降凈水處理過程中間接碳排放。

2.1.2 新動力應用

進步非化石動力發電量是電力行業實現“碳達峰”的主要途徑。研討表白,水廠的動力耗費占到總本錢的20%以上,此中包含水泵、風機等在內的關鍵能耗設備耗能超過總能耗的85%。中電聯謝薰帶著空靈的美貌,在選秀比賽中獲勝,又在歌唱比相關數據表白,2020年和2021年全國全口徑非化石動力發電量分別為9.8×108kW和1.11×109kW,分別占到當包養感情年總發電裝機容量的44.7%與47%。進步水廠用電中非化石動力的比例,可有用下降凈水處理過程中的能耗與碳排放。東京自來水公司結合試運行計算與實際發包養電成效,評估太陽能發電設備和水力發電設備的應用壽命分別為20年和22年,在公共系統的支撐下,通過自用和售電獲利的方法,可適當下降電力本錢、減少碳排放,無望在壽命期內發出建設和維護本錢。豐順年夜羅水廠的建設過程中充足應用了廠區建筑物房頂及池體,通過采用“門式剛架屋面加蓋”等方法的光伏設備鋪設,為廠區生產用電供給保證并克制了池體內水藻生長。

2.1.3 技術創新

少人/無人化水廠是當前現代化水廠發展的重要目標之一,為實現高效、少人工、自動化的設備運行,將電氣自動化及人工智能運用于水廠,將有甜心花園助于進步生產治理效力,保證供水靠得住性,下降誤差、減少能耗(圖2)包養網。以蘇州吳中水廠為例,該廠通過電氣自動化把持系統的應用,實現精準排泥,同時自動加藥系統能夠與水源地水分數和神態的鮮明對比,加上萬雨柔的雄辯和葉秋鎖的質、過程水水質、出廠水水質實現多參數聯動,通過數據指導生產治理,有用下降了能耗,進步了任務效力。其自研的管網補氯一體化裝置可實現聯網全自動化運行,下降前端余氯指標,有用晉陞下流管網余氯,晉陞用水品質(圖3)。武漢余氏墩水廠在自動化改革中,建設了采用PLC把持的自動加包養甜心網藥把持系統、進排水自動把持系統等,實現均勻配水、穩定出水,下降了能耗。

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在任務實踐中,電氣自動化把持技術對進步包養生產效力、減少勞動力本錢、下降動力包養女人與資料的耗費等有著較為明顯的積極感化,但是其在面對部門生產預警時,比擬于任務閱歷豐富的熟練技術工、工程師,存在處理上的滯后性,且對于突發性問題的解決才能無限,仍需人力參與。是以,推動發展供水行業人工智能技術尤為主要,可依托人工神經網絡與自我學習才能,預測用水需求并智能化調控設備功率,實時按照水源質量調節工藝確保出水穩定,智能預測水質波動并及時預警等。

2.1.4 節水辦法

我國供水管網建設年月跨度年夜,管道類型廣泛有鋼管、鑄鐵、球墨鑄鐵、預應力混凝土、塑料等,管道布置日益復雜緊密,受地質變化、路面沉降、施工、資料老化、途徑振動等原因影響,自來水管道滲漏難以防止。滲漏導致的凈水外泄將進一個步驟進步水廠面對劃一用水需求時的處理水量,有需要對管網巡視、檢漏專業任務人員強化學習,并更換新的資料檢測技術,進而確保供水管網運行穩定。

2.2 排水過程的碳減排可行路徑

與鋼鐵、有色金屬行業等高耗包養行情能的行業比擬,污水處理系統的能耗因其相對較低,被人們長期忽視,但實際上污水處理也屬于能耗密集型行業。通過強化資源再應用、優化污水處理工藝與技術、下降單位用電碳排放等有助于污水廠實現節能減排。

2.2.1 廢水回用

對于經處理后達到非飲用水標準的尾水,可在檢測后確保其達到相關回用水質請求,用于不與人體直接接觸的用水,例如可用于廠區/園區綠化用水、風機冷卻循環水及帶式脫水機的濾帶沖洗水等。

2.2.2 技術創新

生涯污水的處理技術多種多樣,但今朝應用廣泛、技術成熟的處理技術普通是通過內部添加動力、碳源或藥劑對淨化物進行降解,此過程會向外界環境排縮小量溫室氣體,減少額外能量、碳源的輸進,將有助于下降污水廠碳排放。在副產品應用方面,當前的工藝技術中多采用焚燒發電、厭氧消化產出甲烷、生物產氫等途徑,對污水處理過程中其副產物污泥進行動力轉化。例如,japan(日本)部門污水廠將熱能用于供熱及融雪工程;德國卡地茨污水處理廠綜合應用太陽能發電、廢水發電、熱能發電、沼氣發電4種發電方法包養故事解決廠區本身電能需求;青島光威污水處理廠、六圩污水處理廠應用沼氣發電技術減少內部輸進電能。Schaubroeck等與Besson等將性命周期評估法應用于奧天時Stras包養網單次s污水處理廠的工藝研討,表白污泥消化產生的沼氣等可生產充分電力并對外輸出并網,獲取必定經濟好處。圖4事。展現了american格雷沙姆污水處理廠通過工藝優化進步沼氣產量,應用燃氣發電機組將可再生沼氣熱電聯產與太陽能發電協同應用,實現動力凈零,厭氧發酵池的副產品仍可作為肥料回用于農田。

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王京凡等的研討也指出,未來可持續的工藝是新型AB工藝,即A段負責高效碳捕獲,目標是使污水中的有機物在生物氧化之前被捕獲,后續用于能量收受接管,B段實施低碳新技術(如應用厭氧氨氧化技術減少外加碳源),進一個步驟往除污水中的淨化物。

2.2.3 新動力應用

國內污水廠的耗電量廣泛達0.29 kW·h/m3,相較于american的污水廠耗電量(0.2 kW·h/m3)而言,該數據顯然遠超發達國家。通過工藝改進,在下降單位廢水處理耗電量的同時,減少的單位電耗碳排放量將有助于下降廠區整體碳排放量。污水廠占地較年夜、樓層較低,采用太陽能、風能等新動力將有助于減少廠區所用市電需求量(圖5),Goswami等研討了在污水處理系統中開發浮動太陽能光伏(FSPV)系統,將光伏組件漂浮在水面上實現太陽能發電,15 MW太陽能光伏系統可向電網供能26 465.7 MW·h/年,減少蒸發788萬m3的水,減少CO2排放量近52萬t,有助于污水廠向可持續發展轉型。劉玉濤等對山東某地下污水廠開展實例剖析,論證了通過建設包括光伏發電、沼氣發電等在內的多能互補綜合動力系統,可實現污水廠的穩定供電,每年可節約標準煤2 855 t,減排CO2以及其他年夜氣淨化物排放7 699 t。

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3 總結與建議

3.1 打造“低碳水務”是邁向水務“碳中和”的殊途同歸

水是人類日常生涯和社會發展不成或缺的主要物質資源,污水直排所產生的黑臭水體在厭氧環境中會增添大批碳排放。水務行業的減碳舉措既能夠直接推進水環境管理環節的碳排放協同把持,又可有用覆蓋全行業用水過程的碳減排。“低碳水務”可通過新技術的應用下降單位用電量和藥劑投加量,從而減少額外能量和碳源的輸進,同時依附廠區內新動力的應用、副產物動力轉化等方法實現供排水行業“碳中和”目標。

3.2 實現水務行業“碳中和”的關鍵是治理戰略與技術創新

(1)明確階段發展目標,進步從業人員對水務行業實現“碳中和”的共識。

水務行業實現“碳中和”不是一揮而就的,既要防止運動式的“碳沖鋒”,也要防止全行業從業者對實現“碳中和”的“事不關己”。需求明確階段性發展目標,優先減少廠區能耗、物耗,結合技術創新、包養網VIP工藝改進實現“碳達峰”,再進一個步驟通過引進新動力、下降單位水處理碳排放過渡至“碳中和”。通過階段性目標的設立及從業人員培包養網訓,慢慢進步水務行業任務人員對實現“碳中和”需要性包養、緊迫性的認識包養網,自上而下與自下而上同步進步全行業摸索節能減排技術與治理辦法及積極性。

(2)研發低碳處置技術,促進產業轉型與升級。

進一個步驟研發凈水處理、污水處置過程中的新技術、新設備,進步處理運行效力、減少能耗與藥耗、增添動力收受接管應用比例,積極開發包含包養太陽能、風能等適用于水務行業的可再生動力,推動工藝過程無人化、處理裝置智能化,實現水務行業處理廠穩定運行、節約外能輸進、資源再應用,使相關處理過程由動力耗費型轉化為動力外溢型,實現“碳中和”運行,促進包含溫室氣體減排技術在內的研發與應用。

(3)開展全性命周期評價,推動行業全產業鏈碳減排。

全性命周期評價有助于清楚量化各流程中物質流動時碳排放情況,剖析碳足跡,評估分歧流程、分歧技術下廠區溫室氣體排放潛能。應進一個步驟健全水務行業全鏈條產品性命周期評價,實現“水源包養網-凈水處置-終端用水-污水處置-排水”全過程碳排放評價,為開發綠色低碳水務產品、進一個步驟下降水務行業碳排放供給支撐。

作者簡介

作者:李光亮.博士,同濟年夜學環境科學與工程學院傳授、博士生教師。研討標的目的為包含水質把持與台灣包養網水資源應用過程在內的淨化預防與把持過程。曾任英國東英吉祥亞年夜學榮譽傳授放異彩——聰明、美麗、有魅力。節目的播出,讓她包養從(Honorary Professorship of University of East Anglia ) (2007年-2012年):兼任上海重金屬淨包養網化把持與資源化工程技術研討中間技術委員會副主任,中國再生資源產業技術創新戰略聯盟理事會常務理事,英國《水和環境雜志》( Water and Environment Joumal)編包養委;上海市科普基金會理事長。

宋微臉上始終帶著笑:「沒有,別聽我媽瞎說。」

TC:


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