城镇污水处理厂减污降碳措施技术应用实例分析

城镇污水处理厂减污降碳措施技术应用实例分析

吴鹏升

宜章鑫远环保科技有限公司

摘要：城镇污水处理厂在减污降碳方面扮演着至关重要的角色。随着全球对气候变化的关注日益增强，污水处理厂的碳排放问题日益凸显。我国污水处理行业碳排放量已占全球总量的2%~3%，并且呈上升趋势。因此，探索和实施减污降碳技术，对于污水处理厂的低碳化发展至关重要。本文将通过实例分析，展示城镇污水处理厂在减污降碳方面的技术应用和成效。

关键词：城镇污水处理厂；减污降碳措施；技术应用；实例分析

一、城镇污水处理厂碳排放现状与挑战

城镇污水处理厂作为环境保护的重要设施，其在处理污水、净化环境的同时，也承担着巨大的碳排放压力。据统计，我国城镇污水处理行业的碳排放量占全球总量的2%至3%，且随着污水处理需求的增加，这一数值呈现逐年上升的趋势。这一现状不仅影响了行业的可持续发展，也对国家的“双碳”目标构成了挑战。

碳排放主要来源于以下几个环节。首先，污水处理过程中的生物处理，尤其是活性污泥法和生物膜法，由于微生物在分解有机物时会消耗氧气并产生二氧化碳，成为城镇污水处理厂碳排放的主要源头。生化处理中的好氧区是直接碳排放的主要贡献者，这部分排放量占总排放的相当一部分。其次，污水处理过程中的电能消耗和药剂使用也是碳排放的重要组成部分。电能主要用于提升水泵、曝气设备以及各种处理设施的运行，而药剂如絮凝剂、消毒剂的使用则在生产和使用过程中产生间接碳排放。此外，污泥处理处置过程如干化、焚烧等也会产生温室气体排放，特别是甲烷和氮氧化物。

二、减污降碳技术应用实例

在推进减污降碳的实际操作中，许多城镇污水处理厂已经开始了有益的尝试。比如广东省某城镇污水处理厂，通过对氧化沟工艺结构和曝气系统的改造，实现了污水出水水质的显著提升，从一级B标准提升至一级A标准，同时大幅减少了污染物排放和二氧化碳的产生。氧化沟的优化设计和曝气系统的改进，不仅提高了污水处理效率，还降低了能耗，实现了减污与降碳的双重目标。

在重庆市，一项针对43区县75座污水处理系统的碳排放研究显示，通过系统性的技术改造和运行优化，也取得了一定的成效。该研究发现，污水处理系统的碳排放随着处理规模的增加呈现出规模效应，即单位处理量的碳排放和能源消耗会逐渐降低。针对电耗这个主要的碳排放源，通过调整设备运行参数，如降低风机出口风压、降低回流比和合理设定提升水泵高液位，可以有效地降低能源消耗。举例来说，每降低1米扬程，可减少大约4,950 MWh/a的电耗，折算成碳排放量约为4,247 tCO2/a。此外，重庆市的部分污水处理厂还采用了短程硝化反硝化等新型生物脱氮技术，显著减少了脱氮过程中产生的碳排放。

再生水利用、厌氧消化-热电联产、污水源热泵技术、光伏发电技术等在重庆市污水处理系统的广泛应用，也大大提高了能源自给率。初步估计，这些技术的应用使重庆市的部分污水处理厂能实现约80%的电能自给和约70%的热能自给，从而在源头上降低了碳排放。

城镇污水处理厂LCWWTP示范项目的实施，更是将减污降碳的理念推向了新的高度。该项目在江苏，通过重构污水处理工艺系统，研发并构建了一个全面的低碳技术体系，包括源头提质降碳、输移过程减碳、工艺优化减碳、物能资源增汇和智慧优化降碳等。比如取消化粪池，采用雨污分流，提高了进水有机物浓度，从而减少了生物脱氮除磷过程中的碳源投加。同时，通过精准预测污水收集系统中通沟污泥分布，控制了管网碳量逸出。工艺优化方面，利用循环神经网络与LSTM算法，建立泵站群液位与水质预测模型，实现了污水处理厂的稳定运行，间接减少了碳排放。在污泥处理环节，LCWWTP示范项目采用近全量资源化的低碳处理技术，提升厌氧消化效能，回收有价值的营养物质。此外，通过微藻强化尾水的人工湿地菌-藻碳汇技术，以及污水源热泵供热供冷系统的智能调度，进一步优化了能源利用，降低了碳排放。

三、技术集成与未来减排策略

城镇污水处理厂的减污降碳工作在技术集成与创新中取得了显著成果。LCWWTP示范项目作为全国首个真正意义上的低碳污水处理项目，其成功实践证明了技术集成对于减污降碳的重要性。项目通过源头提质降碳，优化输移过程，强化工艺效率，以及智慧管理等多维度的集成技术，实现了全量物能利用与全过程降碳，树立了行业新标杆。

源头提质降碳环节，LCWWTP取消化粪池并采用雨污分流，提升进水有机物浓度，使得生物脱氮除磷过程的碳源投加得以减少。输移过程中，通过精准预测污水收集系统中的污泥分布，有效地控制了管网沿程的碳量逸出，从而降低无效碳排放。工艺优化方面，构建基于循环神经网络的泵站群液位与水质预测模型，确保污水处理厂稳定运行，间接减少碳排放。同时，通过近全量资源化的低碳污泥处理技术，污泥厌氧消化的效能得到提升，消化液中的营养物质得以高值回收。

智慧管理系统在LCWWTP中扮演了重要角色，利用大数据决策支持，优化了污水源热泵的运行，进一步提升能源效率。这些集成技术不仅提高了污水处理效果，还显著降低了碳排放，为行业提供了可复制和推广的范例。

中国科学技术大学环境科学与工程系的研究成果揭示了未来污水处理行业减排的潜力与挑战。通过数据分析，研究发现随着污水处理设施的升级与提标，处理能耗和药耗的增加导致碳排放强度上升，但污水处理资源化的推进有望在未来降低这一强度。然而，不同资源化路径在减排潜力和经济成本上存在差异，需要在政策制定和技术研发中紧密结合，以实现最优路径。

面向未来，污水处理行业需在技术创新、工艺优化和管理升级中寻找协同减排的策略。这包括但不限于：

持续工艺创新：研发并应用更高效的生物脱氮除磷技术，如短程硝化反硝化，以减少碳排放，并改进工艺设计，降低能耗。

能源利用效率提升：通过智能调控设备运行参数，如风机出口风压、回流比等，优化设备能效，降低电耗产生的碳排放。

能源自给率提高：推广再生水利用、厌氧消化-热电联产、污水源热泵技术以及光伏发电等，以减少对外部能源的依赖，降低碳足迹。

智慧化管理：利用大数据、人工智能等技术手段，实现水质、水量的实时监控和预测，从而动态调整运行策略，避免能源浪费。

政策引导：政府应出台相应的激励措施，鼓励企业采用低碳技术，并支持科研机构进行新的减污降碳技术的研发。

区域差异性策略：结合不同地区的水质特性，制定具有地域适应性的减排策略，确保全国范围内的减排效果均衡。

在这些集成技术的推动下，城镇污水处理厂有望在未来实现更高的减污降碳效果，为我国的“双碳”目标贡献力量。随着低碳理念的进一步普及，行业内的技术交流与合作将愈发频繁，共同开启污水治理的绿色新篇章。

结束语

污水处理行业需继续深化技术创新，优化工艺流程，提升能源自给率，强化智慧管理，以实现减污降碳的双重目标。通过借鉴和推广成功案例，如LCWWTP示范项目，以及结合地域特点和污水特性，制定最优化的技术路径，我国市政污水行业有望在2044年左右实现碳中和。这将对我国的环境保护和可持续发展产生深远影响，同时也为全球污水处理行业的低碳转型提供宝贵经验。

参考文献

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