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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(guò)程會(huì)產(chǎn)生并逸散大量CH4和N2O，是重要的直接碳排放源。據(jù)歐洲統(tǒng)計(jì)辦公室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%。美國(guó)EPA統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，全球污水行業(yè)2015年CH4和N2O逸散量分別為5.4億t 和0.9億t CO2當(dāng)量，預(yù)測(cè)2020年將分別達(dá)到5.65億t和0.94億t CO2當(dāng)量，2030年將分別超過(guò)6億t 和1億t CO2當(dāng)量，約占非CO2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%。

1、我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理行業(yè)的總體碳排放水平及趨勢(shì)

經(jīng)過(guò)“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?。截至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m3，超過(guò)了美國(guó)1.25億m3(33240MGD)的處理能力。2015年全年實(shí)際處理污水511億m3。

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2 512.2萬(wàn)tCO2當(dāng)量，電耗產(chǎn)生的間接碳排放量為1 401.6萬(wàn)t CO2當(dāng)量，絮凝劑消耗產(chǎn)生的間接碳排放量為70.9萬(wàn)t CO2當(dāng)量。綜上，2015年中國(guó)污水處理行業(yè)碳排放量為3 984.7萬(wàn)t CO2當(dāng)量，單位水量的碳排放當(dāng)量(碳排放強(qiáng)度)為0.78 kg/m3。

2015年，中國(guó)污水處理行業(yè)總電耗為140億kW˙h，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。“十二五”期間，污水處理電耗年平均增加12.9%。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。

2、我國(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(guò)高效機(jī)電裝備和控制對(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為西方國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)為尋找我國(guó)污水處理行業(yè)的碳減排路徑提供了很好的借鑒。

2.1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，新建設(shè)施直接采購(gòu)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，滿足工藝要求的前提下要使負(fù)載降至低，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，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)。

2.1.1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(wú)堵塞、持續(xù)高效的特點(diǎn)，無(wú)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，優(yōu)良的水力端設(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)。