由國際水協(xié)會IWA出版的《水工業(yè)碳中和路徑》(Pathways to Water Sector Decarbonization, Carbon Capture and Utilization)一書近日在IWA LET 會議上首發(fā)。該書由任智勇博士與Krishna Pagilla教授共同編輯完成，并由IWA執(zhí)行董事Kala Vairavamoorthy作序。

▼《水工業(yè)碳中和路徑》封面

1 內容概覽

水行業(yè)目前正處于從關注處理和滿足排放許可限制，到通過中水回用、資源回收、系統(tǒng)規(guī)劃和運營實現(xiàn)循環(huán)水經(jīng)濟的綜合范式的轉變之中。在這場變革中，水行業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了提高能源效率、回收可再生能源和資源等階段，但在實現(xiàn)碳中和或負排放方面，它落后于能源、交通等其他基礎設施行業(yè)。本書總結了污水處理過程中的工藝技術、運營模式優(yōu)化、政策和行為改變等影響因素，為水行業(yè)實現(xiàn)碳中和、建設無碳社會和經(jīng)濟打下堅實基礎，旨在為實現(xiàn)碳中和提供系統(tǒng)藍圖。

書中一共包含18個章節(jié)，不僅從技術層面討論了水業(yè)的脫碳途徑，還結合水業(yè)碳排放的現(xiàn)狀、政策、大數(shù)據(jù)方法及中國污水處理概念廠的經(jīng)驗展望了水業(yè)碳中和的前景和機遇。

2 碳中和的實踐

——中國污水處理概念廠

在《水工業(yè)碳中和路徑》一書中的第15章節(jié)，整章闡述了中國污水處理概念廠(以下簡稱概念廠)在技術進步和工程實踐、節(jié)能和能量自給方面取得的較大進展。概念廠內自持的豐富有機質能和熱能，已見成效的節(jié)能降耗實踐，再疊加周邊景觀綠化貢獻，使概念廠能明確提出碳中和的目標并付諸行動，成為碳中和行動的重要參與者和貢獻者，率先實現(xiàn)達峰。

▼《水工業(yè)碳中和路徑》書中第15章——《中國污水處理概念廠》

書中從當前中國城市污水處理設施面臨的挑戰(zhàn)、概念廠事業(yè)的緣起、項目與實踐案例及未來發(fā)展四個方面介紹了概念廠在實現(xiàn)碳中和事業(yè)中的貢獻與價值。

近二十年，我國污水處理事業(yè)快速發(fā)展，建成5000余座污水處理廠，日處理產能超過2億噸，污水處理率超過90%。但是，我國污水處理設施快速建設之初缺乏頂層設計，建設過程中缺乏理念引領。與歐美國家相比，我們的技術路線偏離了應有的循環(huán)、低碳、生態(tài)以及環(huán)境友好等基本價值準則。在這樣的背景下，曲久輝、王凱軍、王洪臣、余剛、俞漢青、柯兵六位專家自發(fā)組成概念廠專家委員會，于2014年提出“建設面向未來的中國城市污水處理概念廠”，以“水質永續(xù)、能量自給、資源循環(huán)、環(huán)境友好”為目標，推動中國污水治理科技從跟跑到領跑的突破和跨越，引領環(huán)境基礎設施建設朝著正確的理念方向發(fā)展。

八年多來，專委會匯聚全球認知和主要技術資源，協(xié)同國內多家機構，歷經(jīng)研討交流、參觀考察、協(xié)同攻關、方案制訂、工程實踐、社會反饋，初步完成了一輪從理念到技術，從工程建設示范再到獲得社會反饋的過程。自概念廠構想提出以來，推動水行業(yè)形成了向前看的趨勢，由此產生出“未來水廠”、“生態(tài)再生水廠”、“生態(tài)綜合體”、“藍色焚燒”等相關概念。與此同時，近年來國內一批污水處理廠建設，已經(jīng)在“四個追求”上展開不同程度的探索，向行業(yè)展現(xiàn)了污水處理設施的新形態(tài)。

經(jīng)過近八年的研究和探索，概念廠技術團隊構建了包括四十余項核心關鍵技術的技術體系，包括：高效極限脫氮除磷技術(LOT)、紫外催化高級氧化(UV/AOP)新興污染物氧化阻斷集成技術與裝備、高干厭氧為核心的有機固廢能量高效回收與資源深度轉化集成技術與裝備、以再生水為單一水源的大尺度水環(huán)境構建技術、污水處理設施生態(tài)綜合體構建理念與技術等。該項目也榮膺由中國科協(xié)生態(tài)環(huán)境產學聯(lián)合體頒發(fā)的 “2020年度中國生態(tài)環(huán)境十大科技進展”。

3 項目案例

>>河南睢縣第三污水處理廠

2020年，河南睢縣第三污水處理廠建成并投入運行，數(shù)項概念廠核心關鍵技術得以工程驗證，實現(xiàn)了污水再生和有機廢物(生活垃圾、污泥、畜禽糞便等)綜合處理、濕地-海綿一體化、超過50%電能的自供給和營養(yǎng)物回收利用。

2021年，河南睢縣第三污水處理廠共處理污水711.75萬噸，日均處理1.95萬噸(設計值2萬噸/天)。項目以沼氣發(fā)電回收能源，年處理約12775噸有機廢棄物，全廠全年能源自給率達到53.6%，達到類四類出水標準的全流程噸水處理耗電量降至0.184kW·h/m³，達到了國際領先水平。

>>宜興城市污水資源概念廠

宜興城市污水資源概念廠是第一個完整踐行概念廠理念和追求的污水處理廠，采用“三位一體”的形式建設，即由2萬噸/日的水質凈化中心、100噸/日的有機質協(xié)同處理中心和生產型研發(fā)中心三部分組成，資產及運營模式獨立核算。其中，污水處理部分做到了極限脫氮除磷(TN<3 mg/L、TP<0.1 mg/L)，且其性價比明顯優(yōu)于現(xiàn)行的國內污水廠;有機質協(xié)同處理中心可處理污泥、藍藻、餐廚垃圾和秸稈等，以產生能源和肥料;生產型研發(fā)中心由2條千噸線、3條百噸線組成，實時展示驗證全球最先進的污水處理技術。

▼宜興城市污水資源概念廠項目現(xiàn)狀

宜興概念廠水處理區(qū)(水質凈化中心)于2021年8月開始調試運行，運行符合達到85%以上，日均處理水量17000噸左右，保持了良好的出水效果。

▼宜興城市污水資源概念廠水質凈化中心

▼括號內為水溫低于12℃時指標值

有機質中心從2021年11月開始進料，目前仍處于調試過程中。經(jīng)測算，有機質中心運營后，可提取沼氣進行發(fā)電，沼渣處理為營養(yǎng)土后用于土壤改良或園林綠化還田亦降低了二氧化碳的排放量，年減排CO2將超過3.6萬噸，為碳中和事業(yè)添磚加瓦。

▼宜興城市污水資源概念廠有機質協(xié)同處理中心

建成后的概念廠將不再是孤立的污水處理廠，而是一個開放的共享空間，與周邊環(huán)境無感融合，親近共生，注重人的參與性，注重建筑空間美感和人文景觀的融入;以“環(huán)保+”為導則，采用以三葉草模型的“2+1”模式，在確保水質、有機質循環(huán)設施相對固定的前提下，因地制宜地疊加延伸至現(xiàn)代農業(yè)、體育文旅、生態(tài)田園等領域，成為一個個具有區(qū)域特色、充滿生機的城鄉(xiāng)綜合體，實現(xiàn)了生態(tài)、生活、生產“三生”共融互動，成為新型城鎮(zhèn)化乃至美麗中國的最具親和力的一塊拼圖。

4 未來

回顧中國水行業(yè)40年的快速發(fā)展歷史，既有顯著的成就，也有無數(shù)的失敗。目前中國的污水基礎設施建設已基本完成，但仍存在許多問題，如污水管道和污泥處理設施不發(fā)達、能耗高、運行效率不高;污水處理廠排放標準與當?shù)貤l件和環(huán)境保護需求之間缺乏系統(tǒng)規(guī)劃等。

概念廠理念及方案的提出和實施，極大推動了我國水行業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展，帶動了污水廠建設和運行方式的根本性轉型，體現(xiàn)了巨大的科技、產業(yè)和生態(tài)價值。

站在新起點，緊跟時代步伐，中國城市污水處理概念廠專家委員會將再謀劃、再聚力、再提速，聚焦碳中和、長江大保護、黃河流域高質量發(fā)展、打贏環(huán)保攻堅戰(zhàn)等國家戰(zhàn)略，力爭在未來5-8年、建設100座技術先進、因地制宜、特色鮮明、模式多樣的污水處理概念廠，帶動行業(yè)建設形態(tài)、工藝技術和標準規(guī)范的實質性變革與升級。